CN110033911B - 具有增强导电率和稳定性的多层堆叠 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有增强导电率和稳定性的多层堆叠。一种示例方法，其包括：(i)在衬底上沉积绝缘层；(ii)在绝缘层上形成导电聚合物层；以及(iii)重复相应绝缘层的沉积以及相应导电聚合物层的形成，以形成插设在相应绝缘层之间的相应导电聚合物层的多层堆叠。每一相应导电聚合物层具有相应电阻，使得当相应导电聚合物层并联连接到电源时，相应导电聚合物层的合成电阻小于每一相应电阻。

Description

具有增强导电率和稳定性的多层堆叠
技术领域
本发明总体涉及增强聚合物的导电率。更具体地，本发明涉及插设在绝缘层之间或由绝缘层分开的导电聚合物的堆叠层以增强导电率并获得特定导电率水平和特定电阻水平。
背景技术
在示例中，导电聚合物通过乳液聚合方法产生以形成有机可溶的导电聚合物。可溶的导电聚合物然后可以浇铸成具有特定导电率的膜。导电率(或比电导)是膜的导电能力的测量结果。例如，可以以西门子每米(S/m)为单位或西门子每厘米(S/cm)为单位测量导电率。导电率是电阻率的倒数，其以(Ohm.m)或(Ohm.cm)测量。例如，导电聚合物膜可以具有约1E-5S/cm的导电率。
通过利用导电增强剂(例如，异丙醇)处理膜可以增加膜的导电率。例如，由导电聚合物制成的膜的导电率可以增加到大约10S/cm，这相对于利用异丙醇处理之前的膜增加了6个数量级。
导电聚合物可能是脆性的并且不适合某些应用。为了使导电聚合物可用于特定应用，首先使其通过例如在聚氨酯、环氧树脂或苯氧基树脂以及其他示例树脂中配制导电聚合物而变得柔性并与其他材料相容。在树脂中配制导电聚合物可以例如包括将导电聚合物分散在树脂中以在其中形成导电聚合物的网络。
然而，在树脂中配制导电聚合物会减少或降低导电聚合物的导电率。例如，尽管用异丙醇处理，导电聚合物的导电率可以减少至小于1E-3S/cm。这种导电率的减少或降低可能是不希望的。
因此，可能希望具有导电聚合物的膜或层，其可用于各种应用而不会降低导电聚合物膜或层的导电率。关于这些和其它考虑因素，示出本文中所公开的内容。
发明内容
本发明描述了涉及具有增强的导电率和稳定性的多层堆叠的示例。
在一方面，本发明描述了一种方法。所述方法包括：(i)在衬底上沉积绝缘层；(ii)在绝缘层上形成导电聚合物层；以及(iii)重复相应绝缘层的沉积以及相应导电聚合物层的形成，以形成插设在相应绝缘层之间的相应导电聚合物层的多层堆叠。每一导电聚合物层具有相应电阻，使得当相应导电聚合物层并联连接到电源时，相应导电聚合物层的合成电阻小于每一相应电阻。
在另一方面，本发明描述了一种设备。该设备包括：衬底；以及包括导电聚合物层和设置在衬底上的绝缘层的多层堆叠。多层堆叠包括多个导电聚合物层，每一导电聚合物层插设在相应绝缘层之间。每一导电聚合物层具有相应电阻，并且多个导电聚合物层的导电聚合物层的数量选择成当导电聚合物层并联连接到电源时，导电聚合物层的合成电阻大致等于预定电阻。
在又一方面，本发明描述了一种交通工具如飞行器的构件。该构件包括导电聚合物层和设置在构件的表面上或附近的绝缘层的多层堆叠。多层堆叠包括多个导电聚合物层，每一导电聚合物层插设在相应绝缘层之间。每一导电聚合物层具有相应电阻，使得当相应导电聚合物层并联连接到联接于飞行器的电源时，相应导电聚合物层的合成电阻小于每一相应电阻。
前述的发明内容仅仅是示例性的并且不旨在任何方式的限制。除了以上描述的说明性方面、实施例以及特征之外，通过参考附图和以下详细描述其它方面、实施例和特征将显示出来。
附图说明
在所附权利要求中阐述了被认为是示例性示例的特征的新颖特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考本发明的示例性示例的以下详细描述，将最好地理解示例性示例以及其优选使用方式、进一步目的和描述。
图1示出了根据示例实施方式的衬底，其具有形成在衬底上的绝缘层以提供部分制造的多层堆叠。
图2示出了根据示例实施方式的导电聚合物层，其形成在绝缘层上以提供部分制造的多层堆叠。
图3示出了根据示例实施方式的另一绝缘层，其形成在导电聚合物层上以提供部分制造的多层堆叠。
图4示出了根据示例实施方式的电触点，其形成在导电聚合物层的边缘上以提供多层堆叠。
图5示出了根据示例实施方式的联接到多层堆叠的电源。
图6示出了根据示例实施方式的在电源循环时在多层堆叠上的特定位置处的温度变化。
图7示出了根据示例实施方式的具有相应导电聚合物层和相应绝缘层的多层堆叠的设备。
图8示出了根据示例实施方式的具有沉积在部件上的多层堆叠的部件。
图9是根据示例实施方式的用于形成导电聚合物层和绝缘层的多层堆叠的方法的流程图。
图10是根据示例实施方式的可以利用图9的方法实施的附加操作的流程图。
图11是根据示例实施方式的可以利用图9的方法实施的附加操作的流程图。
图12是根据示例实施方式的可以利用图9的方法实施的附加操作的流程图。
图13是根据示例实施方式的可以利用图9的方法实施的附加操作的流程图。
图14是根据示例实施方式的可以利用图9的方法实施的附加操作的流程图。
图15是根据示例实施方式的可以利用图9的方法实施的附加操作的流程图。
具体实施方式
尽管利用如异丙醇(IPA)的导电增强剂进行处理，但在如树脂的绝缘材料中配制导电聚合物层减少或降低了导电聚合物的导电率。这种导电率的减少或降低可能是不希望的。在本文描述的示例内是多层堆叠，其具有利用导电增强剂处理的并且“夹持”或插设在两个绝缘层之间的导电聚合物层。本文中公开的示例工艺包括浇铸和固化如树脂(例如，聚氨脂(PUR))的绝缘材料的膜，然后施加导电聚合物的涂层。然后可以利用导电增强剂处理导电聚合物以增加导电聚合物层的导电率。然后可以干燥处理导电聚合物层，并且施加另一个绝缘层并固化。此逐层堆叠提供了导电聚合物免受环境影响的保护性封装并且保持导电聚合物层的导电率水平。
另外，该工艺允许形成导电聚合物层的多层堆叠并且可以降低多层堆叠的总电阻。尤其是，随着层的数量增加，电阻根据欧姆定律降低。这样，可以制造插设在绝缘层之间的导电聚合物层的多层堆叠以具有特定的电阻。
图1至图5示出了根据示例实施方式的制造多层堆叠的阶段。图1至图5中所示的图示总体上以横截面视图示出，以示出为生成多层堆叠而开发的顺序形成的层。可以通过微制造和/或加工技术来开发这些层，如例如电镀、光刻、沉积和/或蒸发制造工艺、旋涂、喷涂、卷对卷涂覆、喷墨、直写、以及其它可能的沉积或成形技术。
此外，在示例中，可以使用光致抗蚀剂和/或掩模根据图案形成层的各种材料，以在特定的布置中图案化材料。另外，电镀技术也可以用于利用电触点涂覆导电聚合物层的端部或边缘(例如，金属垫或电引线)。例如，由沉积和/或光刻工艺形成的导电材料的布置可以利用金属材料进行电镀以生成导电电触点。
结合图1至图5示出和描述的用以生成多层堆叠的各个层的包括相对厚度和宽度的尺寸未按比例示出。而是，在图1至图5中的图仅出于解释目的示意性地示出各个层的排序。
图1示出了根据示例实施方式的衬底100，其具有形成在衬底100上的绝缘层102以提供部分制造的多层堆叠104。在一些示例中，绝缘层102可以粘接到衬底100。在示例中，绝缘层102可以配置成便于在其上形成一导电聚合物层，使得导电聚合物层粘接到绝缘层102。
作为示例，衬底100可以由环氧树脂、(例如，机翼、叶片、或飞行器的任何部件的)复合结构材料、热塑性树脂、热固性材料、聚碳酸酯材料等制成。可以在形成绝缘层102之前清洁衬底100。可以用各种方式如浸泡在第一流体中、用第二流体清洗和用气体干燥来清洁衬底100。在一些示例中，第一流体可以包括溶剂，如丙酮。另外，在一些示例中，第二流体可以包括异丙醇。此外，在一些示例中，气体可以包括氮气。可以用各种方式如浸泡在罐中的浴液中、自动喷射、通过喷瓶手动喷射等来实施清洗。
在示例中，可以在形成绝缘层102之前烘烤衬底100。衬底100可以在特定温度下烘烤一时间段。例如，温度可以是90摄氏度(℃)并且时间可以是2分钟。在其它示例中，在形成绝缘层102之前可以对衬底100进行等离子体清洁。可以以特定功率等离子体清洁衬底100一时间段。
绝缘层102可由例如树脂材料形成。示例树脂材料包括环氧树脂、热塑性树脂、酚醛树脂或硅树脂，其特征在于可在高温下操作和耐用。可能期望配置热稳定性树脂材料的绝缘层102。作为具体示例，绝缘层102可以由PUR制成，PUR是由通过氨基甲酸酯链接合的有机单元组成的聚合物。PUR可以是热固性聚合物或热塑性聚合物。PUR可以通过二异氰酸酯或多异氰酸酯与多元醇反应来形成。这里描述的PUR作为用于说明的示例，其它类型的树脂也可以用于制造绝缘层102。
绝缘层102可以以各种方式沉积在衬底100上，如刷涂、漆涂、复写、印刷、任何添加制造方法等。在示例中，在衬底100上形成绝缘层102之后，绝缘层102可以固化(例如，在特定温度如70℃下固化)。固化可以包括通过热或化学添加剂以及其它工艺使绝缘材料增韧或硬化。根据应用和实施，固化可以是部分的或可以是完整的。绝缘层102可以具有配置成接收如下面所述的导电聚合物层的表面106。
图2示出了根据示例实施方式的导电聚合物层108，其形成在绝缘层102上以提供部分制造的多层堆叠110。导电聚合物层108可以由多个导电聚合物中的任何一种制成。例如，导电聚合物层108可以由聚苯胺(PANI)、聚(3,4乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)、十二烷基苯磺酸(DBSA)、二壬基萘磺酸(DNNSA)、聚吡咯(PPy)、其混合物或其盐制成。在其它示例中，导电聚合物层108可以由石墨烯涂料、碳纳米管涂料、炭黑涂料、导电氧化物或含有金属或金属颗粒的导电涂料制成。
在示例中，导电聚合物层108可以由本征导电聚合物(ICP)制成。ICP包括配置成导电的合成有机聚合物。在其它示例中，导电聚合物层108可以由外在导电聚合物制成。通过增加特定的添加剂(例如，金属颗粒填料)给天然绝缘聚合物以使这种绝缘聚合物导电，来获得外在导电聚合物。
作为用于说明的具体示例，导电聚合物层108可以由聚苯胺-二壬基萘磺酸(PANI-DNNSA)制成。PANI是半柔性棒状聚合物家族的导电聚合物，其特征在于高导电率。DNNSA是有机化学物，例如芳基磺酸。在示例中，DNNSA具有为259.5℃的熔点和为600.4℃的沸点。DNNSA在100℃以上是稳定的。DNNSA可以通过通过萘与壬烯的反应制备，生成二异壬基萘。二异壬基萘然后经历磺化。DNNSA可以增加到PANI流体以增加流体的导电率。PANI-DNNSA在这里用作示例；但是，可以使用任何其他导电聚合物如上面提及的导电聚合物。
在一个示例中，导电聚合物可以通过乳化聚合法制作，以形成有机可溶的导电聚合物。例如，然后可以将有机可溶的导电聚合物与甲苯混合。甲苯是一种作为溶剂使用的无色、不溶于水的液体。甲苯是单取代的苯衍生物，具有附接到苯基的CH3基团。在该示例中，可以将甲苯中的导电聚合物施加或沉积到绝缘层102的表面106上，以形成图2中所示的导电聚合物层108。
在一个示例中，甲苯中的导电聚合物层108可以刷涂在绝缘层102的表面106上以在其上形成一均匀层，从而在衬底100上具有一致的电阻。其它沉积技术可以用于在绝缘层102上形成导电聚合物层108。例如，导电聚合物层108可以由微制造工艺形成，如化学蒸汽沉积、旋涂、喷涂、卷对卷涂覆、喷墨印刷、复写、直写。例如，可以通过将导电聚合物材料放置在部分制造的多层堆叠104上、施加扩展循环、施加旋转循环以及施加减速循环来旋涂导电聚合物材料。
在示例中，导电聚合物层108可以以基本均匀的厚度沉积到绝缘层102上，使得导电聚合物层108的表面是基本平坦的。在一些示例中，导电聚合物层108可以配置成共形涂层。
在形成导电聚合物层108之前，可以将粘接促进剂施加到绝缘层102的表面106。利用这种布置，可以改善导电聚合物层108到绝缘层102的粘接。在一些示例中，粘接促进剂可以包括3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，并且在其它示例中，粘接促进剂可以包括六甲基二硅氮烷(HDMS)，其可以增强导电聚合物层108到绝缘层102的粘接。其它粘接促进剂也是可行的。
粘接促进剂可以以各种方式施加，如以特定速率(例如，3000rpm)旋涂、在一温度下烘烤第一时间段，用流体(例如IPA)清洗、以及在该温度下烘烤第二时间段。在这种示例中，通过旋涂施加粘接促进剂可以包括加速和/或减速部分制造的多层堆叠104。粘接促进剂的其它施加方法是可行的。此外，在将粘接促进剂施加到绝缘层102的表面106之前，可以清洁(例如，通过清洗或等离子体清洁)部分制造的多层堆叠104。
可以处理绝缘层102的表面106，使得导电聚合物层108在形成导电聚合物层108期间粘合到处理的表面。可以以各种方式如通过使用电感联接等离子体的蚀刻来处理表面106。
导电聚合物层108可以在特定温度下干燥，并且利用导电增强剂进行处理以增强导电聚合物层108的导电率。示例导电增强剂可以包括形态增强剂如IPA。在此示例中，为了增强导电聚合物层108的导电率，可以利用IPA清洗导电聚合物层108几次。导电聚合物层108(例如，PANI-DNNSA)可以使用其他方法利用IPA进行处理。在其它示例中，导电聚合物层108可以利用带改性剂进行处理以增强电子空穴迁移率，并因此增强导电聚合物层108的导电率。也可以使用其它的导电增强剂。
如上所述，导电聚合物层108形成在绝缘层102上，使得导电聚合物层108粘接到绝缘层102。因为绝缘层102插设在导电聚合物层108和衬底100之间，导电聚合物层108不需要配置成粘接到衬底100的材料。利用此配置，导电聚合物层108没有配制在树脂中，并因此可以通过利用导电增强剂进行处理而增强的导电聚合物层108的导电率不会降低。
在示例中，导电聚合物层108可以具有小于10个千分之一英寸(即，小于10密耳)的厚度。但是，其它厚度是可行的。导电聚合物层108可以具有配置成接收如下描述的另一个绝缘层的表面112。
图3示出了根据示例实施方式的另一个绝缘层114，其形成在导电聚合物层108上以提供部分制造的多层堆叠116。绝缘层114可以包括与绝缘层102相似的另一个树脂层。在一个示例中，绝缘层114可以用如碳酸二甲酯的溶剂稀释，以得到20％质量/质量(w/w)的溶液。
绝缘层114可以以与将绝缘层102施加到衬底100相似的方式施加到导电聚合物层108的表面112。这样，绝缘层114可以旋涂、刷涂、复写、打印等在表面112上。粘接促进剂可以施加到表面112以便于绝缘层114粘接到导电聚合物层108的表面112。绝缘层114然后可以在特定的温度(例如，70℃)固化。
图4示出了根据示例实施方式的电触点118、120，其形成在导电聚合物层108的边缘上以提供多层堆叠122。电触点118可以形成在导电聚合物层108的第一侧边缘或端部处，而电触点120可以形成在导电聚合物层108的与第一侧边缘或端部相对的第二侧边缘或端部处。
每个电触点118、120可以独立地形成为由金属制成的一导电材料片。例如，电触点118、120可以配置成金属(例如，银或金合金)焊盘。但是，电触点118、120可以采取其它形式，如电引线或电线。
电触点118、120可以通过其它技术喷涂、刷涂、复写(印刷)或沉积在导电聚合物层108的侧端部或边缘处。电触点118、120然后可以用于将电源(直流电源或交流电源)连接到导电聚合物层108。在示例中，电触点118、120和电源之间的电连接可以使用利用蒸发或冷喷涂技术施加的导电油墨或金属制成。
图5示出了根据示例实施方式的联接到多层堆叠122的电源124。电源124描绘为交流(AC)电源；但是，可以使用其它类型的电源。
利用此配置，导电聚合物层108可以作为电阻。换言之，导电聚合物层108具有基于导电聚合物层108中的导电材料量、导电聚合物层108的厚度和利用导电增强剂的处理的特定导电率。当电流流过导电聚合物层108时，产生热。尤其是，由于导电聚合物层108的电阻(即对电子运动的阻抗)，电流的电子撞击导电聚合物层108内的原子，并因此电子的一些动能作为热能传递给导电聚合物层108的原子。此热能造成导电聚合物层108被加热。这样，来自电源124的电能作为来自导电聚合物层108的热能耗散。
在一特定实验性实施方式中，衬底100由3英寸×5英寸的聚碳酸酯衬底制成。绝缘层102然后作为PUR涂层经由刷涂施加到聚碳酸酯衬底上，并且PUR涂层然后在70℃下固化。甲苯中的PANI-DNNSA然后经由刷涂施加到PUR涂层的表面以形成导电聚合物层108，然后PANI-DNNSA层在70℃下被干燥。另一个PUR(用碳酸二甲酯稀释以得到20％重量/重量(％w/w)的溶液)层然后施加到PANI-DNNSA层的表面以形成绝缘层114，然后在70℃下固化。银触点然后施加到PANI-DNNSA层的边缘。利用此特定实施方式，PANI-DNNSA层在银触点之间可以具有或可以造成大约1600欧姆的电阻。
利用此特定实验性实施方式，多层堆叠连接到AV电压电源以测试其电加热能力。施加的电压是94.5瓦，测得的电流是60.84毫安，因此生成6瓦的加热器。这些数字和配置是仅用于说明的示例。基于其中要使用多层堆叠和要产生电阻的应用可以使用其它尺寸、大小和技术。
图6示出了根据示例实施方式的在电源循环时在多层堆叠上的特定位置处的温度变化。尤其是，图6描绘了曲线128，其中在y轴上表示以摄氏度表示的温度以及在x轴上表示绝对时间。曲线128示出了利用热相机监测的温度以及当电源的电压以20秒的间隔循环开启和关闭时在特定位置处的温度变化。在两小时的循环期内未检测到降低。换言之，每个循环达到的温度水平不随时间变化或减小。
图1至图5中所示的此逐层堆叠提供了多个优点。例如，利用图5所示的配置，导电聚合物层108设置在两个绝缘层102、114之间的保护性封装中，以保护导电聚合物层108免受其环境的影响。而且，利用此配置，导电聚合物层108没有在树脂中配制，而是形成为插设在两个绝缘层102、114之间的独立聚合物层。因此，如果导电聚合物层108由导电增强剂进行处理以增加其导电率，则增强的导电率没有降低，因为导电聚合物层108没有在树脂中配制。
此外，如上所述，导电聚合物层108粘接到绝缘层102、114而不是衬底100，并因此导电聚合物层108不需要配置成粘接到衬底100的材料。换言之，导电聚合物层108配置成粘接到绝缘层102、114的材料，而绝缘层102、114配置成粘接到衬底100的材料。这样，导电聚合物层108的化学成分和处理可以简化，因为导电聚合物层108不需要具有便于粘接到衬底100的化学配方。
另外，多层堆叠122表示模块化堆叠，其可以重复以将电阻水平减小到特定或预定的电阻。图7示出了根据示例实施方式的设备129，其具有相应导电聚合物层和相应绝缘层的多层堆叠。设备129的多层堆叠包括与多层堆叠122相似的多个模块化多层堆叠。换言之，可以堆叠多个类似于多层堆叠122的多层堆叠。如图7中所示，除了多层堆叠122之外，可以增加其它多层堆叠以获得特定电阻。例如，多层堆叠130可以堆叠在多层堆叠122上方以获得如下所述的较低电阻。多层堆叠130包括“夹持”或插设在绝缘层114和绝缘层136之间的导电聚合物层132。
导电聚合物层132可以具有形成在导电聚合物层132的边缘上的电触点138、140。电触点138、140可以类似于电触点118、120。在示例中，可以通过利用蒸发或冷喷涂技术施加的导电油墨或金属而在电触点138、140和电源124之间形成电连接。
利用图7所示的配置，导电聚合物层108和导电聚合物层132作为并联连接到电源124的两个电阻操作。这样，导电聚合物层108和导电聚合物层132的总电阻或合成电阻Rt可以通过欧姆定律如下计算出：
Figure GDA0003627043670000091
其中，R1是导电聚合物层108的电阻，R2是导电聚合物层132的电阻。例如，如果R1是1600欧姆而R2是1600欧姆，那么Rt可以计算为800欧姆，其是电阻R1或R2的一半。
通过堆叠较多类似于多层堆叠130的多层堆叠，可以进一步减小总电阻或合成电阻。例如，多层堆叠142可以堆叠在多层堆叠130上方。多层堆叠142包括“夹持”或插设在多层堆叠130的绝缘层136和绝缘层148之间的导电聚合物层144。绝缘层102、114、136和148可以指的是相应绝缘层以指示绝缘层是分开的并且可以彼此接续地形成。例如，绝缘层114可以在形成绝缘层102之后形成；绝缘层136可以在形成绝缘层114之后形成；以及绝缘层148可以在形成绝缘层136之后形成。
导电聚合物层144可以具有形成在导电聚合物层144的边缘上的电触点150、152。电触点150、152可以类似于电触点118、120和电触点138、140。在示例中，可以通过利用蒸发或冷喷涂技术施加的导电油墨或金属而在电触点150、152和电源124之间形成电连接。
利用图7所示的配置，导电聚合物层108、导电聚合物层132和导电聚合物层144作为并联连接到电源124的三个电阻操作。这样，导电聚合物层108、导电聚合物层132和导电聚合物层144的总电阻或合成电阻Rt可以通过欧姆定律如下计算出：
Figure GDA0003627043670000101
其中，R3是导电聚合物层144的电阻。例如，如果R1＝R2＝R3＝1600欧姆，那么Rt可以通过等式(2)计算为大约533.33欧姆，其是电阻R1、R2或R3的三分之一。
因此，利用此配置，可以通过堆叠更多的多层堆叠来获得预定的合成电阻。换言之，沉积绝缘层和形成导电聚合物层的步骤可以重复，以增加较多的多层堆叠而造成当电源124连接到设备上时设备129具有预定的合成电阻。
在附图中用点154示意性地描绘了增加更多的多层堆叠。更多的多层堆叠可以增加到多层堆叠142的顶部上直到获得预定的电阻或预定的导电率。随着多层堆叠的数量增加，整体合成电阻根据欧姆定律降低：
Figure GDA0003627043670000102
其中，Rt是总或合成电阻，R1...Rn是单个多层堆叠122、130、142等的电阻。合成电阻小于每一相应电阻R1...Rn。
这样，图7中所示的多层堆叠122、130、142包括夹持或插设在绝缘层102、114、136、148之间的多个导电聚合物层108、132、144。此配置使得能够使用多个导电聚合物层而不是单个厚的导电聚合物层。与厚的导电聚合物层相比，薄的导电聚合物层更容易铸造成均匀厚度的层。此外，与厚的导电聚合物层相比，薄的导电聚合物层更柔性并且具有更小的电阻。该配置允许调节电阻和导电率。通过增加更多堆叠，电阻减小并且导电率增加，反之亦然。
如上所述，设备129可以配置成在设备129的不同位置(例如，在衬底100上的不同位置处)具有不同的电阻率，并因此产生不同的热量。例如，可以在不同位置处使用不同数量的层。在一个位置处具有较多导电聚合物层可以指示该位置处的电阻可以低于在具有较少导电聚合物层的不同位置处的相应电阻。作为在不同位置处使用不同数量的层的结果，可以横过衬底100产生加热梯度。可以通过在各个位置处复写(例如，印刷)不同数量的层来实施这种布置，以使得一些位置能够比其他位置更热。
在另一个示例中，在设备129上可以使用相同数量的层；然而，可以在不同位置使用具有不同导电率的不同导电聚合物材料以提供不同的电阻。结果，可以在设备129的不同位置处产生不同的电阻，并且可以产生加热梯度，例如，以在设备129的不同位置处产生不同的热量。
在另一个示例中，在设备129的一个位置处的导电聚合物层的厚度可以不同于在另一个位置处的导电聚合物层的相应厚度。不同厚度可以指示在设备129的不同位置处的不同导电率和不同电阻。在另一个示例中，在一个位置处的导电聚合物层可以通过导电增强剂处理，而在另一个位置处的导电聚合物层可以不处理或者可以用不同的导电增强剂处理。因此，可以使用多种技术来改变衬底100上的导电率和电阻率，包括使用不同数量的层、用于导电聚合物层的不同材料、用于导电聚合物层的不同厚度，在一些位置处使用导电增强剂，而在其他位置处不使用或使用不同的导电增强剂，以及其他可能的技术。
此外，设备129可以配置为导电聚合物层的可寻址矩阵，以根据需要选择性地启用导电聚合物层的子集。例如，可以使用可独立启用的开关在导电聚合物层的电触点和电源124之间形成电连接。例如，设备129的控制器可以联接到将个别电触点(例如，电触点118、120、130、140、150、152等)连接到电源124的开关。控制器然后可以启用特定数量的开关以将特定数量的导电聚合物层连接到电源124并获得预定的或目标电阻。如果启用较多开关，从而启用较多导电聚合物层，那么与启用较少的开关时相比，产生较低的电阻和较低的热量。
在一些示例中，可以在设备129周围形成封装层或封装包装155。封装包装155可以为设备129提供保护使其免受其环境的影响。在一个示例中，封装包装155可以配置为通过喷涂、浸涂、丝网印刷等施加到多层堆叠的表面的聚氨酯、聚酰亚胺、聚酯或环氧树脂的共形绝缘涂层。封装包装155然后可以通过紫外线固化或者可以热固化。在另一个示例中，封装包装155可以包括聚合物膜(例如，聚氨酯、聚酰亚胺、聚酯等)，其使用粘合到多层堆叠的表面的压敏粘合剂至多层堆叠的表面。这些示例仅用于说明，并且封装包装155可以采用其他材料和配置。
在上述实施方式中，如图1至图5和图7所示，衬底100示为平坦的。然而，这并不意味着限制。在示例中，衬底可以配置成非柔性的且平坦的；然而，在其他示例中，衬底可以是柔性的并且形成弯曲表面，各种其他层沉积在该弯曲表面上。
类似于图7中所示的设备129的多层堆叠的多层堆叠可以在各种应用中使用。作为示例应用，多层堆叠可用于对飞行器、旋翼飞行器、风轮机等的构件(例如，机翼、叶片或任何其他部件)进行除冰。衬底(例如，衬底100)在该示例中，可以是飞行器、旋翼飞行器、风轮机等的构件的复合结构。多层堆叠的各个层然后可以印刷在飞行器的构件的复合结构上。
图8示出了根据示例实施方式的飞行器的构件156，其具有沉积在构件156的表面159上或附近的多层堆叠158。飞行器的构件156可以例如表示机翼、叶片或飞行器的任何其他构件。当电源连接到多层堆叠158的导电聚合物层的电触点时，产生热量用于除冰(即，熔化积聚在构件156周围的任何冰或雪)或防冰(即，防止在构件156上形成冰)。多层堆叠158的不同层未在图8中示出，以减少图中的视觉混乱。然而，应该理解的是多层堆叠158类似于图7中所示的设备129的多层堆叠。
在示例中，多层堆叠158可以沉积在构件156的表面159上。在这些示例中，其他保护层可以沉积在多层堆叠158的顶部上，用于环境保护和耐用性。在其他示例中，多层堆叠158可以设置在构件156内靠近构件156的表面，例如，在距离表面159一预定距离内，以便加热构件156的表面并使冰熔化。在一个示例中，预定距离可以在0.1毫米和5毫米之间变化，这取决于将多层堆叠158与构件156的表面分开的保护层的导热率。与多层堆叠158在构件156内更远离其表面更深布置的配置相比较，通过靠近构件156的表面，较低的热量就可以融化冰或防止冰形成。
在示例中，构件156的一些部分可能比其他部分更容易结冰，并且在这些示例中，上述任何技术可以用于改变电阻和在构件156上的各个位置处产生的热量。例如，如果冰在构件156的前缘160处熔化，则冰可以移动到翼型的后缘162(例如，机翼或叶片)处并重新冷冻。在该示例中，可能希望在前缘160处具有比后缘162更大的电阻，并因此在前缘160处将产生较多的热。如上所述，可以通过使用不同数量的导电聚合物层、用于导电聚合物层的不同材料、用于导电聚合物层的不同厚度，或者在一个位置使用导电增强剂而在另一个位置不使用或使用不同的导电增强剂，而获得电阻的这种变化。这样，冰可以在前缘160处熔化，而不是允许冰移动到后缘162并在该后缘处重新冷冻。
附加地或替代地，多层堆叠可以用于消散攻击飞行器的雷击。如上参考图8所述，衬底(例如，衬底100)可以是飞行器的复合结构。然后可以将多层堆叠的各个层沉积在飞行器的可能发生雷击的特定位置处(例如，在翼尖、尾部、鼻部等处)。
多层堆叠的导电聚合物层的电触点可以联接到设置在飞行器的特定位置处的电极，在该特定位置处(例如，在鼻部、翼尖、尾部等处)闪电可以撞击飞行器。导电聚合物层然后可以形成导电路径，该导电路径将飞行器的会被雷击攻击的部分电连接到飞行器的雷击电荷会被释放的另一个位置。换言之，由雷击产生的电流可以由导电聚合物层从飞行器的被雷击撞击的一个位置引导到另一个待放电的位置。
导电聚合物层的电阻可以造成雷击的电荷作为由穿过导电聚合物层的雷击产生的电流产生的热而消散。在示例中，如果多层堆叠的一些层受到产生的热或雷击的电流的影响，则可以通过沉积新层来修复多层堆叠以恢复预期性能(例如，来自多层堆叠的期望的导电率或电阻水平)。
多层堆叠也可以用于屏蔽电子构件免受电磁干扰(EMI)。例如，在一些应用中，电子构件(例如，电路板)可以设置在壳体内。为了屏蔽电子元件免受电磁干扰，壳体可以由配置成多层堆叠的衬底(例如，衬底100)的塑性材料制成。
围绕壳体的电磁波可以在导电聚合物层中产生电流，并因此电磁波的电磁能量作为由导电聚合物层产生的热而消散。此外，在该示例中，多层堆叠的绝缘层作为绝缘体，其阻止电磁波穿透壳体。这样，导电聚合物层消散电磁能量，而绝缘层阻止电磁波穿透壳体，并因此保护壳体内的电子构件免受电磁干扰。
图9是根据示例实施方式的用于形成导电聚合物层和绝缘层的多层堆叠的方法164的流程图。方法164示出可以用于形成插设在相应绝缘层之间的导电聚合物层的多层堆叠(如例如设备129的多层堆叠)的方法的示例。方法164可以包括如由方框166-184中的一个或多个所示的一个或多个操作、功能或动作。尽管以相继的顺序示出了方框，但是这些方框也可以并行实施，和/或以与这里描述的顺序不同的顺序实施。而且，可以将各个方框组合成更少的方框、划分成附加的方框、以及/或者基于期望的实施方式而移除。应当理解的是，对于本文公开的这个和其他工艺和方法，流程图示出了本示例的一种可能实施方式的功能和操作。如应被本领域的技术人员所理解的，替代方式包括在本发明的示例的范围内，其中功能可以按示出或讨论的顺序执行，包括大致同时的顺序或以相反的顺序，这取决于所涉及的功能。
在方框166处，方法164包括在衬底(例如，衬底100)上沉积绝缘层(例如，绝缘层102)。
在方框168处，方法164包括在绝缘层(例如，绝缘层102)上形成导电聚合物层(例如，导电聚合物层108)。
在方框170处，方法164包括重复沉积相应绝缘层以及形成相应导电聚合物层以形成插设在相应绝缘层之间的相应导电聚合物层的多层堆叠(例如，形成插设在绝缘层114、136之间和绝缘层136、148之间的导电聚合物层132、144，以形成图7中所示的设备129的多层堆叠)。每一相应导电聚合物层具有相应电阻，使得当相应导电聚合物层并联连接到电源(例如，电源124)时，相应导电聚合物层的合成电阻小于每一相应电阻。
许多操作包括形成导电聚合物层以包括本征或外在导电聚合物或者其混合物。沉积绝缘层的操作可包括沉积树脂层，该树脂层包括聚氨酯材料、环氧树脂材料、热塑性材料、酚醛树脂或硅树脂材料。此外，形成导电聚合物层的操作可包括形成PANI-DNNSA、PEDOT-PSS、PANI-DBSA、聚吡咯、石墨烯涂料、碳纳米管涂料、炭黑、导电氧化物或金属颗粒的层。
图10是根据示例实施方式的可以利用方法164执行和实施的附加操作的流程图。在方框172处，操作包括重复相应绝缘层的沉积和相应导电层的形成，直到合成电阻大致等于预定电阻(例如，在目标电阻的一百分比内，如目标电阻的1-3％)。
图11是根据示例实施方式的可以利用方法164执行和实施的附加操作的流程图。在方框174处，操作包括形成多层堆叠以包括与两个绝缘层对接的每一相应导电聚合物层、在相应导电聚合物层的每一侧上的一个绝缘层(例如，与绝缘层102、114对接的导电聚合物层108，导电聚合物层132与绝缘层114、136对接，并且导电聚合物层144与绝缘层136、148对接)。
图12是根据示例实施方式的可以利用方法164执行和实施的附加操作的流程图。在方框176处，操作包括利用导电增强剂处理相应导电聚合物层以增强相应导电聚合物层的导电率。例如，用导电增强剂处理相应导电聚合物层包括利用IPA处理相应导电聚合物层。在其他示例中，可以用带改性剂处理相应导电聚合物层以增强电子空穴迁移率，并因此增强相应导电聚合物层的导电率。
图13是根据示例实施方式的可以利用方法164执行和实施的附加操作的流程图。在方框178处，操作包括在每一导电聚合物层的第一边缘上形成第一电触点(例如，第一电触点118、138、150)，并且在方框180处，操作包括在每一导电聚合物层的第二边缘上形成第二电触点(例如，第二电触点120、140、152)。导电聚合物层的第一电触点和第二电触点便于将导电聚合物层连接到电源。
图14是根据示例实施方式的可以利用方法164执行和实施的附加操作的流程图。在方框182处，操作包括在形成导电聚合物层之前固化绝缘层。根据应用和实施方式，固化可以是部分的或可以是完整的。
图15是根据示例实施方式的可以利用方法164执行和实施的附加操作的流程图。在方框184处，重复相应绝缘层的沉积以及形成相应导电聚合物层以形成多层堆叠的操作可以包括形成多层堆叠，用以在导电聚合物层并联连接到电源时改变衬底上的电阻率。例如，形成多层堆叠以改变衬底上的电阻率可以包括在衬底上的不同位置处沉积不同数量的层。在另一个示例中，形成多层堆叠以改变衬底上的电阻率可以包括在衬底上的不同位置处沉积具有不同导电聚合物的导电聚合物层。在另一个示例中，形成多层堆叠以改变衬底上的电阻率可以包括在衬底上的不同位置处沉积具有不同厚度的导电聚合物层。在另一个示例中，导电层可以选择性地利用导电增强剂处理，而其他导电层可以不用导电率增强剂处理，以便改变衬底上的导电率和电阻率。
此外，本发明包括根据以下条款的示例：
1.一种方法，其包括：在衬底上沉积绝缘层；在绝缘层上形成导电聚合物层；以及重复相应绝缘层的沉积以及相应导电聚合物层的形成，以形成插设在相应绝缘层之间的相应导电聚合物层的多层堆叠，其中，每一相应导电聚合物层具有相应电阻；并且其中，相应导电聚合物层并联电连接，使得相应导电聚合物层的合成电阻小于每一相应电阻。
2.根据条款1所述的方法，其中，重复相应绝缘层的沉积以及相应导电聚合物层的形成包括：重复相应绝缘层的沉积和相应导电聚合物层的形成直到合成电阻大致等于预定电阻。
3.根据条款1或2所述的方法，其中，重复相应绝缘层的沉积以及相应导电聚合物层的形成以形成多层堆叠包括形成多层堆叠以包括与两个绝缘层对接的每一相应导电聚合物层，相应导电聚合物层的每一侧上有一个绝缘层。
4.根据条款1至3中任一项所述的方法，所述方法还包括：利用导电增强剂处理相应导电聚合物层，以增强相应导电聚合物层的导电率。
5.根据条款4所述的方法，其中，利用导电增强剂处理相应导电聚合物层包括利用形态增强剂或带改性剂进行处理。
6.根据条款1至5中任一项所述的方法，所述方法还包括：在每一导电聚合物层的第一边缘上形成第一电触点；以及在每一导电聚合物层的第二边缘上形成第二电触点，其中，导电聚合物层的第一电触点和第二电触点便于将导电聚合物层连接到电源。
7.根据条款1至6中任一项所述的方法，其中，形成导电聚合物层包括形成导电聚合物层以包括本征或外在导电聚合物。
8.根据条款1至7中任一项所述的方法，其中，沉积绝缘层包括沉积包括聚氨酯、环氧树脂、热塑性材料、酚醛树脂或硅树脂材料的树脂层。
9.根据条款1至8中任一项所述的方法，其中，形成导电聚合物层包括形成聚苯胺-二壬基萘磺酸(PANI-DNNSA)、聚(3,4乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT-PSS)、聚苯胺-十二烷基苯磺酸(PANI-DBSA)、聚吡咯、石墨烯涂料、碳纳米管涂料、炭黑、导电氧化物或金属颗粒的层。
10.根据条款1至9中任一项所述的方法，所述方法还包括：在形成导电聚合物层之前固化绝缘层。
11.根据条款1至10中任一项所述的方法，其中，重复相应绝缘层的沉积和相应导电聚合物层的形成以形成多层堆叠包括形成多层堆叠，以当导电聚合物层并联连接到电源时改变衬底上的电阻率。
12.根据条款11所述的方法，其中，形成多层堆叠以改变衬底上的电阻率包括在衬底上的不同位置处沉积不同数量的层。
13.根据条款11所述的方法，其中，形成多层堆叠以改变衬底上的电阻率包括在衬底上的不同位置处沉积具有不同导电聚合物的导电聚合物层。
14.根据条款11所述的方法，其中，形成多层堆叠以改变衬底上的电阻率包括在衬底上的不同位置处沉积具有不同厚度的导电聚合物层。
15.一种设备，其包括：衬底；以及设置在衬底上的多层堆叠，其中，所述多层堆叠包括多个导电聚合物层，每一导电聚合物层插设在相应绝缘层之间；其中，每一导电聚合物层具有相应电阻；其中，所述多个导电聚合物层并联电连接；并且其中，所述多个导电聚合物层的导电聚合物层的数量选择成导电聚合物层的合成电阻大致等于预定电阻。
16.根据条款15所述的设备，其中，导电聚合物层利用导电增强剂处理以增强导电聚合物层的导电率。
17.根据条款16所述的设备，其中，导电增强剂包括形态增强剂或带改性剂。
18.一种飞行器的构件，所述构件包括：设置在构件的表面上或附近的多层堆叠，其中，多层堆叠包括多个导电聚合物层，每一导电聚合物层插设在相应绝缘层之间；其中，每一导电聚合物层具有相应电阻；其中，所述多个导电聚合物层并联电连接，使得相应导电聚合物层的合成电阻小于每一相应电阻。
19.根据条款18所述的构件，其中，所述多个导电聚合物层的导电聚合物层的数量选择成使得导电聚合物层的合成电阻大致等于预定电阻。
20.根据条款18或19所述的构件，其中，多层堆叠在构件的第一位置处的导电聚合物层的数量不同于在构件的第二位置处的导电聚合物层的数量，使得当导电聚合物层并联连接到电源时与第二位置相比在第一位置处产生不同的热量。
上面的详细描述参考附图描述了公开的系统的各种特征和操作。本文中描述的示例性实施方式不意味着限制。公开的系统的某些方面可以以各种各样的不同配置来布置和结合，所有这些都在本文中予以考虑。
此外，除非上下文另有所指，否则每个附图中示出的特征可以彼此结合使用。因此，附图通常被视为一个或多个总的实施方式的组成方面，应理解的是不是所有示出的特征对于每个实施方式都是必需的。
另外，本说明书和权利要求中的任何元件、方框或步骤的列举是为了清楚起见。因此，这种列举不应被解释为要求或暗示这些元件、方框或步骤遵循特定布置或以特定顺序执行。
此外，设备或系统可以使用或配置成实施附图中示出的功能。在一些例子中，设备和/或系统的构件可以配置成实施功能，使得构件实际上配置成和构造成(具有硬件和/或软件)使这种实施成为可能。在其它示例中，设备和/或系统的构件可以布置成适于能够或适合于实施如当以特定方式操作时的功能。
术语“大致”意味着提及的特征、参数或数值不需要准确的获得，而是可能会在数量上出现本领域中的技术人员公知的例如包括公差、测量误差、测量精度限制和其它因素的偏差或变化，而不排除特征旨在提供的效果。
本文描述的布置仅用于示例目的。这样，本领域的技术人员将理解的是，可以替代地使用其它布置和其它元件(例如，机器、接口、操作、循序以及操作分组等)，并且可以根据希望的结果完全省略一些元件。此外，描述的很多元件是功能单位，功能单位可以以任何适合的组合和在任何适合的位置实施为分散或分布构件或者与其他构件结合实施。
虽然本文已经公开了各种方面和实施方式，但是其他方面和实施方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。本文中公开的各种方面和实施方式是出于说明目的而不是旨在限制，其中真正的范围由所附的权利要求书以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来标示。此外，本文中使用的术语是仅用于描述特定实施方式的目的，而不是旨在限制。

Claims (16)

1.一种形成多层堆叠(158)的方法(164)，该方法包括：
在衬底(100)上沉积(166)绝缘层(102)；
在所述绝缘层(102)上形成(168)导电聚合物层(108)；以及
重复(170)相应绝缘层(114)的沉积以及相应导电聚合物层(132)的形成，以形成插设在相应绝缘层之间的相应导电聚合物层的所述多层堆叠(158)，其中，每一相应导电聚合物层具有相应电阻；并且其中，相应导电聚合物层并联电连接，使得相应导电聚合物层的合成电阻小于每一相应电阻，
其中，重复(170)相应绝缘层的沉积和相应导电聚合物层的形成以形成多层堆叠包括形成(184)所述多层堆叠(158)，以当所述导电聚合物层(108,132,144)并联连接到电源(124)时改变衬底(100)上的电阻率，并因此在所述衬底(100)不同位置处产生不同的热量，
其中，形成(184)多层堆叠(158)以改变衬底(100)上的电阻率包括：
在该衬底(100)上的不同位置处沉积不同数量的层，
在该衬底(100)上的不同位置处沉积具有不同导电聚合物的导电聚合物层，或者
在该衬底(100)上的不同位置处沉积具有不同厚度的导电聚合物层。
2.根据权利要求1所述的方法(164)，其中，重复相应绝缘层的沉积以及相应导电聚合物层的形成包括：重复(172)相应绝缘层的沉积和相应导电聚合物层的形成直到合成电阻大致等于预定电阻。
3.根据权利要求1所述的方法(164)，其中，重复相应绝缘层的沉积以及相应导电聚合物层的形成以形成多层堆叠包括形成(174)所述多层堆叠(158)以包括与两个绝缘层(102,114)对接的每一相应导电聚合物层(108)，相应导电聚合物层的每一侧上有一个绝缘层。
4.根据权利要求1所述的方法(164)，所述方法还包括：利用导电增强剂处理(176)相应导电聚合物层，以增强所述相应导电聚合物层的导电率。
5.根据权利要求4所述的方法(164)，其中，利用导电增强剂处理(176)相应导电聚合物层包括利用形态增强剂或带改性剂进行处理。
6.根据权利要求1所述的方法(164)，所述方法还包括：
在每一导电聚合物层的第一边缘上形成(178)第一电触点(118)；以及
在每一导电聚合物层的第二边缘上形成(180)第二电触点(120)，其中，所述导电聚合物层(108,132,144)的第一电触点(118,138,150)和第二电触点(120,140,152)便于将所述导电聚合物层(108,132,144)连接到所述电源(124)。
7.根据权利要求1所述的方法(164)，其中，形成(168)导电聚合物层(108)包括形成所述导电聚合物层(108)以包括本征或外在导电聚合物。
8.根据权利要求1所述的方法(164)，其中，沉积(166)绝缘层包括沉积(166)包括聚氨酯、环氧树脂、热塑性材料、酚醛树脂或硅树脂材料的树脂层。
9.根据权利要求1所述的方法(164)，其中，形成(168)导电聚合物层包括形成(168)聚苯胺-二壬基萘磺酸(PANI-DNNSA)、聚(3,4乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT-PSS)、聚苯胺-十二烷基苯磺酸(PANI-DBSA)、聚吡咯、石墨烯涂料、碳纳米管涂料、炭黑、导电氧化物或金属颗粒的层。
10.根据权利要求1所述的方法(164)，所述方法还包括：在形成导电聚合物层(108)之前固化(182)所述绝缘层(102)。
11.一种具有多层堆叠(158)的设备(129)，该设备包括：
衬底(100)；以及
设置在所述衬底(100)上的所述多层堆叠(158)，其中，所述多层堆叠(158)包括多个导电聚合物层(108,132,144)，每一导电聚合物层插设在相应绝缘层(102,114,136,148)之间；其中，每一导电聚合物层具有相应电阻；其中，所述多个导电聚合物层并联电连接；并且其中，所述多个导电聚合物层的导电聚合物层的数量选择成使得所述导电聚合物层的合成电阻大致等于预定电阻，
其中，
在该衬底(100)上的不同位置处沉积不同数量的层，
在该衬底(100)上的不同位置处沉积具有不同导电聚合物的导电聚合物层，或者
在该衬底(100)上的不同位置处沉积具有不同厚度的导电聚合物层，
使得当所述导电聚合物层(108,132,144)并联连接到电源(124)时所述衬底(100)不同位置处的电阻率不同，并因此在所述衬底(100)不同位置处产生不同的热量。
12.根据权利要求11所述的设备(129)，其中，所述导电聚合物层(108,132,144)利用导电增强剂处理以增强所述导电聚合物层的导电率。
13.根据权利要求12所述的设备(129)，其中，所述导电增强剂包括形态增强剂或带改性剂。
14.一种飞行器的构件(156)，所述构件(156)包括：
设置在该构件(156)的表面(159)上或附近的多层堆叠(158)，其中，所述多层堆叠(158)包括多个导电聚合物层(108,132,144)，每一导电聚合物层插设在相应绝缘层(102,114,136,148)之间；其中，每一导电聚合物层具有相应电阻；其中，所述多个导电聚合物层并联电连接，使得相应导电聚合物层的合成电阻小于每一相应电阻，
其中，
在该构件(156)上的不同位置处沉积不同数量的层，
在该构件(156)上的不同位置处沉积具有不同导电聚合物的导电聚合物层，或者
在该构件(156)上的不同位置处沉积具有不同厚度的导电聚合物层，
使得当所述导电聚合物层(108,132,144)并联连接到电源(124)时所述构件(156)不同位置处的电阻率不同，并因此在所述构件(156)不同位置处产生不同的热量。
15.根据权利要求14所述的构件(156)，其中，所述多个导电聚合物层(108,132,144)的导电聚合物层的数量选择成使得所述导电聚合物层(108,132,144)的合成电阻大致等于预定电阻。
16.根据权利要求14所述的构件(156)，其中，所述多层堆叠(158)在该构件(156)的第一位置处的导电聚合物层的数量不同于在该构件(156)的第二位置处的导电聚合物层的数量，使得当所述导电聚合物层并联连接到所述电源(124)时与所述第二位置相比在所述第一位置处产生不同的热量。
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