CN114080071A - 可发热玻璃及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可发热玻璃及其制备方法,所述可发热玻璃包括玻璃基底、透明发热层和图案化电极。本发明通过在玻璃基底上制作发热层和透明图案化电极,首先,实现发热功能的同时,保留了玻璃高透性的优点;其次,通过透明的图案化电极设计可实现对发热层的电阻控制,接入24V或以下的安全电压,优于未设计图案化电极前的发热效果,解决了为提高发热温度而增加输入电压的问题,包括难度极高的微纳图案化制作,可适用于极为细小的发热玻璃应用场景,并非简单制作出的石墨烯玻璃能轻易实现的。安全性能更好,适用范围更广,可用于低压透明发热领域,如摄像头、护目镜、视窗除雾等。

Description

可发热玻璃及其制作方法
技术领域
本发明属于功能材料领域,尤其涉及一种可发热玻璃及其制作方法。
背景技术
玻璃作为一种特殊的材料应用于我们工作生活的方方面面,由于玻璃具有美观,透明,平整等优点,除了作为遮挡物和载具外,人们也在开发玻璃其他方面的用途,比如玻璃的发热功能。目前发热玻璃应用于汽车,护目镜,除雾视窗、医疗器械,家用电器等方面。
但是由于发热方式和发热材料的问题,导致发热不均匀易碎,电压高易发生安全问题,透明和发热不能很好的结合等问题一直限制着我们对可发热玻璃的应用拓宽。
发明内容
为了实现以上目的,本发明提供了一种可发热玻璃及其制作方法。
本发明提供一种可发热玻璃,包括玻璃基底、透明发热层和透明图案化电极。
根据本发明的一实施方式,所述透明发热层包括选自金属氧化物、石墨烯、碳纳米管、纳米银线、聚苯胺、聚噻吩中的一种或多种。
根据本发明的另一实施方式,所述金属氧化物选自SnO2、InO2、ITO、AZO、IZO中的一种或多种。
根据本发明的另一实施方式,所述透明发热层的透过率50%~97%;优选70%~97%;更优选,80%~97%。
根据本发明的另一实施方式,所述透明发热层为石墨烯时,方阻为300Ω~6000Ω;优选为700Ω~2300Ω;更优选为800Ω~2000Ω。
根据本发明的另一实施方式,所述图案化电极包括银纳米线或氧化铟锡。
根据本发明的另一实施方式,所述可发热玻璃的外接电源电压为1.2V~24V。
本发明另一方面提供一种可发热玻璃的制作方法,包括:在玻璃基底上形成透明发热层;及在所述透明发热层上形成图案化电极。
根据本发明的一实施方式,所述透明发热层包括选自金属氧化物、石墨烯、碳纳米管(CNTs)、纳米银线、聚苯胺、聚噻吩中的一种或多种;优选,所述金属氧化物选自SnO2、InO2、ITO、AZO、IZO中的一种或多种。
根据本发明的另一实施方式,所述图案化电极包括银纳米线或氧化铟锡。
根据本发明的另一实施方式,所述银纳米线的图案化电极通过喷墨打印形成。
本发明通过在玻璃基底上制作发热层和透明图案化电极,首先,实现发热功能的同时,保留了玻璃高透性的优点;其次,通过透明的图案化电极设计可实现对发热层的电阻控制,接入24V或以下的安全电压,优于未设计图案化电极前的发热效果,解决了为提高发热温度而增加输入电压的问题,包括难度极高的微纳图案化制作,可适用于极为细小的发热玻璃应用场景。安全性能更好,适用范围更广,可用于低压透明发热领域,如摄像头、护目镜、视窗除雾等。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式,本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本发明的可发热玻璃的截面示意图。
图2是实施例1的图案化电极的图案示意图。
图3是实施例2的图案化电极的图案示意图。
图4是实施例3的图案化电极的图案示意图。
图5是实施例4的图案化电极的图案示意图。
图6是实施例5的图案化电极的图案示意图。
其中,附图标记说明如下:
1-玻璃基底,2-透明发热层,3-图案化电极。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。
如图1所示,本发明的可发热玻璃,包括玻璃基底1、透明发热层2和图案化电极3。
玻璃基底1可为透明玻璃,例如蓝宝石玻璃、石英玻璃等。
透明发热层2可由透明导电材料形成,例如可选自金属氧化物、石墨烯、碳纳米管、纳米银线、聚苯胺、聚噻吩等中的一种或多种。金属氧化物优选SnO2、InO2、ITO、AZO、IZO等中的一种或多种。
可以使用任何适当的方式形成透明发热层2,例如对于石墨烯透明发热层2来说,优选使用CVD法在玻璃基底上生长石墨烯透明发热层。当然也可以使用其他方式形成石墨烯透明发热层。当采用CVD法时,可以根据不同需要,生长具有不同参数的透明发热层。透明发热层的透过率一般在50%~97%之间,可以根据不同的环境选择适当的透过率。优选,透过率为70%~97%。更优选,透过率为80%~97%。对于石墨烯透明发热层,方阻为500Ω~6000Ω,当方阻小于500Ω时,透过率在50%以上,不适于透明发热;方阻大于6000Ω,降低电阻的图案化难度太大不易实现。优选为700Ω~2300Ω;更优选为800Ω~2000Ω。对于其他材质的透明发热层2,可以根据材质的种类选择合适的形成方式,例如ITO透明发热层2,可以通过蒸镀法形成。
图案化电极3可以是任何适用于电极的材料形成,例如银纳米线或氧化铟锡等。通过在透明发热层2表面设置图案化电极3从而降低透明发热层3的电阻。为了降低图案化电极对透过率的影响,需要进行微纳加工控制图案化电极的宽度和厚度,如银纳米线需要采用喷墨打印的方法实现。本领域技术人员可以根据实际的需要选择合适的图案,以降低透明发热层2的电阻。具体的图案化电极的形状可以是如图2和3所示的叉指状的电极。也可以是图4和图5所示的平行设置,可以根据所需设置平行电极的间距以得到预期的阻值。还可以是如图6所示的环形设置。具体设置的图形不以图2-6为限,本领域技术人员可以根据具体的需求可以设置形应的图形和电极密度,从而实现降低阻值的目的。本发明通过设置图案化电阻可以将可发热玻璃的外接电源的电源限定在1.2V~24V范围内即可实现发热的目的,包括难度极高的微纳图案化制作,可适用于极为细小的发热玻璃应用场景。并非简单制作出的石墨烯玻璃能轻易实现的,使得可发热玻璃的使用范围更广、安全性更好、发热效率更高、使用寿命长、发热均匀性好,透过率更均匀。形成图案化电极3的方法可以是喷墨、涂覆、蒸镀等适当的方式。
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,因此只作为示例,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
玻璃基底1为蓝宝石玻璃,使用CVD法在玻璃基底1上生长石墨烯透明发热层2。具体地,沉积环境为1个大气压;载气为由氩气、氢气和甲烷组成的混合气;沉积温度为1100℃;氩气的流量为800sccm,时间420min;氢气的流量为500sccm,时间390min;甲烷的流量为37sccm,时间360min。生长透过率85%方阻1000Ω的透明发热层2。
通过图案掩膜蒸镀法制作ITO图案化电极3,图案化电极3的布局如图2所示。形成图案化电极3后,透明发热层的电阻从1000Ω降至10Ω。从而可将外接电源电压降至5V,即可实现本发明的目的。
实施例2
以实施例1相同的方式使用CVD法在蓝宝石玻璃基底1上生长石墨烯透明发热层2。
图案化电极3的材质为银纳米线,通过喷墨打印制作图案化电极3,如图3所示。形成图案化电极3后,透明发热层的电阻从3500Ω降至50Ω。从而可将外接电源电压降至12V,即可实现本发明的目的。
实施例3
玻璃基底1为蓝宝石玻璃,使用蒸镀法在蓝宝石玻璃基底1上制作ITO透明发热层2。透明发热层2的透过率85%,方阻80Ω。
图案化电极3的材质为银浆,银浆涂在透明发热层2的两侧,如图4所示。形成图案化电极3后,透明发热层的电阻从80Ω降至60Ω。从而可将外接电源电压降至5V,即可实现本发明的目的。
实施例4
玻璃基底1为蓝宝石玻璃,使用磁控溅射法在蓝宝石玻璃基底上制作ITO透明发热层2。透明发热层2透过率75%,方阻8Ω。
图案化电极3的材质为银浆,银浆涂在透明发热层2的两侧,如图5所示。形成图案化电极3后,透明发热层的电阻从8Ω降至7.5Ω。从而可将外接电源电压降至5V,即可实现本发明的目的。
实施例5
玻璃基底1为蓝宝石玻璃,使用CVD法在玻璃基底1上生长石墨烯透明发热层,作为透明发热层2。透明发热层2透过率80%,方阻4000Ω。
图案化电极3的材质为银纳米线,如图6所示,通过控制图案化电极3的环数精确控制电阻的大小。形成图案化电极3后,透明发热层的电阻从4000降至25Ω。从而可将外接电源电压降至5V,即可实现本发明的目的。
本发明的可发热玻璃,在一定范围内可控制输入电压大小,将输入电压控制在24V以下,使用范围广,安全性好,发热均匀性好,发热效率高,透过率可高达90%以上,使用寿命长。从而解决了现有可发热玻璃由于发热不均匀易碎,电压高易发生安全问题,透明和发热不能很好的结合等问题。综合来说,本发明有三个优势:
1)从材料上看,由于本发热材料的基底是玻璃,因此保留了玻璃的高透性和平整性;
2)从技术上看,普通发热方式只能通过增加输入电压的方式实现功率的提高,从而增加材料的温度,而本发明可以通过图案化的电极设计实现低电压输入达到需要的发热效果;
3)从工艺上看,本发明电极也具有高透性,实现了透明电极和玻璃基底的完美复合,包括难度极高的微纳图案化制作,可适用于极为细小的发热玻璃应用场景。
本发明更是扩大了石墨烯玻璃的应用范围,非简单制作出的石墨烯玻璃能轻易实现的加热功能,特别是针对微小玻璃器件的加工和加热方面得到一定的突破。
以上对本发明及其实施方式进行了描述,这种描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。比如总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可发热玻璃,其特征在于,包括玻璃基底、透明发热层和透明图案化电极。
2.根据权利要求1所述的可发热玻璃,其特征在于,所述透明发热层包括选自金属氧化物、石墨烯、碳纳米管、纳米银线、聚苯胺、聚噻吩中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的可发热玻璃,其特征在于,所述金属氧化物选自SnO2、InO2、ITO、AZO、IZO中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的可发热玻璃,其特征在于,所述透明发热层的透过率50%~97%;优选70%~97%;更优选,80%~97%。
5.根据权利要求1所述的可发热玻璃,其特征在于,所述透明发热层为石墨烯时,方阻为500Ω~6000Ω;优选为700Ω~2300Ω;更优选为800Ω~2000Ω。
6.根据权利要求1所述的可发热玻璃,其特征在于,所述图案化电极包括银纳米线或氧化铟锡。
7.根据权利要求1所述的可发热玻璃,其特征在于,所述可发热玻璃的外接电源电压为1.2V~24V。
8.一种可发热玻璃的制作方法,其特征在于,包括:
在玻璃基底上形成透明发热层;及
在所述透明发热层上形成透明图案化电极。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述透明发热层包括选自金属氧化物、石墨烯、碳纳米管、纳米银线、聚苯胺、聚噻吩中的一种或多种;优选,所述金属氧化物选自SnO2、InO2、ITO、AZO、IZO中的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述图案化电极包括银纳米线或氧化铟锡;优选,所述银纳米线的图案化电极通过喷墨打印形成。
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