CN110998884A - 制作电热制品的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种制作电热的方法。该方法包括：（a）提供包括电热材料的膜的卷或包括电热材料的膜的多个片的供应；（b）将膜从卷或多个片的供应输送到导电材料施加站；（c）在施加站处在所述膜上形成包括导电材料的图案设置的电极，以形成电热制品；（d）将膜从施加站输送到卷取辊或电热片的库存；以及（e）重复（b）、（c）和（d），以形成多个电热制品。

Description

制作电热制品的方法
背景技术
存在用于冷却应用的宽泛种类的技术，包括但不限于蒸发冷却、对流冷却或诸如电加热（electrothermic）冷却的固态冷却。用于住宅和商业制冷和空调的最流行的技术之一是蒸气压缩制冷剂热传递回路。这些回路典型地使具有适当热力学性质的制冷剂循环通过回路，回路包括压缩机、排热（heat rejection）热交换器（即，热交换器冷凝器）、膨胀装置和吸热热交换器（即，热交换器蒸发器）。蒸气压缩制冷剂回路在各种设定下有效地提供冷却和制冷，并且在某些情况下可作为热泵反向运行。然而，制冷剂中的许多可能呈现环境危害，如臭氧消耗潜力（ODP）或全球变暖潜力（GWP），或可为有毒或易燃的。另外，在缺乏足以驱动制冷剂回路中的机械压缩机的现成动力的源的环境中，蒸气压缩制冷剂回路可为不实际的或不利的。例如，在电动车辆中，空调压缩机的功率需求可导致车辆电池寿命或行驶里程显著地缩短。类似地，在各种便携式冷却应用中，压缩机的重量和功率要求可为成问题的。
因此，已存在对开发作为蒸气压缩制冷剂回路的备选方案的冷却技术的兴趣。已经提出了各种技术，如依赖于材料（诸如电热（electrocaloric）材料、磁热材料或热电材料）的场活性（field-active）热或电流响应热传递系统。然而，许多建议已配置为具有有限功能和可制造性的实验室规模（bench-scale）示范。
发明内容
在此公开的一些实施例中，一种制作电热制品（article）的方法包括：
（a）提供包括电热材料的膜的卷（roll）或提供包括电热材料的膜的多个片（sheet）的供应；
（b）将膜从卷或多个片的供应输送到导电材料施加站；
（c）在施加站处，在膜上形成包括导电材料的图案设置（patterned disposition）的电极，以形成电热制品；
（d）将膜从施加站输送到卷取辊或热电片的库存；以及
（e）重复（b）、（c）和（d），以形成多个电热制品。
在一些实施例中，导电材料的图案设置可包括功率连接（power connection），功率连接配置为连接至在功率源与电极之间的电气连接。
根据以上实施例中的任何一个或组合，在施加站处形成电极可包括：在膜的同一侧上形成第一电极和第二电极。
在一些实施例中，在施加站处形成电极可包括：在膜的相对侧上形成第一电极和第二电极。
在一些实施例中，在施加站处形成电极可包括：将导电材料的图案设置施加到临时支承物上，并将导电材料的图案设置从临时支承物传递到膜。
在一些实施例中，将导电材料的图案设置形成到临时支承物可包括：
（i）选择性地将导电材料施加到临时支承物，
（ii）通过图案掩模（patterned mask）将导电材料施加到临时支承物，并去除掩模，
（iii）将导电材料施加到临时支承物，并选择性地蚀刻所施加的导电材料，或
（iv）将导电材料施加到临时支承物，通过图案掩模的无掩模（unmasked）区域蚀刻导电材料，并去除掩模。
在一些实施例中，将导电材料的图案设置施加到膜上可包括：
（i） 选择性地将导电材料施加到膜，
（ii）通过图案掩模将导电材料施加到膜，并去除掩模，
（iii）将导电材料施加到膜，并选择性地蚀刻所施加的导电材料，或
（iv）将导电材料施加到膜，通过图案掩模的无掩模区域蚀刻导电材料，并去除掩模。
根据权利要求6或7所述的方法，其中，形成导电材料的图案设置包括：将导电材料选择性地施加到膜或临时支承物。
在一些实施例中，形成导电材料的图案设置可包括：通过图案掩模将导电材料施加到膜或临时支承物，并且去除掩模。
在一些实施例中，形成导电材料的图案设置可包括：在膜或临时支承物上选择性地蚀刻导电材料。
在一些实施例中，形成导电材料的图案设置可包括：通过图案掩模的无掩模区域在膜或临时支承物上蚀刻导电材料，并去除掩模。
在一些实施例中，施加导电材料可包括：离子注入的掺杂、离子注入的电气地活性的缺陷、或电子束感应的电气地活性的缺陷。
在一些实施例中，形成导电材料的图案设置可包括：用电气地导电的材料来包覆（cladding）电热材料。
根据以上实施例中的任何一个或组合，导电材料的图案设置包括膜表面上的多个区域，多个区域包括导电材料，导电材料由膜上的不包括导电材料的间隔（spacer）区域来分离。
在一些实施例中，包括导电材料的电热膜表面上的多个区域可配置为导电材料的多个电气地连接的线性延伸部，导电材料的多个电气地连接的线性延伸部沿着由间隔区域分离的膜表面。
在一些实施例中，包括导电材料间隔区域的电热膜表面上的多个区域可以以膜厚度的0.1倍至膜厚度的10倍的尺寸间隔开。
在一些实施例中，包括导电材料间隔区域的电热膜表面上的多个区域可以以膜厚度的0.2倍至膜厚度的5倍的尺寸间隔开。
在一些实施例中，包括导电材料的电热膜表面上的多个区域可以以膜厚度的0.5倍至膜厚度的2倍的尺寸间隔开。
在一些实施例中，一种制作电热模块的方法包括：根据以上实施例中的任何一个或组合来制作电热制品，并且将电热制品设置在电热模块中，电热模块包括：电热制品、配置为连接到在电热制品与热沉（heat sink）之间的第一热流动路径的第一热连接（thermalconnection）、配置为连接到在电热制品与热源之间的第二热流动路径的第二热连接、以及连接到电极并配置为连接到功率源的功率连接。
在一些实施例中，制作电热模块的方法可进一步包括：以堆叠（stack）构造将多个电热制品布置在电热模块中。
在一些实施例中，一种制作电加热的热传递系统的方法包括：根据以上实施例中的任何来制作电热模块，并且将第一热连接连接到在电热制品与热沉之间的第一热流动路径，将第二热连接连接到在电热制品与热源之间的第二热流动路径，将功率连接连接到功率源，并连接控制器，控制器配置成：与沿第一热流动路径和第二热流动路径的热传递协作，来选择性地施加电压以激活电极，以将热从热源传递到热沉。
附图说明
此公开的主题在说明书的结尾处的权利要求中特别地指出并明确地要求保护。从连同附图的以下详细描述，本公开的前述以及其他特征和优点是清楚的，在附图中：
图1是本文中描述的方法的示例性实施例的图解图；
图2是从图2的视图的电热模块的示意图；
图3A是在指交叉状（interdigitated）配置中的图案电极的俯视图的示意图，图3B代表了在电热膜的相对侧上的电极的横截面侧视图的示意图，并且图3C代表了在电热膜的同一侧上的电极的横截面侧视图的示意图；并且
图4A、图4B和图4C各自代表了用于图案电极的不同图案配置的示意图；
图5是电热的热传递系统的示例性实施例的示意图；
图6是卷到卷制造的示意图；并且
图7是片制造的示意图。
具体实施方式
现在参看附图，图1是本文中描述的方法的示例性实施例的流程图格式中的图解图。如图1中所示，流程图的框110包括：提供包括电热材料的膜的卷，或提供包括电热材料的膜的多个片的供应。可从另一过程（诸如从外部源或从膜制造过程获取膜供应的库存系统）将电热膜供应至该过程。电热膜可包括多种电热材料中的任何一种。在一些实施例中，电热膜厚度可为在具有0.1nm的下限的范围中，更具体地为在0.5nm的下限的范围中，且甚至更具体地为在1nm的下限的范围中。在一些实施例中，膜厚度范围可具有1000μm的上限，更具体地为100μm的上限，甚至更具体地为10μm的上限。应当理解的是，这些上限和下限范围可独立地组合，以公开许多不同的可能范围。用于电热膜的电热材料的实例可包括但不限于无机材料（例如，陶瓷）、电热聚合物和聚合物/陶瓷复合材料。无机物的实例包括但不限于PbTiO3（“PT”）、Pb（Mg1/3Nb2/3）O3（“PMN”）、PMN-PT、LiTaO3、钛酸锶钡（BST）或PZT（铅、锆、钛、氧）。电热聚合物的实例包括但不限于铁电聚合物、液晶聚合物和液晶弹性体。
铁电聚合物是结晶聚合物或具有高结晶度的聚合物，其中可通过施加电场来将聚合物链的结晶排列改变成片晶（lamellae）和/或球晶（spherulite）结构。这种特性可通过极性结构来提供，极性结构整合到聚合物主链（backbone）中，或以至主链的固定定向附接到聚合物主链。铁电聚合物的实例包括：聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚三氟乙烯、奇数尼龙、含有衍生自偏二氟乙烯的重复单元的共聚物、以及含有衍生自三氟乙烯的重复单元的共聚物。聚偏二氟乙烯和含有衍生自偏二氟乙烯的重复单元的共聚物已被针对它们的铁电和电热性能广泛地研究。含偏二氟乙烯的共聚物的实例包括：具有甲基丙烯酸甲酯的共聚物、以及具有一种或多种卤化共聚单体（包括但不限于三氟乙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、三氯乙烯、偏二氯乙烯、氯乙烯和其他卤化不饱和单体）的共聚物。
液晶聚合物或聚合物液晶包括聚合物分子，聚合物分子包括介晶（mesogenic）基团。介晶分子结构是众所周知的，并且常被描述为具有以下电子密度定向的棒状或盘状分子结构：电子密度定向响应于诸如外部电场的外部场而产生偶极矩（dipole moment）。液晶聚合物典型地包括通过非介晶分子结构连接的许多介晶基团。在提供对外部场的流体可变形响应中，非介晶连接结构以及它们在聚合物分子中的连接、放置和间隔连同介晶结构是重要的。典型地，连接结构提供的刚度低到足以使得通过施加外部场引起分子重新排列，并且高到足以在不施加外部场时提供聚合物的特性。
在一些示例性实施例中，液晶聚合物可具有由非介晶间隔基团分离的在聚合物主链中的棒状介晶结构，非介晶间隔基团具有柔性，以允许介晶基团响应于外部场而重新排序。这种聚合物也称为主链液晶聚合物。在一些示例性实施例中，液晶聚合物可具有棒状介晶结构，棒状介晶结构作为附接到聚合物主链的侧基团来附接。这种聚合物也称为侧链液晶聚合物。
再次参看图1，在框115中，将膜从卷或多片的供应输送到导电材料施加站。从那里，处理流程前进至框120，在框120中，在导电材料施加站处将电极施加至（一个或多个）膜表面，以形成电热制品。电极包括导电材料的图案设置。然后，处理流程前进至框125，在框125中，将膜从施加站输送到卷取辊或电热片的库存。然后，处理流程前进至判定框130，在其中进行是否存在对附加制品的系统需求的查询。如果答案是否定的，则处理流程前进至框135，在框135中可实施处理停止。如果答案是肯定的，则处理流程前进至判定框140，在其中进行是否有足够的膜的供应来用于继续制造电热制品的查询。如果答案是肯定的，则处理流程前进至框125，用于将更多的膜输送至导电材料施加站。如果答案是否定的，则处理流程前进至框120，用于提供附加的膜。
如上所述，在导电材料施加站处施加导电材料的图案设置，以在膜上形成（一个或多个）电极。现在参看图2，示意性地示出了电热制品的侧视图的侧视图。如图2中所示，第一电极14电气地连接到第一电气总线元件（electrical bus element）18。类似地，第二电极16电气地连接到第二电气总线元件20。电极可为如下文更详细地描述的任何类型的导电材料，包括但不限于：导电金属（诸如铝或铜）的金属化层，或诸如碳（例如，碳纳米管、石墨烯或其他导电碳）的其他导电材料。也可使用贵金属，但不是必需的。也可使用其他导电材料（如掺杂的半导体、陶瓷或聚合物）或导电聚合物。图4中所示的电极14和16可从在膜的一个边缘上的与电气总线元件接触的位置延伸，并且跨过膜延伸到并不与膜12的其他边缘上的相反极性的电气总线元件接触的位置。因此，第一电极14电气地连接到第一电气总线元件18。类似地，第二电极16电气地连接到第二电气总线元件20。总线元件包括配置到电源（未示出）的功率连接（未示出）。
再次参看图2，可选地可包括一个或多个支承元件22，用于支承和保持电热元件。然而，并不需要单独的支承元件，因为支承和保持也可由如下面描述的图2中所示的总线元件提供。尽管并非在所有设计配置中都需要，但是在一些实施例中，支承元件可由电气地不导电的材料制成。可选地可包括间隔元件28，以对于用于工作流体（例如，直接地加热或冷却的流体，如空气，或热传递流体，如介电有机化合物）的流体流动路径帮助保持与相邻的电热元件分离。可利用任何构造的间隔元件，例如一组离散的盘间隔元件，或者线性或非线性轴向地延伸的间隔元件。
电极中的至少一个（并且在一些实施例中，电极14和16两者）包括在电热膜12的表面上的导电材料的图案设置。在一些实施例中，图案设置可包括在电热膜表面上的多个区域，多个区域包括由电热膜上的非导电间隔区域分离开的导电材料。在一些实施例中，在包括导电材料的区域之间的间隔可在以下范围内：下端为膜厚度的0.1倍、或膜厚度的10倍、或膜厚度的0.2倍，并且上端为膜厚度的5倍、或膜厚度的0.5倍、或膜厚度的2倍。在一些实施例中，这种间隔可提供以下技术效果：促进当给电极被提供功率时形成的电场通过电热膜的分布。在一些实施例中，包括导电材料的图案设置的（一个或多个）电极可选地可在电极上方具有保护层（例如，聚合物保护或阻挡层），例如图2中所示的保护层19。在一些实施例中，保护层可提供保护屏障，以抑制水分或其他污染物到达（一个或多个）电极且/或增强对电弧的电阻（resistance）。
在一些实施例中，（一个或多个）电极可配置为导电材料的多个电气地连接的线性延伸部，导电材料的多个电气地连接的线性延伸部沿着膜表面由电热膜上的非导电间隔区域分离开。换句话说，不导电的间隔区域提供了局部不导电的区域，但是并没有延伸到使延伸部与彼此电气地隔离。在一些实施例中，作为膜厚度的函数的相邻线性延伸部之间的间隔可为在以上范围中的任何中。在一些实施例中，图案电极可提供以下技术效果：促进适应由在电热膜上的电致伸缩（electrostrictive）效应导致的应力和应变，这可伴随产生电热效应的材料中的熵变化。如下文进一步讨论的那样，以下关于某些电极配置（例如，由电热膜上的间隔区域隔开的沿着膜表面的导电材料的线性延伸部）描述了配置的若干示例性实施例，但是上述技术效果并不限于这种配置。
在图3A、3B和3C中示意性地示出了电极的示例性实施例，电极的示例性实施例包括导电材料的线性延伸部。如图3A中所示，在具有边缘40、42、44和46的电热膜12上以俯视图示出了电极36和38。电气连接器48和50提供了到功率源和/或控制器（未示出）的连接。电极36和38（以及因此第一膜表面和第二膜表面，在第一膜表面和第二膜表面上布置有电极）可为如图3B中所示的那样在电热膜12的同一侧上，或可为如图3C中所示的那样在电热膜12的相对侧上。如图3A-3C中所示，没有电极材料的膜表面的未编号的间隔区域介于电极指之间，并且可将指之间的间隔相对于膜厚度设定在以上描述的范围中的任何中。
在一些实施例中，电极线性延伸部可在沿膜表面的方向上延伸，垂直于操作期间在电热膜上的应力或应变矢量。例如，图3A的示例性实施例示出了电极，电极在膜边缘42和48之间的方向上在垂直于应力或应变矢量的方向上延伸。在一些实施例中（例如，在其中电热元件支承在两个相对的边缘节段上而不是在与受支承的边缘相垂直的边缘节段上的实施例中），应力或应变可由电热元件在与受支承的边缘之间最短线方向相垂直的方向上引起，在此情况下，电极线性延伸部可在与受支承的边缘之间的最短线相平行的方向上延伸。当然，受支承的边缘可部分地围绕电热膜的边缘延伸或完全围绕电热膜的边缘延伸，并且应力或应变可沿多个矢量发生。
图3A中所示的电极线性延伸部包括直的指状突起，但是可使用许多其他配置。弯曲的或复杂形状的线性延伸部可用来适应在操作期间电热件可能经受的多种应力/应变图案。在一些实施例中，线性延伸部可包括互连特征，如果线性部分的区段损坏，互连特征可维持在线性延伸部之间的电气连接。在图4A、4B和4C中的俯视图中示出了电极图案的若干示例性实施例。图4A、4B和4C中的每一个示出了弯曲的或复杂形状的线性延伸部的示例性实施例的较低放大倍数的上部图像和较高放大倍数的下部图像。在一些实施例中，弯曲的或复杂形状的线性延伸部可提供促进适应在多个方向上的应力或应变的技术效果，并且在一些实施例中可促进适应来自任何方向（即全方向）的应力或应变。除了间隔区域分离开的线性延伸部之外，可使用其他电极图案配置。例如，电极导电材料在垂直于膜表面的方向上的厚度变化（可为跨过整个表面重复的）可提供具有波状结构或图案的构造，波状结构或图案可吸收在沿（平行于）膜表面的方向上的应力或应变。同样，备选实施例可包括电极，电极配置有其他连续金属化场的图案，其中圆形、卵形、多边形或其他形状的间隔区域随机地或规则地置于金属化场中。
在一些实施例中，可将诸如以上所描述的电热制品结合到电热的热传递系统中。在图5中示意性地描绘了电热的热传递系统的示例性实施例。如图5中所示，如图5中所示，热传递系统310包括电热模块，电热模块包括电热膜312，电热膜312在其相对的表面上具有电极314和316。也可使用构造在堆叠中的多个电热元件。电热元件通过第一热流动路径318与热沉317热连通，第一热流动路径318通过模块上的第一热连接来连接，并且电热元件通过第二热流动路径322与热源320热连通，第二热流动路径322通过模块上的第二热连接来连接。下文参照通过热传递流体的流的热传递来描述热流动路径，热传递流体的流通过在电热元件与热沉之间的控制阀326和在电热元件与热源之间的控制阀328，但热流动路径也可为通过导热传递，导热传递通过与电热元件和热源或热沉成热传导接触的固态热的热电开关，或可移动中的热机械开关，以建立在电热元件与热源或热沉之间的热传导接触。控制器324配置为：控制电流，以通过功率源（未示出）来通过连接到电极的在模块上的功率连接来选择性地激活电极314、316。控制器324还配置为：打开和关闭控制阀326和328，以选择性地沿第一流动路径318和第二流动路径322引导热传递流体。
在操作中，系统300可由控制器324来操作，控制器324施加电场作为跨过电热元件的电压差，以引起熵的减小和由电热元件释放的热能。控制器324打开控制阀326，以将所释放的热能中的至少一部分沿流动路径318传递至热沉317。此热传递可在电热元件的温度已升高到阈值温度之后发生。在一些实施例中，一旦电热元件的温度增加到大约等于热沉317的温度，就开始向热沉317的热传递。在施加电场一段时间以引起热能从电热元件期望的释放并传递到热沉317之后，可去除电场。去除电场导致电热元件的熵上的增加和热能上的降低。此热能上的降低表现为：电热元件的温度降低到比热源320的温度更低的温度。控制器324关闭控制阀326，以终止沿流动路径318的流动，并打开控制装置328，以将热能从热源320传递至较冷的电热元件，以便为另一个循环再生（regenerate）电热元件。
在一些实施例中，例如在利用热传递系统来维持在调节（conditioned）空间或热目标中的温度的情况下，可将电场施加至电热元件以增加其温度，直到电热元件的温度达到第一阈值。在第一温度阈值之后，控制器324打开控制阀326，以将热从电热元件传递到热沉317，直到达到第二温度阈值。可在第一温度阈值和第二温度阈值之间的时间段中的全部或部分期间继续施加电场，且然后去除电场，以降低电热元件的温度，直到达到第三温度阈值。然后，控制器324关闭控制阀326，以终止沿热流动路径318的热流动传递，并打开控制阀328，以将热从热源320传递至电热元件。可选地，可重复以上步骤，直到达到调节空间或热目标（其可为热源或热沉）的目标温度。
如上所述，各种类型的导电材料（包括但不限于金属、碳或掺杂的半导体、陶瓷或聚合物）可以以图案配置来施加。可使用各种类型的应用技术。例如，以上导电材料中的任何可以以液相或粉末相来施加，例如，通过将导电材料加工成颜料大小的颗粒并结合到墨、粉末涂层成分或可用各种技术（包括但不限于喷射（例如，喷墨）、喷涂、气溶胶、雾或浸渍）来施加的其他液体涂层成分中。通过这种施加技术施加的导电材料也可用来施加反应物或活化剂物质（其本身不一定是导电的，其与膜中的功能物质或基团反应或相互作用，以在膜表面处形成导电材料。
电极可为任何类型的导电材料，包括但不限于：导电金属（诸如铝或铜）的金属化层、或者诸如碳（例如，碳纳米管、石墨烯或其他导电碳）的其他导电材料。也可使用贵金属，但不是必需的。也可使用其他导电材料（如掺杂的半导体、陶瓷或聚合物）或导电聚合物。可利用掺杂剂在材料的表面上或附近形成导电层，并且掺杂剂可在电热材料合成期间结入。通过在合成期间通过将元素或组分添加到气相、液相或粉末相中来逐渐地或突然地增加供体或受体浓度，可实现掺杂。供体或受体的活化可在合成期间或在合成之后实现，例如利用制造后的热处理。
在一些实施例中，电气地导电的表面改性（modification）可包括与下面的电热材料相容的电气地导电的覆层或表面层。如果电热材料包括电热陶瓷成分，则相容的导电覆层或表面层包括电气地导电的陶瓷成分。陶瓷覆层或表面层成分可包括掺杂剂来提供或增强电气导电性，并且可出于各种目的包括来自下面的电热材料的其他组成变化，例如来增强（一种或多种）掺杂剂的电气导电效应。覆层或表面层可作为生（green）陶瓷带来施加，生陶瓷带与用于电热材料的其他生陶瓷带共同形成为最外表面带层，随后进行烧结。与聚合物电热成分类似，覆层或表面层可包括与电热聚合物的基础支承物共挤出的电气地导电的聚合物（包括具有产生电气导电性的取代基（substituent）的聚合物）。聚合物覆层或表面层成分可包括在聚合物分子上的掺杂剂和/或取代基，以提供或增强电气导电性，并且可出于各种目的包括来自下面的电热材料的其他组成变化，例如来增强（一种或多种）掺杂剂的导电效应。电热材料和覆层的组成对的实例包括：亚铬酸锶镧或钴锶镧、镧掺杂的钛酸锶等。
在其中电热材料包括电热聚合物的一些实施例中，可通过原子或分子表面改性来提供电极，原子或分子表面改性可包括：在材料的表面处共价地或离子地键合到电热聚合物分子的（一个或多个）取代基。取代基可包括电子供体和/或电子受体基团，以提供电气导电效应。潜在的取代基的实例包括N、Si、As、Sb、Bi。取代基的组合可用来进一步增强电气导电效应。可通过在制造期间引入取代的聚合物分子来实现在电热材料的表面处的引起电气导电性的取代基的选择性化学键合。通过在电热材料的表面部分的制造的位置处期间引入电气地导电的聚合物分子，可实现化学键合。备选地，可包括与聚合物分子键合的官能团，该官能团可被反应或置换（例如，通过湿化学或气相化学）或转化（例如，通过热或光），以形成在电热材料的暴露表面处与聚合物分子键合的增强电导率的基团。
气相沉积也可用来施加导电材料。气相沉积技术可包括物理气相沉积或化学气相沉积技术。物理气相沉积技术的实例包括但不限于溅射，其中，靶材料经历等离子放电，等离子体放电被磁性地围绕靶材料定位或朝靶材料集中，引起靶材料中的一些作为蒸气被喷射并沉积到膜上。也可使用电子束物理气相沉积，其中，在真空下用由带电的钨丝发出的电子束来轰击靶，引起靶材料的汽化，并将金属涂覆到同样位于真空室中的膜上。脉冲激光沉积（PLD）用高功率的激光脉冲来轰击真空室中的靶，导致来自靶的汽化等离子体羽流（plume）沉积到膜上。也可使用其他技术，如阴极电弧沉积或蒸发沉积。化学气相沉积（CVD）技术也可用来沉积金属层（例如铝、铜）、导电碳层（如石墨烯或碳纳米管）或半导体（例如多晶硅），半导体可被掺杂来提供电极所需的电气导电性。
等离子体沉积和其他热喷涂技术也可用来施加导电材料。等离子喷涂涉及将进料材料引入等离子射流中，等离子射流由等离子炬发出并指向基材。被称为真空等离子喷涂的等离子喷涂的变型在低压力和/或惰性气体下进行，以最小化任何副产物，并最小化任何工艺引起的涂层材料的氧化。火焰喷涂引入进料流材料，进料流材料被引入指向基材的高温燃烧火焰中。另一种备选是高速氧气燃料喷涂（HVOF），其中将诸如乙炔和氧的燃料一起流向基材并点燃，且将进料流引入燃烧流中。其他热喷涂技术包括高速空气燃料（HVAF）、爆轰喷涂涂层（DSC）、冷喷涂或电弧喷涂（例如，双丝电弧喷涂）。
诸如电泳、电镀或静电喷涂的电沉积技术也可用来沉积导电材料。电泳（其中，电气地活性的物质由在膜的相反侧上的带电电极吸引到膜上）可直接应用于不导电的电热材料，而其他电沉积技术可依靠预处理功能化步骤，在预处理功能化步骤中，膜表面变得接受电沉积。化学技术（如无电镀、或者与聚合物膜中的聚合物官能团的亲核或离子反应）也可用来沉积导电材料。如上所述，将导电材料施加到膜可为：作为导电材料直接地施加，或作为带来膜表面导电性的任何其他材料（本身不一定是导电的）直接地施加。
离子注入还可用来通过沉积离子（其可用作电荷载流子（电子或空穴））来沉积导电材料。离子注入可通过以下来执行：利用包括可电离原子或分子的气体的电子轰击而形成正离子或负离子，并且电磁地加速并将离子聚焦到指向靶基材上的束中。磁性分离器和介于束中的孔隙可将通过分离器的离子限制为目标质量和能量/电荷值的那些离子。离子的能量及它们的成分以及靶的成分将决定离子渗透到靶中的深度。在一些实施例中，渗透深度可在从10nm至1μm的范围内。当离子行进通过固体电热材料时会逐渐失去它们的能量，这既是由于与靶原子的偶然碰撞，并且也由于电子轨道的重叠而引起的阻力。在一些实施例中，靶中离子能量的损失可防止离子渗透通过电热材料。在一些实施例中，离子束的离子能量可为在具有1keV、5keV、10keV或10keV的低端和具有500keV、250keV、150keV或100keV的高端的范围中。可将上面的高范围和低范围端点独立地组合，以公开多个不同的范围，由此明确地公开了每个范围。注入电热材料中的离子的负载量可通过诸如材料暴露于离子束的持续时间之类的因素来控制。在一些实施例中，离子注入可提供的离子注入剂量范围的低端为1x1017离子/cm2、1x1018离子/cm2或1x1019离子/cm2，并且高端为1x1020离子/cm2、1x1021离子/cm2或1x1022离子/cm2。可将上面的高范围和低范围端点独立地组合，以公开多个不同的范围，由此明确地公开了每个范围。离子注入可用聚合物或陶瓷电热材料来实现。在一些实施例中，可选择注入的离子物质来取代电热材料中的ABO3钙钛矿结构或离子基团中的A离子。离子源材料和对应的注入离子的实例包括但不限于La、Mn、Nb、Ta、V、Mg。可在2017年6月16日提交的美国专利申请序列号62/521,080中找到有关使用离子注入来沉积导电材料的附加公开内容，该专利申请的公开内容通过引用以其整体并入本文中。
也可利用能量离子（energetic ion）来渗透到材料的表面中，以产生电气地活性的缺陷。由于分解或聚合物链断裂，以重离子（如Ar）注入可产生局部缺陷。这些点缺陷和扩展缺陷可时常是足够地电子活性的，以产生表面导电性。电子束可类似地用来在表面处在聚合物和陶瓷材料二者中产生点缺陷和扩展缺陷。损坏区域的穿透的深度对能量和材料来说是特定的。尽管基于电子的表面改性可导致陶瓷材料中的氧或其他原子成分的损失，但其在聚合物上的效果趋于导致聚合物的链交联，并且很多时候使表面石墨化，从而导致导电表面。可通过将电热表面暴露于电子束来形成这种缺陷，主要地通过由电子撞击导致的分子结构中的缺陷的电子活性效应而产生电气导电性。
可以以各种方式来执行所施加的导电材料的形成图案（patterning）。在一些实施例中，施加技术可提供足够的精度，使得导电材料例如由精确定向应用（通过液体成分的喷射或喷涂施加、或通过精确定方向的定向的气相沉积流或热喷雾流）来选择性地施加。当在本文中使用时，用语“选择性地施加”指的是导电材料以非均匀样式施加到膜上。在一些实施例中，选择性施加可包括施加指定用于电极的膜的部分，并且不会将导电材料施加至指定为非导电间隔区域的膜的部分。在一些实施例中，并且可选地与上述电极/间隔构造组合，选择性施加可包括在垂直于膜表面的方向上施加具有厚度变化的导电材料（其可为重复的）。
在一些实施例中，所施加的导电材料的形成图案包括：通过掩模将导电材料施加至膜。在一些实施例中，掩模可具有作为（一个或多个）电极的期望构造的负片（negative）的形状构造（例如，图3和图4中所示的电极形状的负片）。掩模可为常规的光刻形式，其中可除去的掩模材料暂时地粘附到膜上或放置成与膜直接接触，或可为影子掩模（shadowmask），其中掩模放置为具有在掩模和膜之间的一定距离。光刻形式的掩模可与以上技术中的任何一起使用。影子掩模可与将材料或能量的流引向膜的任何技术（包括但不限于气相沉积、等离子体或其他热喷涂沉积、离子注入或者液体或粉末喷射或喷涂沉积）一起使用。通过改变流相对于掩模开口的角度，影子掩模可提供一些过程中瞄准能力。可使用其他形成图案技术来实现导电材料的图案施加，如对膜施加图案功能化，用于导电材料的化学施加或转化为导电材料，或根据所施加的非导电表面预处理的图案来施加图案钝化剂（如非导电表面预处理），以防止材料的电沉积。
形成图案还可在膜上的施加的导电材料的沉积后处理中提供。在一些实施例中，可通过上述技术中的任何或任何其他技术来将导电材料施加到膜上的场区域，并且然后经受图案去除，以产生图案电极。可使用精密瞄准的蚀刻束或流（例如激光束、离子束、电子束）来选择性地进行蚀刻，以用于导电材料的图案去除，或可通过掩模（光刻形式或影子掩模）进行蚀刻。在某些实施例中，也可使用机械蚀刻。
现在转到图6，该图示意性地示出了辊制造过程和设备。如图6中所示，膜54的供应辊52由滚子56引导至导电材料施加站58，在导电材料施加站58中，通过上述技术中的任何来施加图案导电材料。膜54（其上具有图案导电材料60）由辊子62从导电材料施加站58引导到卷取辊64。在一些可选的实施例中，可通过任上述技术中的任何首先在第二导电材料施加站（未示出）处将图案导电材料施加到临时支承物（例如，转移膜），并在导电材料施加站58处转移到膜54。此可选实施例也在图1中示出，在其中转移膜66（在其上具有图案导电材料60）由辊子70从转移膜辊68引导至导电材料施加站58。图案导电材料60转移到电热膜54，并引导到卷取辊64。现在贫瘠的（barren）转移膜由辊子72来引导至转移膜卷取辊，以用于再利用或回收。
图7示意性地示出了片制造过程和设备。如图7中所示，包含片的供应的片进给器78在未编号箭头的方向上将一张或多张片76分配至导电材料施加站58。与图6的辊实施例一样，以上方法中的任何（包括转移）都可与（一张或多张）片76一起使用，以施加图案导电材料。与导电材料施加站58集成在一起的片喷出器（未显示）将（一张或多张）片引导到片库存80。
尽管仅联系了有限数目的实施例详细描述本公开，但应当容易理解的是，本公开不限于这种公开的实施例。相反，本公开可被修改，以结合迄今未描述的但与本公开内容的精神和范围相当的任何数目的变型、改型、置换或等同布置。此外，尽管已经描述了本公开的各种实施例，但将理解的是，本公开的方面可仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本公开将不会被视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (22)

1.一种制作电热制品的方法，包括
（a）提供包括电热材料的膜的卷或包括电热材料的膜的多个片的供应；
（b）将膜从所述卷或所述多个片的供应输送到导电材料施加站；
（c）在所述施加站处，在所述膜上形成包括导电材料的图案设置的电极，以形成电热制品；
（d） 将膜从所述施加站输送到卷取辊或热电片的库存；以及
（e） 重复（b）、（c）和（d），以形成多个电热制品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电材料的图案设置包括功率连接，所述功率连接配置为连接至在功率源与所述电极之间的电气连接。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，在所述施加站处形成电极包括：在所述膜的同一侧上形成第一电极和第二电极。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，在所述施加站处形成电极包括：在所述膜的相对侧上形成第一电极和第二电极。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的方法，其中，在所述施加站处形成电极包括：将导电材料的图案设置施加到临时支承物上，并将所述导电材料的图案设置从所述临时支承物传递到所述膜。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述导电材料的图案设置形成到所述临时支承物包括：
（i）选择性地将导电材料施加到所述临时支承物，
（ii） 通过图案掩模将导电材料施加到所述临时支承物，并去除所述掩模，
（iii） 在所述临时支承物上选择性地蚀刻导电材料，或
（iv） 将导电材料施加到所述临时支承物上，通过图案掩模的无掩模区域来蚀刻所述导电材料，并去除所述掩模。
7.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的方法，其中，形成所述导电材料的图案设置包括：
（i）选择性地将导电材料施加到所述膜，
（ii） 通过图案掩模将导电材料施加到所述膜，并去除所述掩模，
（iii） 在所述膜上选择性地蚀刻导电材料，或
（iv） 通过图案掩模的无掩模区域在所述膜上蚀刻导电材料，并去除所述掩模。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中，形成所述导电材料的图案设置包括：将导电材料选择性地施加到所述膜或所述临时支承物。
9.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中，形成所述导电材料的图案设置包括：通过图案掩模将导电材料施加到所述膜或所述临时支承物，并且去除所述掩模。
10.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中，形成所述导电材料的图案设置包括：选择性地蚀刻在所述膜或所述临时支承物上的导电材料。
11.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中，形成所述导电材料的图案设置包括：通过图案掩模的无掩模区域在所述膜或所述临时支承物上蚀刻导电材料，并去除所述掩模。
12.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，包括施加导电材料，包括离子注入的掺杂、离子注入的电气地活性的缺陷，或电子束引起的电气地活性的缺陷。
13.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的方法，其中，形成所述导电材料的图案设置包括：用电气地导电的材料来包覆所述电热材料。
14.根据权利要求1至权利要求13中任一项所述的方法，其中，所述导电材料的图案设置包括在膜表面上的多个区域，所述多个区域包括所述导电材料，所述导电材料由所述膜上的不包括所述导电材料的间隔区域来分离开。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述电热膜表面上的包括所述导电材料的多个区域配置为沿所述膜表面由间隔区域分离开的导电材料的多个电气地连接的线性延伸部。
16.根据权利要求7所述的电热模块或热传递系统或方法，其中，所述电热膜表面上的包括所述导电材料的多个区域以膜厚度的0.1倍至膜厚度的10倍的尺寸间隔开。
17.根据权利要求7所述的电热模块或热传递系统或方法，其中，所述电热膜表面上的包括所述导电材料的多个区域以膜厚度的0.2倍至膜厚度的5倍的尺寸间隔开。
18.根据权利要求7所述的电热模块或热传递系统或方法，其中，所述电热膜表面上的包括所述导电材料的多个区域以膜厚度的0.5倍至膜厚度的2倍的尺寸间隔开。
19.根据权利要求1至权利要求18中任一项所述的方法，还包括：在包括导电材料的图案设置的电极或多个电极之上设置保护层。
20.一种制作电热模块的方法，包括：根据权利要求1至权利要求19中任一项来制作电热制品，并且将所述电热制品设置在电热模块中，所述电热模块包括：所述电热制品、配置为连接到在所述电热制品与热沉之间的第一热流动路径的第一热连接、配置为连接到在所述电热制品与热源之间的第二热流动路径的第二热连接、以及连接到所述电极并配置为连接到功率源的功率连接。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：将多个所述电热制品以堆叠构造设置在电热模块中。
22.一种制作电热的热传递系统的方法，包括：根据权利要求20或权利要求21来制作电热模块，并且将所述第一热连接连接到在所述电热制品与热沉之间的第一热流动路径，将所述第二热连接连接到在所述电热制品与热源之间的第二热流动路径，将所述功率连接连接到功率源，并连接控制器，所述控制器配置成：与沿所述第一热流动路径和所述第二热流动路径的热传递协作，选择性地施加电压以激活所述电极，以将热从所述热源传递到所述热沉。
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