CN105517215B - 一种低电压透明电热膜及其制备工艺、高温电热片及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低电压透明电热膜，包括透明基材、透明导电层、电极；透明导电层形成于透明基材的至少一侧；电极由汇流条和若干内电极构成，内电极由汇流条相向延伸形成叉指电极；电极位于透明导电层上且与透明导电层电接触。以及公开了一种高温电热片，包括基材、加热层、电极；所述电极结构为叉指结构或者为两条平行条状结构。本发明通过汇流条和内电极的设置、减小两电极间的间距使得两电极间的透明导电层的电阻减小，从而可以使用低电压供电，正常可以采用日用的锂电池电压，即可达到迅速加热至90‑180℃。可以在石墨烯两面设置两套电极，这两套电极的内电极错开一定距离，这样可进一步保证加热的均匀性，在同样的低电压下提高加热的温度。

Description

一种低电压透明电热膜及其制备工艺、高温电热片及其制备 工艺

技术领域

本发明涉及一种透明电热膜及其制备工艺，尤其是一种低电压透明电热膜及其制备方法；同时，本发明还涉及一种高温电热片及其制备工艺；透明电热膜和高温电热片均同属于电热膜领域。

背景技术

透明加热膜通常采用在膜材表面镀透明导电涂层，然后在导电涂层表面制作导电电极，电极通常为两平行的金属条，两金属条分别接电源正极和负极，电流流经透明导电涂层产生热量，如图1所示(参见公开号为CN103828482A的专利)。目前常用的透明导电层石墨烯、碳纳米管、ITO、FTO、AZO等在膜厚较薄时方块电阻较大，这使得必须使用较高的供电电压才能满足加热要求，不利于电热膜的安全和便携性使用要求；而且，厚度增加虽可以降低使用电压，但增加了材料成本，同时降低了生产效率和透光率。

公开号为CN102883486A、名称为“一种基于石墨烯的透明电加热薄膜及其制备方法”的专利中，透明电加热薄膜包括透明柔性衬底，透明柔性衬底上设置石墨烯膜，石墨烯膜上设有导电连接网膜，导电连接网膜上设有电极，电极与导电连接网膜及石墨烯膜电连接；电极上设置防护层，防护层覆盖在电极上，并覆盖在石墨烯膜及导电连接网膜上。该专利提出采用石墨烯和导电连接网膜作为电热膜的透明加热材料，该方法可以通过导电连接网膜降低整体透明导电材料的方阻，但存在如下缺点：

1)导电连接网膜的方阻通常远小于石墨烯方阻，而二者是并连关系，这样起加热作用的主要是导电连接网膜而不是石墨烯。

2)导电连接网膜的线径<5μm，采用常规的金属材料通电时极易被烧毁使电热膜失效。

现有技术中也曾提出一种石墨烯柔性透明加热元件及其制备方法，为增强加热的均匀性使用图案化透明电极，透明电极中部接电极。但图案化电极也使用透明导电材料，因透明导电材料导电性较差，引入图案化电极后也很难获得降低使用电压的效果，因此必须使用多层(5-6层)石墨烯降低电阻以降低使用电压。此外，如果使用两平行电极而不是图案化电极，则获得的加热均匀性较差，温度最高点和最低点差别60K以上，难以实现实用化的要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种低电压透明电热膜，该透明电热膜可以在低电压(≤12V)下工作，达到预期的温度。

进一步地，该透明电热膜加热均匀性良好。

更进一步地，该透明电热膜使用较薄的透明导电层加热，使用石墨烯作为透明导电层时可使用单层石墨烯，同时该电热膜使用很低的电压(如≤1.5V)即可获得与传统透明电热膜相同的加热效果，且起发热作用的是透明导电层。

本发明的另一目的是提供上述低电压透明电热膜的制备工艺。

为了解决前述技术问题，达到上述技术效果，本发明提供了如下的技术方案：

一种低电压透明电热膜，包括透明基材、透明导电层、电极；透明导电层形成于透明基材的至少一侧；电极由汇流条和若干内电极构成，内电极由汇流条相向延伸形成叉指电极；电极位于透明导电层上且与透明导电层电接触。

优选地，电极由粗的汇流条和若干细的内电极构成，汇流条接电源的正极或负极，使得两相邻的内电极极性相反，通电时正极汇流条提供的电流由各正极内电极流入对应负极内电极最终全部汇入负极汇流条。

优选地，汇流条一端接电源的正极或负极。

进一步优选地，可以在透明导电层两面分别设置正、负两套电极，这两套电极的内电极错开一定距离，即正、负叉指电极分别置于透明导电层两侧，形成被透明导电层隔开的叉指电极，保证电流均匀通过透明导电层，这样可进一步保证加热的均匀性。

优选地，透明导电层的材料包含但不限于石墨烯、碳纳米管、ITO、FTO、AZO等。

优选地，电极可由透明导电材料制成，其中，优选的透明电极材料为石墨烯。

优选地，电极位于石墨烯层上且与石墨烯层一体形成。

优选地，电极材料包含但不限于银、银浆、铜、铜浆、铝、ITO等导电性能良好的材料。电极材料以铜箔最佳。

优选地，电极可形成于透明基材与透明导电层之间。

优选地，透明基材可为玻璃或聚合物，透明基材包含但不限于PET、PVC、PE、PC等薄膜。更优选地，聚合物可为：PET，PMMA，PVDF，PANI，或者其组合物。

优选地，所述透明导电层为单层或多层石墨烯。最佳为单层石墨烯。

本发明的特殊结构的电极应用于单层石墨烯上，可使得该透明电热膜在低电压(≤12V)下工作，用于多层石墨烯上可使用更低电压。

优选地，石墨烯层可使用掺杂剂；更优选地，掺杂剂可为无机/有机掺杂剂。

优选地，可在电极和石墨烯层上覆盖保护层；更优选地，保护层可采用柔性透明材料。

优选地，透明覆盖层的材料包含但不限于PET、PVC、PE、PC等薄膜。

优选地，可将本发明的电极串联或并联。

优选地，可将本发明的透明电热膜串联或并联。

进一步的，所述内电极为直线形、波浪形或锯齿形，所述汇流条根据电热膜的形状和应用需求，可呈直线形、曲线形，汇流条和内电极组成的图案形状根据电热膜的形状和应用需求，也可围成方形、圆形、椭圆形或任意形状。

更优选的，所述汇流条位于透明导电层的边缘，且与透明导电层接触良好，所述内电极由一汇流条向另一汇流条延伸，相邻内电极来自不同汇流条，相向延伸。

进一步地，本发明的发明人发现，为在低电压下获得良好的温度均匀性，针对本发明特殊结构的电极，最终升温温度、起始温度、供电电压、两内电极间距和透明导电层的方块电阻符合如下公式：

T＝kU²/d²R+t (1)

其中：两内电极间距按照透明导电层一面上的内电极间距计算，

t——起始温度，单位为℃；

T——电热膜升温所至最终升温温度，单位为℃；

U——供电电压，单位为V，U≤12V；

d——内电极间距，单位为cm；

R——透明导电层方块电阻，单位为Ω/□；

k——常数，取值范围为10-200，k取值范围根据电热膜与空气之间的传导系数会有不同，与电热膜与空气之间的传导系数成反比。

采用本发明特殊结构的电极、通过减小两内电极间的间距使得两电极间的透明导电层的电阻减小，是一种优选途径，使得使用低电压供电成为可能。正常可以采用日用的锂电池电压，即可达到迅速加热升温。

优选地，电热膜的汇流条与内电极可以为同种材料，也可为不同材料，其长度根据电热膜的尺寸设计。为保证温度均匀性，汇流条的宽度和厚度需考虑所用材料的电流承载能力和电阻率，电阻率要足够小，以减小汇流条上的电压降，保证内电极设置在汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差不超过10％，而且电流承载能力决定了汇流条截面积必须大于某一数值才能保证汇流条不被烧毁。本发明的发明人发现存在如下公式(2)：

n(n+1)lρ_l/WHR＜1/5 (2)

其中：

n——内电极使汇流条围成的面积内共产生了n个间隔；

ρ₁——汇流条材料电阻率，单位为Ω·m；

l——内电极每根长度，长度不等时按其中最长内电极计算，单位为m；

W——汇流条宽度，单位为m；

H——汇流条厚度，单位为m；

R——透明导电层方块电阻，单位为Ω/□。

优选地，内电极保证电流承载能力和考虑同一内电极上最大电压差不超过10％。本发明的发明人发现存在如下公式(3)：

nl²ρ₂/whLR＜1/5 (3)

其中：

n——内电极使汇流条围成的面积内共产生了n个间隔；

l——内电极每根长度，长度不等时按其中最长内电极计算，单位为m；

ρ₂——内电极材料电阻率，单位为Ω·m；

w——内电极宽度，单位为m；

h——内电极厚度，单位为m；

L——每根汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止共产生的长度，单位m；

R——透明导电层方块电阻，单位为Ω/□。

本发明通过采用特殊结构的电极、减小两内电极间的间距使得两电极间的透明导电层的电阻减小，从而可以使用低电压供电，正常可以采用日用的锂电池电压，即可达到迅速加热至90-180℃。可以将正、负两套电极分别设置于石墨烯两面，形成被石墨烯隔开的叉指电极，这样可进一步保证加热的均匀性，在同样的低电压下提高加热的温度。

对于生长于金属箔衬底上的透明导电材料，可采用表面生长好透明导电薄膜的金属箔衬底制作图案化电极，这样可以简化制备过程，节省时间和材料成本，同时金属箔的导电性良好，有利于电热膜温度均匀性的控制，具体过程如下：

1、制备生长于金属箔衬底上的透明导电材料；

2、将透明基材与金属箔生长有透明导电材料的一面粘合在一起；

3、在金属箔面上通过光刻或印刷的方法制作掩膜，掩膜图案按要求设计；

4、将制作好掩膜的透明基材/透明导电层/金属箔置于刻蚀液中，刻蚀掉未被掩膜保护的金属；

5、去掉金属电极表面的掩膜，形成图案化电极。

进一步优选地，可在透明导电层及图案化电极上覆盖透明保护层，具体步骤如下：

6、将带胶的透明保护层开孔，以便在其与下层电极和透明导电层贴合时露出要引线的电极；

7、将透明保护层的孔与电极对好位后贴合；

8、在小孔露出的电极处制作引线。

优选地，透明导电材料可为石墨烯。

优选地，使用透明胶将透明基材与金属箔生长有透明导电材料的一面进行粘合。更优选地，所述透明胶包含但不限于各种UV光固化树脂、热熔胶、硅胶等。

优选地，所述金属箔可选自但不限于铜箔、镍箔、铜镍合金箔等。

优选地，所述刻蚀液根据金属箔选择，刻蚀液中可加入改善透明导电材料导电性的物质。

优选地，所述去掉金属电极表面掩膜的方法可以根据掩膜材料选择手剥或溶液去除的方法。

优选地，本发明所述的一种低电压透明电热膜的制备方法也可采用如下步骤：

1、将透明基材与透明导电层粘合在一起；

2、在透明导电层上制作电极，可采用直接印刷导电浆料或蒸镀导电材料的方法进行，电极图案根据加热需求设计。

进一步优选地，可在透明导电层及电极上覆盖保护层，具体步骤如下：

3、将带胶的透明保护层开孔，以便在其与下层电极和透明导电层贴合时露出要引线的电极；

4、将透明保护层的孔与电极对好位后贴合；

5、在小孔露出的电极处制作引线。

本发明有益效果：

(1)由于汇流条和内电极的引入很好地减小了透明导电层的电极间距，与现有透明电热膜的电极设计方案相比，可以使用更低的电压供电，这样就可以使用锂电池等便携式电源供电。

(2)粗汇流条细内电极的电极设计可以在加热电压相同的条件下，使用导电性较差的透明导电材料，通过改变内电极间距获得与导电性好的材料相同的加热效果。

(3)在电源电压和透明导电材料固定的条件下，可以通过控制汇流条面积和内电极间距实现不同的加热功率，从而满足不同的加热温度需求。

(4)图案化金属箔制作电极的过程简化了电极制作，提高了电极的导电能力，节省了制作时间，降低了制作所需的材料成本。

本发明的又一重要目的是，提供一种高温电热片，该高温电热片使用石墨烯或碳纳米管膜等碳纳米材料作为加热元件，可实现更加均匀高效加热，并且，可接直流电也可接交流电。

现有技术中，于高温加热片领域内，与本申请最为接近的技术是通常采用合金丝或合金箔作为发热元件进行加热，这两种加热方式存在两个缺点：

加热均匀性不好。合金丝或合金箔加热为局部加热，通过导热板使温度分布均匀，温度均匀性较差。

发热效率不高。金属的发射率较小，交流供电时螺旋金属丝及金属箔通电时一部分电能还转化成了电磁波。

为了解决前述技术问题，达到上述技术效果，本发明提供了如下的技术方案：

一种高温电热片，包括基材、加热层、电极；加热层形成于基材的至少一侧；所述电极结构为叉指结构或者为两条平行条状结构；优选的，将本发明的电极串联或并联。

作为优选方案，所述叉指电极结构如下：

由粗的汇流条和若干细的内电极构成，汇流条接电源的正极或负极，使得两相邻的内电极极性相反，通电时正极汇流条提供的电流由各正极内电极流入对应负极内电极最终全部汇入负极汇流条；优选地，汇流条一端接电源的正极或负极；进一步优选地，可以在加热层两面分别设置正、负两套电极，这两套电极的内电极错开一定距离，即正、负叉指电极分别置于加热层两侧，形成被加热层隔开的叉指电极，保证电流均匀通过加热层，这样可进一步保证加热的均匀性。

上述的高温电热片，最终升温温度、起始温度、供电电压、两内电极间距和加热层的方块电阻符合如下公式：

T＝kU²/d²R+t (4)

其中：

t——起始温度，单位为℃；

T——电热片升温所至最终升温温度，单位为℃；

U——供电电压，单位为V；

d——内电极间距，单位为cm；

R——加热层方块电阻，单位为Ω/□；

k——常数，取值范围为10-200，k取值范围根据电热片与空气之间的传导系数会有不同，与电热片与空气之间的传导系数成反比。

上述的高温电热片，汇流条的设置应保证内电极设置在汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差不超过10％，满足如下公式(2)：

n(n+1)lρ_l/WHR＜1/5 (5)

其中：

n——内电极使汇流条围成的面积内共产生了n个间隔；

ρ₁——汇流条材料电阻率，单位为Ω·m；

l——内电极每根长度，长度不等时按其中最长内电极计算，单位为m；

W——汇流条宽度，单位为m；

H——汇流条厚度，单位为m；

R——加热层方块电阻，单位为Ω/□。

上述高温电热片，同一内电极上最大电压差不超过10％，需满足如下公式(3)：

nl²ρ₂/whLR＜1/5 (6)

其中：

n——内电极产生了n个间隔；

l——内电极每根长度，长度不等时按其中最长内电极计算，单位为m；

ρ₂——内电极材料电阻率，单位为Ω·m；

w——内电极宽度，单位为m；

h——内电极厚度，单位为m；

L——每根汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止共产生的长度，单位为m；

R——加热层方块电阻，单位为Ω/□。

作为另一种优选方案，所述平行电极的两条设置于加热层的两个边缘，优选的，所述平行电极为直线平行电极或者曲线平行电极或者折线平行电极。

采用平行电极的高温电热片，最终升温温度、起始温度、供电电压、两电极间距和加热层的方块电阻符合如下公式：

T＝kU²/d²R+t (7)

其中：

t——起始温度，单位为℃；

T——电热片升温所至最终升温温度，单位为℃；

U——供电电压，单位为V；

d——两平行电极的间距，单位为cm；

R——加热层方块电阻，单位为Ω/□；

k——常数，取值范围为10-200，k取值范围根据电热片与空气之间的传导系数会有不同，与电热片与空气之间的传导系数成反比。

经应用测试，接相同电压时，电极宽度为7-10mm、两平时电极的间距为9-13cm时，在加热片其它因素不变的条件下，其升温速度最快，于15min内可升温到250℃以上。最为优选的方案是电极宽度为8mm、间距为10cm的平行电极，接入高电压时，可在10min内，升温到250℃以上。

进一步的，上述高温电热片，所述加热层的材料为单层或多层石墨烯、或者碳纳米管膜，优选为单层或多层石墨烯，更优选3-5层石墨烯；优选地，所述石墨烯可使用掺杂石墨烯；更优选地，其掺杂剂可为无机/有机掺杂剂；

和/或，所述基材为耐高温材料，优选为聚酰亚胺薄膜、微晶玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃、蓝宝石或陶瓷材料；更优选微晶玻璃、石英玻璃或陶瓷材料；优选的，所述基材的厚度为20-5000μm，例如20μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、1000μm、1700μm、2500μm、3000μm、3200μm、4000μm、4600μm、5000μm等，均可；更优选的，基材的厚度为50-3000μm，例如50μm、200μm、300μm、450μm、550μm、700μm、1000μm、1300μm、1800μm、2000μm、2400μm、2600μm、3000μm等，均可。虽然基材的厚度可以达到上千微米，本发明高温电热片的温度亦可达到300度以上。

和/或，所述电极材料为导电良好且耐高温材料，优选为银、银浆、铜、铜浆或铝；更优选为银浆；优选的，所述银浆为耐高温导电银浆，所述耐高温导电银浆的烧结温度在300℃以上，例如：350℃、380℃、410℃、440℃、470℃、500℃、530℃、570℃、600℃、650℃、680℃等。

优选地，所述高温电热片的电极和加热层上设有覆盖层，与基材相呼应的将设有电极的加热层夹在中间；优选地，所述覆盖层的材料为耐高温材料，优选为聚酰亚胺薄膜或玻璃釉；最优为玻璃釉。

优选的，所述覆盖层的厚度为1-1000μm，比如1μm、10μm、40μm、75μm、100μm、133μm、157μm、200μm、260μm、300μm、350μm、400μm、440μm、500μm、550μm、584μm、620μm、700μm、750μm、800μm、830μm、880μm、900μm、960μm、1000μm等；进一步优选的，覆盖层的厚度为5-200μm，例如5μm、7μm、15μm、20μm、45μm、60μm、90μm、110μm、140μm、155μm、160μm、175μm、200μm等。覆盖层又叫覆盖保护层，是用于固定保护厚度较薄的加热片及电极，使加热片和电极之间结合更加牢固，同时使加热片和电极与外界隔绝，避免受到污染或在外力作用下变形等。当覆盖保护层过薄，比如小于75μm时，随着覆盖层厚度的减少，在长时间高温作用下的电极和加热层的保护作用会相对减弱，容易造性电极微变形。经研究发现，覆盖保护层厚度在小于75μm时，其电极出现变形的加热时间随着厚度的减小急剧减小，厚度为75μm时，出现折点，电极在300℃下持续720h不变形，处于长期稳定状态。当覆盖保护层过厚时，又会影响加热片中电热层温度的传导，影响电热片的最终温度。经深入的研究发现，在覆盖层采用75-123μm的玻璃釉时，高温电热片的电极的稳定性和覆盖层的温度传导均处于最佳状态。例如：75μm、78μm、81μm、86μm、90μm、92μm、95μm、97μm、103μm、108μm、111μm、115μm、119μm、121μm、123μm等，此时，温度在300℃下持续720h，电极无任何变形，电热片的各项性能均无异样改变，温度传导良好。

所述的高温电热片的制备工艺，包括如下步骤：

1)制备生长于金属箔衬底上的加热层材料；

2)将基材与金属箔生长有加热层材料的一面粘合在一起；

3)在金属箔面上通过光刻或印刷的方法制作掩膜，掩膜图案按要求设计；

4)将制作好掩膜的基材/加热层/金属箔置于刻蚀液中，刻蚀掉未被掩膜保护的金属；

5)去掉金属电极表面的掩膜，形成图案化电极；

或者，可以采用在加热层上直接印刷导电浆料或蒸镀导电材料的方法制作电极，优选直接印刷导电金属浆料；

优选的，当采用导电金属浆料印刷电极的方法制作高温加热片，具体包括如下步骤：

1)将加热层转移至基材上；

2)在加热层上制作电极，采用直接印刷导电浆料或蒸镀导电材料的方法进行，电极图案根据需求设计；

进一步优选的，上述两种不同的制备方式，还制备有覆盖层，具体操作如下：

在做好的带有电极的加热层上印刷或涂布覆盖层，优选的，印刷或涂布的厚度为1-1000μm，优选5-200μm，最佳印刷或涂布75-123μm。

上述方案具有以下优点:

本发明高温电热片，通过使用石墨烯、碳纳米管膜等碳纳米材料取代目前采用的合金加热丝或合金加热箔，同时优选与加热元件配合的材料，根据需要还可进行特殊的电极设计，实现更加均匀高效的加热。具体表现为以下两点：

(1)提高了加热均匀性。使用本发明的高温电热热片加热时不同于以往的合金丝及合金箔，整个面内的导电膜(即加热层)全部发热，提高了温度均匀性，整个高温电热热片稳定后的全表面温度最高温和最低温之差小于10K；

(2)发热效率高。本发明采用石墨烯、碳纳米管膜等碳纳米材料加热，可以在短时间内将电能迅速转化成热能，发热效率很高，一般在220V电压下，通电9-15min内即可达到稳定，稳定后的温度可达400℃以上。

(3)使用寿命长。本发明高温加热片不同于现有的金属丝或合金加热箔，在220V电压下，长时间工作容易老化或短路，采用石墨烯、碳纳米管膜等碳纳米材料作为电热转换的加热层，克服了这种长时间通电加热造成的材料老化问题，同时电极、加热层和覆盖层的结合设计，形成了牢固的一体，不仅热能易于释放，电极也不易被高电压烧毁，提高了高温电热膜的使用寿命，可达到220V电压下连续工作30000多小时以上保持高效发热，间断性通电，可实现100000次以上，性能不受影响。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是背景技术中透明加热膜电极设置图；

图2是本发明实施例1的电热膜的电极分布图；

图3是本发明一个优选实施例的剖面图；

图4是本发明实施例2的电热膜的电极分布图；

图5是本发明实施例3的电热膜的电极分布图；

图6是本发明实施例4的电热膜的电极分布图；

图7是本发明实施例1的电热膜(非优选方案)红外热像仪拍摄的温度分布照片；

图8是本发明实施例1的电热膜(优选方案)红外热像仪拍摄的温度分布照片；

图9是本发明实施例1的电热膜(优选方案)直线温度分布图，横作标是电热膜从左到右的位置表示，纵作标是温度；

图10是本发明实施例2的电热膜(非优选方案)红外热像仪拍摄的温度分布照片；

图11是本发明实施例2的电热膜(优选方案)红外热像仪拍摄的温度分布照片；

图12是本发明实施例2的电热膜(优选方案)直线温度分布图，横作标是电热膜从左到右的位置表示，纵作标是温度；

图13是本发明实施例3的电热膜直线温度分布图；

图14是本发明实施例4的电热膜直线温度分布图；

图15是本发明实施例5的电热膜直线温度分布图；

图16是本发明实施例6的电热膜直线温度分布图；

图17是本发明实施例7的电热膜直线温度分布图；

图18是本发明实施例8的电热膜直线温度分布图；

图19是本发明实施例9的电热膜直线温度分布图；

图20是本发明实施例10的电热膜直线温度分布图；

图21是本发明实施例11的电热膜直线温度分布图；

图22是本发明实施例14的高温电热片红外热像仪拍摄的温度分布照片；

图23是本发明实施例15的高温电热片红外热像仪拍摄的温度分布照片；

图24是本发明实施例16的高温电热片红外热像仪拍摄的温度分布照片；

图25是本发明实施例17的高温电热片红外热像仪拍摄的温度分布照片；

图26是本发明实施例18的高温电热片红外热像仪拍摄的温度分布照片；

图27是本发明实施例19的高温电热片红外热像仪拍摄的温度分布照片；

图28是本发明实施例20的高温电热片红外热像仪拍摄的温度分布照片；

图29是本发明实施例21的高温电热片红外热像仪拍摄的温度分布照片；

图30是本发明实施例22的高温电热片红外热像仪拍摄的温度分布照片；

图中，1--透明导电层(在实施例14-30的高温电热片中为加热层)，2--电极，21--汇流条，22-内电极，3--透明基材(在实施例14-30的高温电热片中为基材，其也可以为不透明材料)，4--透明覆盖层(在实施例14-30高温电热片中为覆盖层，其也可以为不透明材料)。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

在以下实施例中，虽然数值均同时满足三个公式，但对于粗汇流条细内电极的图案电极来说，只要参数满足至少任何一个公式均能实现本发明的发明目的，解决本发明要解决的技术问题。实施例中只是给出了同时满足三个公式的实施方式，但不会对本发明技术方案构成任何限制。

以下实施例中涉及到材料的电阻率都是本领域公知的，比如，铜的电阻率为1.75×10^-8Ω·m，银浆的电阻率为8×10^-8Ω·m，石墨烯(单层)1×10^-8Ω·m。

实施例1：

参见图2、3所示，单层石墨烯作为加热构件的低电压透明电热膜，电极采用银浆印刷。

制备工艺如下：

1、在面积150mm×150mm厚度125μm的PET(透明基材)上转移一层石墨烯，石墨烯已经过掺杂，方阻为250Ω/□；

2、使用丝网印刷设备在转移好的石墨烯上印刷银浆电极图案，图案形状如图2所示，内电极间距为6mm，宽1mm，银浆厚度25μm；

3、将印刷好的电极图案置于烘箱中烘烤，使银浆固化，烘烤温度为130℃，时间为40min。

初始温度为室温(22℃)，此种情况下，将引线分别连接5V电源的正负极，经测试，60秒即可达到稳定状态，图7所示为使用红外热像仪拍摄的温度分布照片，此时电热膜的平均温度可达77.5℃左右，(室温为22℃)。符合公式T＝kU²/d²R+t(K＝200)。

测试结果显示，使用我们发明的电极设计方案，使用3.7V电压供电时加热膜的平均加热功率为1500w/m²左右，而电压为3.7V时使用传统的无内电极的电热膜平均加热功率为5.4w/m²左右，要达到与我们新设计的电热膜相同的加热效果使用电压需提高至612V左右，这已经远远超过了人体安全电压。

优选地，进一步进行以下步骤：

4、将面积150mm×150mm厚度50μm的OCA胶与相同面积的PET贴合在一起；

5、使用激光切割设备在贴合好的PET/OCA开方形孔，孔大小为5mm×5mm，开孔的位置要保证该PET/OCA与电极图案贴合后，汇流条末端露出5mm×5mm的电极；

6、对好位后将PET/OCA与电极图案贴合；

7、在小孔露出的电极出制作引线；

此种情况下，测得电热膜电阻为2.7Ω，将引线分别连接5V电源的正负极，经测试，60秒即可达到稳定状态，图8所示为使用红外热像仪拍摄的温度分布照片，图9所示为直线温度分布图，此时电热膜的平均温度可达66℃左右(室温为22℃)，符合公式T＝kU²/d²R+t(k＝158)若电压为3.7V稳定后平均温度为42℃，若电压为7.4V稳定后平均温度为103℃，符合公式T＝kU²/d²R+t(k＝133)。

测试结果显示，使用我们发明的电极设计方案，使用3.7V电压供电时加热膜的平均加热功率为1300w/m²左右，而电压为3.7V时使用传统的无内电极的电热膜平均加热功率为5w/m²左右，要达到与我们新设计的电热膜相同的加热效果使用电压需提高至60V左右，这已经远远超过了人体安全电压。

最终得到的透明电热膜的结构是：由透明导电层(单层石墨烯)1和电极2紧密贴合形成本发明的核心，电极2由汇流条21和内电极22构成，形成叉指电极，内电极间距为6mm，宽1mm，银浆厚度25μm。透明基材3和覆盖层4将透明导电层和电极夹在中间，起承托固定保护作用。

实施例2：

本实施例采用两层石墨烯作为加热构件的低电压透明电热膜，电极采用银浆印刷。

1、在面积120mm×120mm厚度125μm的PET(透明基材)上转移两层石墨烯，石墨烯已经过掺杂，方阻为120Ω/□；

2、使用丝网印刷设备在转移好的石墨烯上印刷银浆电极图案，图案形状如图4所示，汇流条外圆直径96mm，最长内电极为73mm，内电极间距为6mm，共产生17个间隔，宽1mm，汇流条宽8mm，在汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止的长度为130mm,银浆厚度25μm；

3、将印刷好的电极图案置于烘箱中烘烤，使银浆固化，烘烤温度为130℃，时间为40min。

此种情况下，将引线分别连接5V电源的正负极，经测试，60S即可达到稳定状态，图10所示为使用红外热像仪拍摄的温度分布照片，此时电热膜的平均温度可达137.7℃左右(初始温度为室温22℃)，符合公式T＝kU²/d²R+t(K＝200)。

测试结果显示，使用我们发明的电极设计方案，使用3.7V电压供电时加热膜的平均加热功率为3168w/m²左右，而电压为3.7V时使用传统的无内电极的电热膜平均加热功率为11.4w/m²左右，要达到与我们新设计的电热膜相同的加热效果使用电压需提高至616.6V左右，这已经远远超过了人体安全电压。

优选地，进一步进行以下步骤：

4、将面积120mm×120mm厚度50μm的OCA胶与相同面积的PET贴合在一起；

5、使用激光切割设备在贴合好的PET/OCA开方形孔，孔大小为5mm×5mm，开孔的位置要保证该PET/OCA与电极图案贴合后，汇流条末端露出5mm×5mm的电极；

6、对好位后将PET/OCA与电极图案贴合；

7、在小孔露出的电极出制作引线；

此种情况下，测得电热膜电阻为2Ω，将引线分别连接5V电源的正负极，经测试，40S钟即可达到稳定状态，参见图11、12所示，此时电热膜的平均温度可达90.9℃左右(室温为22℃)。符合公式T＝kU²/d²R+t(k＝119.1)

测试结果显示，使用我们发明的电极设计方案，使用3.7V电压供电时加热膜的平均加热功率为1300w/m²左右，而电压为3.7V时使用传统的无内电极的电热膜平均加热功率为5w/m²左右，要达到与我们新设计的电热膜相同的加热效果使用电压需提高至60V左右，这已经远远超过了人体安全电压。

经测试，汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差0.2％，内电极上最大电压差不超过0.004％。

最终得到的透明电热膜的结构基本同实施例1，区别在于透明导电层为双层石墨烯，且电极围成的形状如图4的圆形，汇流条外圆直径96mm，最长内电极为73mm，内电极间距为6mm，共产生17个间隔，宽1mm，汇流条宽8mm，在汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止的长度为130mm,银浆厚度25μm。

实施例3：

参见图5所示，单层石墨烯作为加热构件的低电压透明电热膜，制备工艺如下：

1、将生长好石墨烯(石墨烯经过掺杂，方阻为250Ω/□)的铜箔与大小为150mm×300mm厚度为125μm的PET通过UV胶贴合在一起，铜箔大小为140mm×280mm，厚度为25μm；

2、将UV胶固化，波长为365nm，能量为1000mJ/cm²；

3、使用丝网印刷设备在贴合好的铜箔上印刷可剥胶掩膜，图案形状如图5所示，此时，相当于电热膜被一分为二，形成左右两块电热膜串联的效应，实际的利用电压减半，内电极间距为3mm，长108mm，宽1mm，共32条，共产生30个间隔，汇流条宽8mm，在汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止的长度为100mm，铜箔厚度25μm；

4、将印刷好的电极图案置于烘箱中烘烤，使可剥胶固化，烘烤温度为135℃，时间为40min；

5、烘烤后的样品置于30％的FeCl₃刻蚀液中刻蚀，刻蚀结束后水洗吹干，揭下电极表面的可剥胶。

此种情况下，测得电热膜电阻为1.7Ω，将引线分别连接3.7V锂离子电池的正负极(相对于一半的电热膜是1.85V)，经测试，30S稳定后电热膜的温度可达46℃左右，参见图13所示，(室温为22℃)，符合公式T＝kU²/d²R+t(K＝160)。

测试结果显示，使用本发明的电极设计方案，使用3.7V电压(实际应用于两电极的电压为1.85V)供电时加热膜的平均加热功率为1521w/m²左右，而电压为3.7V时使用传统的无内电极的电热膜，要达到与我们新设计的电热膜相同的加热效果使用电压需提高至616V左右，这已经远远超过了人体安全电压。

优选地，进一步进行以下步骤：

6、将面积150mm×300mm厚度50μm的OCA胶与相同面积的PET贴合在一起；

7、使用激光切割设备在贴合好的PET/OCA开方形孔，孔大小为5mm×5mm，开孔的位置要保证该PET/OCA与电极图案贴合后，汇流条末端露出5mm×5mm的电极；

8、对好位后将PET/OCA与电极图案贴合；

9、在小孔露出的电极出制作引线；

测得电热膜电阻为2.5Ω，将引线分别连接3.7V(实际利用电压相当于1.85V)锂离子电池的正负极，经测试，70S稳定后电热膜的温度可达45℃左右(室温为22℃)，符合公式T＝kU²/d²R+t(K＝151)。

经测试，汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差0.2％，内电极上最大电压差不超过0.004％。

最终得到的透明电热膜的结构基本同实施例1，区别在于电极围成的形状如图5，可以形成左右两块电热膜串联的效应，实际的利用电压减半，内电极间距为3mm，长108mm，宽1mm，共32条，共产生30个间隔，汇流条宽8mm，在汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止的长度为100mm，铜箔厚度25μm。电极材料为铜箔。

实施例4：

本实施例采用ITO薄膜作为加热构件的低电压透明电热膜，银浆作为电极，图案设计参照图2，制备工艺如下：

1、使用丝网印刷设备在方阻为尺寸为150mm×150mm，方阻为150Ω的ITO薄膜(方阻为400Ω/□)上印刷银浆电极图案，图案形状如图2所示，内电极间距为6mm，长108mm，宽1mm，共15条，共产生15个间隔，汇流条宽8mm，银浆厚度25μm；

2、将印刷好的电极图案置于烘箱中烘烤，使银浆固化，烘烤温度为130℃，时间为40min。

3、将面积150mm×150mm厚度50μm的OCA胶与相同面积的PET贴合在一起；

4、使用激光切割设备在贴合好的PET/OCA开方形孔，孔大小为5mm×5mm，开孔的位置要保证该PET/OCA与电极图案贴合后，汇流条末端露出5mm×5mm的电极；

5、对好位后将PET/OCA与电极图案贴合；

6、在小孔露出的电极出制作引线；

此种情况下，测得电热膜电阻为5Ω，将引线分别连接12V电源的正负极，经测试，55S即可达到稳定状态，参见图14，此时电热膜的平均温度可达92℃左右(室温为22℃)，符合公式T＝kU²/d²R+t(K＝70)。

经测试，汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差0.05％，内电极上最大电压差不超过0.01％。

最终得到的透明电热膜的结构基本同实施例1，区别在于透明导电层为ITO薄膜，内电极间距为6mm，长108mm，宽1mm，共15条，共产生15个间隔，汇流条宽8mm，银浆厚度25μm。

实施例5：

本实施例透明导电层采用单层石墨烯(250Ω/□)，电极采用10层石墨烯，制备时，参照实施例1的优选方式，不同之处在于：采用向石墨烯膜上继续转移石墨烯的方式，转移至第11层，停止转移，然后将上面的10层石墨烯刻蚀成图案化电极，或者采用直接生长多层石墨烯，再制成图案化电极，本实施例电极的图案设计参见附图2，内电极间距为3mm，长108mm，宽1mm，共15条，共产生15个间隔，汇流条宽8mm，在汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止的长度为60mm，电极(10层石墨烯)厚35nm。

此种情况下，测得电热膜电阻为2Ω，将引线分别连接1.5V电源的正负极，经测试，85S即可达到稳定状态，参见图15，此时电热膜的平均温度可达34℃左右(室温为22℃)，符合公式T＝kU²/d²R+t(K＝120)。

经测试，汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差0.1％，内电极上最大电压差不超过0.02％。

最终得到的透明电热膜的结构基本同实施例1，区别在于电内电极间距为3mm，长108mm，宽1mm，共15条，共产生15个间隔，汇流条宽8mm，在汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止的长度为60mm，电极(10层石墨烯)厚35nm。

实施例6：

本实施例采用4层石墨烯(62.5Ω/□)作为透明导电层，电极采用ITO，制备时，照实施例1的优选方式，不同之处在于：采用将ITO印刷于透时导电层上，电极图案化设计参见图4，内电极间距为4mm，宽1mm，共16条，共产生17个间隔，汇流条宽8mm，银浆厚度25μm。

此种情况下，测得电热膜电阻为0.4Ω，将引线分别连接3.7V电源的正负极，经测试，100S即可达到稳定状态，参见图16，此时电热膜的平均温度可达103℃左右(室温为22℃)，符合公式T＝kU²/d²R+t(K＝110.9)。

经测试，汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差3％，内电极上最大电压差不超过1.2％。

最终得到的透明电热膜的结构基本同实施例1，区别在于内电极间距为4mm，宽1mm，共16条，共产生17个间隔，汇流条宽8mm，银浆厚度25μm，4层石墨烯(62.5Ω/□)作为透明导电层。

实施例7：

本实施例基本同实施例3的优选方案，不同之处在于：电极图案化设计参见附图2，内电极间距为3mm，长108mm，宽1mm，共15条，共产生15个间隔，汇流条宽8mm，铜箔厚度25μm。

此种情况下，测得电热膜电阻为1.7Ω，将引线分别连接12V电源的正负极，经测试，100S即可达到稳定状态，参见图17，此时电热膜的平均温度可达226℃左右(室温为22℃)，符合公式T＝kU²/d²R+t(K＝32)。

经测试，汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差0.9％，内电极上最大电压差不超过0.1％。

实施例8：

本实施例基本同实施例1的非优选方案，不同之处在于，电极形成于透明导电层与透明基材之间，电极采用铜箔，图化设计参见附图4，内电极间距为2mm，长108mm，宽1mm，共16条，共产生17个间隔，汇流条宽8mm，铜箔厚度25μm。以单层石墨烯作为材料的透明导电层的方阻为250Ω/□。

此种情况下，测得电热膜电阻为2Ω，将引线分别连接3.7V电源的正负极，经测试，30S即可达到稳定状态，参见图18，此时电热膜的平均温度可达143.8℃左右(室温为22℃)，符合公式T＝kU²/d²R+t(K＝89)。

经测试，汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差0.04％，内电极上最大电压差不超过3％。

实施例9：

本实施例采用将图案化电极的正极和负极分开设置于透明导电层的两面，形成被透明导电层分隔的叉指电极，图案化设计在视觉上同附图2，透明导电层的材料采用单层石墨烯(方阻为250Ω/□)，电极采用5-10层的石墨烯或者厚度为10-30μm的铜箔，本实施例优选采用了5-10层的石墨烯作为电极材料，其中，正负相邻内电极间距为4mm，长108mm，宽1mm，共15条，共产生15个间隔，汇流条宽8mm。

此种情况下，测得电热膜电阻为2.1Ω，将引线分别连接7.5V电源的正负极，经测试，30S即可达到稳定状态，参见图19，此时电热膜的平均温度可达210℃左右(室温为22℃)，符合公式T＝kU²/d²R+t(K＝134)。

经测试，汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差7％，内电极上最大电压差不超过4％。

实施例10：

本实施例基本同实施例3，不同之处在于，图案化设计采用附图6，透明导电层采用6层石墨烯(方阻为41.6Ω/□)，电极为铜箔。内电极间距为10mm，宽1mm，共9条，共产生9个间隔，汇流条宽8mm，铜箔厚度25μm。

此种情况下，测得电热膜电阻为0.32Ω，将引线分别连接7.5V电源的正负极，经测试，30S即可达到稳定状态，参见图20，此时电热膜的平均温度可达86.3℃左右(室温为22℃)，符合公式T＝kU²/d²R+t(K＝47.6)。

经测试，汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差2.4％，内电极上最大电压差不超过0.3％。

实施例11：

本实施例基本同实施例1，不同之处在于，内电极和汇流条采用不同的材料。可以是透明导电材料作内电极，金属材料作汇流条；也可以是不同的金属材料分别作为内电极和汇流条；还可以是透明导电材料作汇流条，金属材料作内电极。本实施例优选金属铜箔或银浆作为汇流条的材料，至少5层的石墨烯作为内电极的材料。本实施例更优选以金属铂作为汇流条的材料和10层的石墨烯作为内电极的材料。单层石墨烯作为透明导电层的材料(方阻为250Ω/□)。图案化设计参见附图2，石墨烯内电极间距为5mm，长108mm，宽1mm，共32条，汇流条宽8mm，厚度25μm。

此种情况下，测得电热膜电阻为1.9Ω，将引线分别连接12V电源的正负极，经测试，30S即可达到稳定状态，参见图21，此时电热膜的平均温度可达243℃左右(室温为22℃)，符合公式T＝kU²/d²R+t(K＝96)。

经测试，汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差1.5％，内电极上最大电压差不超过2.3％。

实施例12：

本实施例工艺同实施例1，不同之处在于电极的具体设计。

为了保证内电极设置在汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差不超过10％，本实施例在制作时，对内电极产生的间隔数n、内电极最长长度l，汇流条的宽度W、汇流条的厚度H进行测算后精确处理，使其符合上述公式(2)。

本实施例要求电极的设置为：内电极长108mm，共产生15个间隔，汇流条宽8mm，厚25μm。经测试，汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差0.2％。

将引线分别连接1.5V电源的正负极，经测试，75S钟即可达到稳定状态，此时电热膜的平均温度可达51℃左右(室温为22℃)。

实施例13：

本实施例工艺同实施例1，不同之处在于电极的具体设计。

为了保证内电极上最大电压差不超过10％，本实施例在制作时，对内电极产生的间隔数n、内电极最长长度l、内电极宽度w、内电极宽度h、汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止的长度L进行测算后精确处理，使其符合上述公式(3)。

本实施例要求电极的设置为：内电极长108mm，共15根内电极，每根内电极的宽度均为1mm、厚25μm，共产生15个间隔，汇流条宽8mm，在汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止的长度为99mm。经测试，内电极上最大电压差不超过0.05％。

将引线分别连接7.5V电源的正负极，经测试，60S钟即可达到稳定状态，此时电热膜的平均温度可达77.4℃左右(室温为22℃)。

以上实施例中的内电极均可制作成相互平行的波浪状或锯齿状等其它形状。

实施例14：

1、在面积120mm×120mm厚度4mm的微晶玻璃上转移三层石墨烯方阻为250Ω/□左右；

2、使用丝网印刷设备在转移好的石墨烯上印刷银浆电极图案，图案形状如图1、3所示，1为加热层，2为电极，电极2为平行电极设计，两平行电极宽8mm，银浆厚度25μm，两电极间距离为10cm；3为基材(可以是透明的，也可以是不透明的)，4为高温电热片的覆盖层(可以是透明的，也可以是不透明的)；

3、将印刷好的电极图案置于IR炉中烘烤，烘烤温度为150℃，时间为10min，然后在隧道炉中550℃烧结10min；

4、在玻璃片上涂布一层玻璃釉；

5、在隧道中烧结玻璃釉。

所得高温电热片的结构为：加热层(三层石墨烯)1和电极2紧密贴合，电极2为分布于加热层1两端的平行的长条设计，两平行电极宽8mm，银浆厚度25μm，两电极间距离为10cm。基材3和覆盖层4将透明导电层和电极夹在中间，起承托固定保护作用。基材3厚度为厚度4mm的微晶玻璃，覆盖层4为115μm的玻璃釉。

测得高温电热片电阻为250Ω，引线接好连至直流或交流电源，电压调至220V，待9min左右温度升至250℃(室温22℃)左右保持稳定，符合公式(7)，其中，K值为117.8，用红外热像仪测试的温度分布图像如图22所示，有效加热区内的温度均匀性为±10K。

实施例15：

1、将生长好石墨烯(石墨烯经过掺杂，方阻为125Ω/□)的铜箔与大小为150mm×150mm厚度为125μm的聚酰亚胺膜(耐高温度可达400℃以上)通过UV胶贴合在一起，铜箔大小为130mm×130mm，厚度为25μm；

2、将UV胶固化，波长为365nm,能量为1000mJ/cm2，

3、使用丝网印刷设备在贴合好的铜箔上印刷可剥胶掩膜，图案形状如图2-3所示，1为高温电热片的加热层构成本发明的核心功能部件，2为电极，21为汇流条，22为内电极，3为基材(可以是透明的，也可以是不透明的)，4为高温电热片的覆盖层(可以是透明的，也可以是不透明的)。其中，内电极间距为6mm，长108mm，宽1mm，共15条，汇流条宽8mm，铜箔厚度25μm；

4、将印刷好的电极图案置于烘箱中烘烤，使可剥胶固化，烘烤温度为135℃，时间为40min；

5、烘烤后的样品置于30％的FeCl₃刻蚀液中刻蚀，刻蚀结束后水洗吹干，揭下电极表面的可剥胶；

6、使用激光切割设备在带硅胶的聚酰亚胺膜上开方形孔，孔大小为5mm×5mm，开孔的位置要保证该聚酰亚胺膜与电极图案贴合后，汇流条末端露出5mm×5mm的电极；

8、对好位后将聚酰亚胺膜与电极图案贴合；

9、在小孔露出的电极出制作引线。

最终得到的高温电热片的结构是：加热层(掺杂石墨烯)1和电极(铜箔)2紧密贴合，内电极间距为6mm，长108mm，宽1mm，共15条，汇流条宽8mm，铜箔厚度25μm。基材3和覆盖层4将透明导电层和电极夹在中间，起承托固定保护作用。基材3为厚度为125μm的聚酰亚胺膜，覆盖层4也为厚度为125μm的聚酰亚胺膜。

测得高温电热片电阻为2.7Ω，将引线分别连接7.4V锂离子电池的正负极，经测试，5分钟即可达到稳定状态，此时电热膜的平均温度可达176℃左右(室温为22℃)，用红外热像仪测试的温度分布图像如图23所示，有效加热区内的温度均匀性为±8K，符合公式(6)，其中，K＝126.5。

经测试，汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差0.2％，内电极上最大电压差不超过0.004％。

实施例16：

1、在面积140mm×140mm厚度4mm的陶瓷材料上涂布碳纳米管，方阻为200Ω/□左右；

2、使用丝网印刷设备在转移好的碳纳米管上印刷银浆电极图案，图案形状如图1所示，为平行电极设计，两平行电极宽8mm，间距为12cm，银浆厚度25μm；

3、将印刷好的电极图案置于IR炉中烘烤，烘烤温度为150℃，时间为10min，然后在隧道炉中550℃烧结10min；

4、在玻璃片上涂布一层玻璃釉；

5、在隧道中烧结玻璃釉(厚度为115μm)。

所得高温电热片的结构基本同实施例14，不同之处是：由加热层1为碳钠米管，两平行电极宽8mm，间距为12cm，银浆厚度25μm。基材3为厚度4mm的陶瓷材料，覆盖层4为厚度为1μm玻璃釉。

测得高温电热片电阻为200Ω，引线接好连至直流或交流电源，电压调至220V，待15min左右温度升至300℃(室温22℃)左右保持稳定，用红外热像仪测试的温度分布图像如图24所示，有效加热区内的温度均匀性为±6K，符合公式(7)，其中，K＝165.5。

实施例17：

1、将生长好石墨烯(石墨烯经过掺杂，方阻为125Ω/□)的铜箔与大小为150mm×150mm厚度为125μm的硼硅玻璃通过UV胶贴合在一起，铜箔大小为130mm×130mm，厚度为25μm；

2、将UV胶固化，波长为365nm,能量为1000mJ/cm²

3、使用丝网印刷设备在贴合好的铜箔上印刷可剥胶掩膜，图案形状如图4所示，1为高温电热片的加热层，2为电极，21为汇流条，22为内电极，3为基材(可以是透明的，也可以是不透明的)，4为高温电热片的覆盖层(可以是透明的，也可以是不透明的)。其中，汇流条外圆直径96mm，最长内电极为73mm，内电极间距为6mm，共产生17个间隔，宽1mm，汇流条宽8mm，在汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止的长度为130mm,银浆厚度25μm；

4、将印刷好的电极图案置于烘箱中烘烤，使可剥胶固化，烘烤温度为135℃，时间为40min；

5、烘烤后的样品置于30％的FeCl₃刻蚀液中刻蚀，刻蚀结束后水洗吹干，揭下电极表面的可剥胶；

6、使用激光切割设备在带硅胶的聚酰亚胺膜上开方形孔，孔大小为5mm×5mm，开孔的位置要保证该聚酰亚胺膜与电极图案贴合后，汇流条末端露出5mm×5mm的电极；

8、对好位后将聚酰亚胺膜与电极图案贴合；

9、在小孔露出的电极出制作引线。

所得高温电热片的结构基本同实施例15，不同之处是：图案形状如图4所示，电极围成圆形，汇流条外圆直径96mm，最长内电极为73mm，内电极间距为6mm，共产生17个间隔，宽1mm，汇流条宽8mm，在汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止的长度为130mm,银浆厚度25μm。基材3为厚度为125μm的硼硅玻璃，覆盖层4为4mm的聚酰亚胺膜。

测得高温电热片电阻为5.3Ω，将引线分别连接7.4V锂离子电池的正负极，经测试，5分钟即可达到稳定状态，此时电热膜的平均温度可达180℃左右(室温为22℃)，用红外热像仪测试的温度分布图像如图25所示，有效加热区内的温度均匀性为±8K，符合公式(6)，其中，K＝129.8。

经测试，汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差0.3％，内电极上最大电压差不超过0.004％。

实施例18：

与实施例14基本相同，不同之处在于：平行电极宽度为7mm，间距为9cm；基材(硼硅玻璃)的厚度为3mm；覆盖层(玻璃釉)的厚度为75μm。

测得高温电热片电阻为220Ω，引线接好连至直流或交流电源，电压调至220V，待10min左右温度升至269℃(室温22℃)左右保持稳定，符合公式(7)，其中，K值为103.5，用红外热像仪测试的温度分布图像如图26所示，有效加热区内的温度均匀性为±9K。

实施例19：

与实施例14基本相同，不同之处在于：石墨烯经过掺杂，且转移的石墨烯的层数为一层作为加热层，测得方阻为150Ω/□；基材(微晶玻璃)的厚度为300μm；覆盖层(玻璃釉)的厚度为75μm。

测得高温电热片电阻为150Ω，引线接好连至直流或交流电源，电压调至220V，待10min左右温度升至411℃(室温22℃)左右保持稳定，符合公式(7)，其中，K值为120.5，用红外热像仪测试的温度分布图像如图27所示，有效加热区内的温度均匀性为±7K。

实施例20：

与实施例14基本相同，不同之处在于：平行电极宽度为8mm，间距为9cm；基材(石英玻璃)的厚度为1mm；覆盖层(玻璃釉)的厚度为123μm。

测得高温电热片电阻为300Ω，引线接好连至直流或交流电源，电压调至220V，待15min左右温度升至292℃(室温22℃)左右保持稳定，符合公式(7)，其中，K值为113.1，用红外热像仪测试的温度分布图像如图28所示，有效加热区内的温度均匀性为±4K。

实施例21：

与实施例14基本相同，不同之处在于：转移掺杂石墨烯单层作为加热层，测得方阻为150Ω/□，平行电极宽度为10mm，间距为13cm；基材(微晶玻璃)的厚度为1mm；覆盖层(玻璃釉)的厚度为123μm。

测得高温电热片电阻为390Ω，引线接好连至直流或交流电源，电压调至220V，待15min左右温度升至323℃(室温22℃)左右保持稳定，符合公式(7)，其中，K值为157.7，用红外热像仪测试的温度分布图像如图29所示，有效加热区内的温度均匀性为±7K。

实施例22：

与实施例14基本相同，不同之处在于：转移掺杂石墨烯五层作为加热层，测得方阻为316Ω/□，平行电极宽度为8mm，间距为7cm；基材(蓝宝石)的厚度为50μm；覆盖层(聚酰亚胺薄膜)的厚度为100μm。

测得高温电热片电阻为330Ω，引线接好连至直流或交流电源，电压调至220V，待15min左右温度升至470℃(室温22℃)左右保持稳定，符合公式(7)，其中，K值为143.2，用红外热像仪测试的温度分布图像如图30所示，有效加热区内的温度均匀性为±5K。

实施例14-22中，UV胶还可以用各种UV光固化及热固化树脂、有机硅胶、聚酰亚胺胶及硅酸盐无机粘胶剂等耐高温胶替代。

实施例14-22中，作为基材可以有多种选择，例如微晶玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃、蓝宝石及各种陶瓷材料等本领域技术人员所能想到的导热性好且耐高温材料。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (38)

1.一种低电压透明电热膜，包括透明基材、透明导电层、电极；透明导电层形成于透明基材的至少一侧；其特征在于：电极由汇流条和若干内电极构成，内电极由汇流条相向延伸形成叉指电极；电极位于透明导电层上且与透明导电层电接触；所述透明导电层为单层或多层石墨烯；在电极和石墨烯层上覆盖保护层；所述透明基材为PET、PVC、PE或PC薄膜；所述覆盖保护层的材料为PET、PVC、PE或PC薄膜；

最终升温温度、起始温度、供电电压、两内电极间距和透明导电层的方块电阻符合如下公式：

T＝kU²/d²R+t (1)

其中：

t——起始温度，单位为℃；

T——电热膜升温所至最终升温温度，单位为℃；

U——供电电压，单位为V，U≤12V；

d——内电极间距，单位为cm；

R——透明导电层方块电阻，单位为Ω/□；

k——常数，取值范围为10-200，k取值范围根据电热膜与空气之间的传导系数会有不同，与电热膜与空气之间的传导系数成反比。

2.根据权利要求1所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：所述电极由粗的汇流条和若干细的内电极构成，汇流条接电源的正极或负极，使得两相邻的内电极极性相反，通电时正极汇流条提供的电流由各正极内电极流入对应负极内电极最终全部汇入负极汇流条。

3.根据权利要求2所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：所述汇流条一端接电源的正极或负极。

4.根据权利要求2所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：在所述透明导电层两面分别设置正、负两套电极，这两套电极的内电极错开一定距离，即正、负叉指电极分别置于透明导电层两侧，形成被透明导电层隔开的叉指电极。

5.根据权利要求1所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：所述电极材料包含但不限于银、铜、铝、ITO、石墨烯。

6.根据权利要求1所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：所述电极可由透明导电材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：所述电极被形成于透明导电层上。

8.根据权利要求7所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：所述电极位于石墨烯层上且与石墨烯层一体形成。

9.根据权利要求1所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：所述电极可形成于透明基材与透明导电层之间。

10.根据权利要求1所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：所述透明导电层为单层石墨烯。

11.根据权利要求1所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：所述单层或多层石墨烯可使用掺杂剂。

12.根据权利要求11所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：所述掺杂剂可为无机/有机掺杂剂。

13.根据权利要求1所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：所述电极串联或并联，将透明电热膜串联或并联。

14.根据权利要求1所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：所述内电极为直线形、波浪形或锯齿形，所述汇流条和内电极组成的图案形状呈直线形、曲线形，或围成圆形、椭圆形或围成其他任意形状。

15.根据权利要求1-14任一项所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：汇流条的设置应保证内电极设置在汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差不超过10％，满足如下公式(2)：

n(n+1)lρ_l/WHR＜1/5 (2)

其中：

n——内电极使汇流条围成的面积内共产生了n个间隔；

ρ₁——汇流条材料电阻率，单位为Ω·m；

l——内电极每根长度，长度不等时按其中最长内电极计算，单位为m；

W——汇流条宽度，单位为m；

H——汇流条厚度，单位为m；

R——透明导电层方块电阻，单位为Ω/□。

16.根据权利要求1-14任一项所述的一种低电压透明电热膜，其特征在于：同一内电极上最大电压差不超过10％，需满足如下公式(3)：

nl²ρ₂/whLR＜1/5 (3)

其中：

n——内电极产生了n个间隔；

l——内电极每根长度，长度不等时按其中最长内电极计算，单位为m；

ρ₂——内电极材料电阻率，单位为Ω·m；

w——内电极宽度，单位为m；

h——内电极厚度，单位为m；

L——每根汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止共产生的长度，单位为m；

R——透明导电层方块电阻，单位为Ω/□。

17.一种如权利要求1-16任一项所述的低电压透明电热膜的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：

1)制备生长于金属箔衬底上的透明导电材料；

2)将透明基材与金属箔生长有透明导电材料的一面粘合在一起；

3)在金属箔面上通过光刻或印刷的方法制作掩膜，掩膜图案按要求设计；

4)将制作好掩膜的透明基材/透明导电层/金属箔置于刻蚀液中，刻蚀掉未被掩膜保护的金属；

5)去掉金属电极表面的掩膜，形成图案化电极，

或者，可以采用在透明导电层上直接印刷导电浆料或蒸镀导电材料的方法制作电极。

18.一种高温电热片，包括基材、加热层、电极；加热层形成于基材的至少一侧；其特征在于：所述电极结构为叉指结构或者为两条平行条状结构，所述高温电热片的电极和加热层上设有覆盖层；

所述加热层的材料为单层或多层石墨烯；

所述基材为聚酰亚胺薄膜、微晶玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃、蓝宝石或陶瓷材料；

所述覆盖层的材料为聚酰亚胺薄膜或玻璃釉；

最终升温温度、起始温度、供电电压、两内电极间距和加热层的方块电阻符合如下公式(4)：

T＝kU²/d²R+t (4)

其中：

t——起始温度，单位为℃；

T——电热片升温所至最终升温温度，单位为℃；

U——供电电压，单位为V；

d——内电极间距，单位为cm；

R——加热层方块电阻，单位为Ω/□；

k——常数，取值范围为10-200，k取值范围根据电热片与空气之间的传导系数会有不同，与电热片和空气之间的传导系数成反比。

19.根据权利要求18所述的高温电热片，其特征在于：所述叉指电极结构如下：

由粗的汇流条和若干细的内电极构成，汇流条接电源的正极或负极，使得两相邻的内电极极性相反，通电时正极汇流条提供的电流由各正极内电极流入对应负极内电极最终全部汇入负极汇流条。

20.根据权利要求19所述的高温电热片，其特征在于：所述汇流条一端接电源的正极或负极。

21.根据权利要求19所述的高温电热片，其特征在于：在加热层两面分别设置正、负两套电极，这两套电极的内电极错开一定距离，即正、负叉指电极分别置于加热层两侧，形成被加热层隔开的叉指电极。

22.根据权利要求19-21任一项所述的高温电热片，其特征在于：汇流条的设置应保证内电极设置在汇流条的不同位置最高电压和最低电压相差不超过10％，满足如下公式(5)：

n(n+1)lρ_l/WHR＜1/5 (5)

其中：

n——内电极使汇流条围成的面积内共产生了n个间隔；

ρ₁——汇流条材料电阻率，单位为Ω·m；

l——内电极每根长度，长度不等时按其中最长内电极计算，单位为m；

W——汇流条宽度，单位为m；

H——汇流条厚度，单位为m；

R——加热层方块电阻，单位为Ω/□。

23.根据权利要求19-21任一项所述的一种高温电热片，其特征在于：同一内电极上最大电压差不超过10％，需满足如下公式(6)：

nl²ρ₂/whLR＜1/5 (6)

其中：

n——内电极产生了n个间隔；

l——内电极每根长度，长度不等时按其中最长内电极计算，单位为m；

ρ₂——内电极材料电阻率，单位为Ω·m；

w——内电极宽度，单位为m；

h——内电极厚度，单位为m；

L——每根汇流条上由第一根内电极起到最后一根内电极止共产生的长度，单位为m；

R——加热层方块电阻，单位为Ω/□。

24.根据权利要求18所述的高温电热片，其特征在于：所述平行电极的两条电极设置于加热层的两个边缘。

25.根据权利要求24所述的高温电热片，其特征在于：所述平行电极为直线平行电极或者曲线平行电极或者折线平行电极。

26.根据权利要求24或25所述的高温电热片，其特征在于：所述平行电极的宽度为7-10mm；

和/或，所述平行电极的间距为9-13cm。

27.根据权利要求24或25所述的高温电热片，其特征在于：所述平行电极的宽度为8mm；和/或，所述平行电极的间距为10cm。

28.根据权利要求18所述的高温电热片，其特征在于：所述加热层的材料为3-5层石墨烯。

29.根据权利要求18所述的高温电热片，其特征在于：所述石墨烯可使用掺杂石墨烯。

30.根据权利要求18所述的高温电热片，其特征在于：所述基材的厚度为20-5000μm。

31.根据权利要求30所述的高温电热片，其特征在于：基材的厚度为50-3000μm。

32.根据权利要求18所述的高温电热片，其特征在于：所述电极材料为银、铜、或铝。

33.根据权利要求18所述的高温电热片，其特征在于：所述电极材料为耐高温导电银浆。

34.根据权利要求18所述的高温电热片，其特征在于：所述覆盖层的厚度为1-1000μm。

35.根据权利要求34所述的高温电热片，其特征在于：所述覆盖层的厚度为5-200μm。

36.根据权利要求35所述的高温电热片，其特征在于：所述覆盖保的厚度为75-123μm。

37.一种根据权利要求18-36任一项所述的高温电热片的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：

1)制备生长于金属箔衬底上的加热层材料；

2)将基材与金属箔生长有加热层材料的一面粘合在一起；

3)在金属箔面上通过光刻或印刷的方法制作掩膜，掩膜图案按要求设计；

4)将制作好掩膜的基材/加热层/金属箔置于刻蚀液中，刻蚀掉未被掩膜保护的金属；

5)去掉金属电极表面的掩膜，形成图案化电极；

6)在做好的带有电极的加热层上印刷或涂布覆盖层。

38.一种根据权利要求18-36任一项所述的高温电热片的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：包括如下步骤：

1)将加热层转移至基材上；

2)在加热层上制作电极，采用直接印刷导电浆料或蒸镀导电材料的方法进行，电极图案根据需求设计；

3)在做好的带有电极的加热层上印刷或涂布覆盖层。