CN115354328A - 发热体的制备方法以及电子烟 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发热体的制备方法以及电子烟，发热体制备方法包括以下步骤：S10：提供发热基体，将所述发热基体置于氢氟酸溶液中，制备预处理发热基体；S20：在所述预处理发热基体表面形成固体颗粒，所述固体颗粒选自氧化铜、氧化铝、氧化铁、二氧化硅、铁铬铝合金、铁碳合金以及镍铬合金中的一种或多种。通过化学腐蚀方法，对发热基体表面进行微刻蚀，将发热基体表面刻蚀出微结构，使光滑或平整的发热基体表面出现不规则凹陷等微结构。后在发热丝表面形成一层表面粗糙固体颗粒的膜层，利用固体颗粒对烟油的良好的浸润性，进一步发热基体上两种表面微结构相互配合，实现发热体表面充分吸油，通过提升表面临界热流密度，增强烟油雾化效果。
Description
技术领域
本发明涉及新型烟草领域，特别是涉及一种发热体的制备方法以及电子烟。
背景技术
气雾发生装置又名虚拟香烟、电子烟，蒸汽烟等等，是一种通过电子加热方式向呼吸系统传送烟碱的电子装置。该装置采用发热丝以电加热的方式加热含有烟碱的电子烟油来产生烟雾，产生的烟雾吸入口腔并经过肺部吸收，主要是用于在不影响健康的前提下模拟吸烟感觉，以供戒烟或替代香烟使用。
发热组件是气雾发生装置的核心组件，其中发热组件中的发热体是电热转化的核心部件，其作用是加热雾化液产生烟雾，目前市面上常用的发热体有弹簧丝状、腐蚀片网状以及厚膜印刷电阻等，其在电子烟里的状态都是一面贴附导油材料，可以是无纺布、有机棉条或者多孔陶瓷，另外一面无贴敷物，用于雾化，与气道相通。发热丝材质一般为不锈钢、镍铬或是铁铬铝等，单一发热丝对烟油浸润性不好，使得雾化在发热丝与烟油接触的区域和距离发热丝较近的导油材料表面不能实现良好的发热效率和雾化效果。
发明内容
基于此，为了提升发热体的发热效率和雾化效果，有必要提供一种发热体的制备方法以及电子烟。
本发明提供一种发热体的制备方法，包括以下步骤：
S10：提供发热基体，将所述发热基体置于氢氟酸溶液中，制备预处理发热基体，所述预处理发热基体的表面具有刻蚀结构；
S20：在所述预处理发热基体表面形成固体颗粒，所述固体颗粒的组成选自氧化铜、氧化铝、氧化铁、二氧化硅、铁铬铝合金、铁碳合金以及镍铬合金中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述发热基体的材料选自金属镍、铁铬铝合金、铁碳合金以及镍铬合金中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述氢氟酸溶液中氢氟酸的质量百分数为30％～50％。
在其中一个实施例中，在步骤S10中，所述发热基体置于所述氢氟酸溶液3分钟～15分钟。
在其中一个实施例中，在步骤S20中，形成所述固体颗粒的方法选自气相沉积法、喷涂法以及溶液浸渍法中的一种。
在其中一个实施例中，所述固体颗粒的尺寸为1微米～10微米。
在其中一个实施例中，步骤S10中，所述刻蚀结构的最大宽度为1微米～50微米。
在其中一个实施例中，在步骤S10之前还包括对所述发热基体进行清洗的步骤。
在其中一个实施例中，清洗所述发热基体的溶液的pH值为5～6。
进一步地，本发明还提供一种电子烟，包括上述的制备方法制得的发热体。
上述发热体的制备方法通过化学腐蚀方法，对发热基体表面进行微刻蚀，将发热基体表面刻蚀出微结构，使得原本光滑或平整的发热基体表面出现不规则凹陷等微结构。随后在发热丝表面形成一层表面粗糙固体颗粒的膜层，利用固体颗粒对烟油的良好的浸润性，进一步发热基体上两种表面微结构相互配合，最终实现发热体表面充分吸油，通过提升表面临界热流密度，增强烟油雾化效果。
具体实施方式
本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
除非另外指明，所有百分比、分数和比率都是按本发明组合物的总质量计算的。除非另外指明，有关所列成分的所有质量均给予活性物质的含量，因此它们不包括在可商购获得的材料中可能包含的溶剂或副产物。本文术语“质量百分比含量”可用符号“％”表示。
本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“由…组成”和“基本上由…组成”。本发明的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组份、步骤或限制项组成。本文中术语“效能”、“性能”、“效果”、“功效”之间不作区分。
本发明中的词语“优选地”、“更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。本发明中，一个方案中出现两个或更多个“优选”时，任意的两个“优选”可以是彼此独立的。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本发明描述的化合物可以使用与下述类似的方法或实施例中所述的示例性方法，或本领域技术人员所用的相关公开文献，通过使用适当的可选择的起始原料合成化合物。用于合成本发明所描述的化合物的起始原料可以被合成或可以从商业来源获得。本发明描述的化合物和其它相关具有不同取代基的化合物可以使用本领域技术人员已知的技术和原料合成。制备本发明公开的化合物的一般方法可以来自本领域已知的反应，并且该反应可以通过由本领域技术人员所认为适当的试剂和条件修改，以引入本发明提供的分子中的各种部分。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供一种发热体的制备方法，包括以下步骤S10～S20：
步骤S10：提供发热基体，将上述发热基体置于氢氟酸溶液中，制备预处理发热基体，预处理发热基体的表面具有刻蚀结构。
在一个具体示例中，上述发热基体的材料选自金属镍、铁铬铝合金、铁碳合金以及镍铬合金中的一种或多种。
可以理解地，上述碳铁合金可以但不限于选自不锈钢。
在一个具体示例中，步骤S10中，预处理发热基体的表面具有刻蚀结构，刻蚀结构的最大宽度为1微米～50微米。
在一个具体示例中，上述氢氟酸溶液中氢氟酸的质量百分数为30％～50％。
进一步地，上述氢氟酸溶液指的是氢氟酸的水溶液中氢氟酸的质量百分数可以但不限于是30％、32％、34％、36％、38％、40％、42％、44％、46％、48％或50％，优选地氢氟酸的质量百分数为40％。
在一个具体示例中，在步骤S10中，上述发热基体置于上述氢氟酸溶液中处理3分钟～15分钟。
进一步地，上述发热基体置于上述氢氟酸溶液中处理时间可以但不限于是3分钟、5分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟、12分钟、14分钟或15分钟，具体地，上述发热基体置于氢氟酸的质量百分数为40％的氢氟酸溶液中处理8分钟、9分钟或10分钟可以对发热基体表面进行有效刻蚀形成刻蚀结构，进一步地上述刻蚀结构为不规则花蕾状的微结构，因此利于烟油导入。
可以理解地，在上述处理条件下发热基体表面蚀刻出不规则的花蕾状微结构，此花蕾状微结构的最大宽度为1微米～50微米。
进一步地，上述刻蚀结构即花蕾状微结构的最大宽度可以但不限于是1微米、5微米、10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米、45微米或50微米。
经过微刻蚀的发热基体表面呈现不规则花蕾状的微结构，在烟油存在下，可以通过表面微结构的芯吸作用将烟油导入，在雾化时，也可以源源不断的从导油棉里将烟油通过芯吸作用输入到发热基体表面，提升了发热效率以及雾化效果。
步骤S20：在上述预处理发热基体表面形成固体颗粒，上述固体颗粒的组成选自氧化铜、氧化铝、氧化铁、二氧化硅、铁铬铝合金、铁碳合金以及镍铬合金中的一种或多种。
进一步地，上述碳铁合金可以但不限于选自不锈钢。
在一个具体示例中，在步骤S20中，形成上述固体颗粒的方法选自气相沉积法、喷涂法以及溶液浸渍法中的一种。
可以理解地，在本发明中气相沉积是利用气相中发生的物理、化学过程，改变工件表面成分，在表面形成具有特殊性能)的金属或化合物涂层的技术。进一步地，化学气相沉积(简称CVD)是利用气态物质在一定温度下于固体表面进行化学反应，并在其表面上生成固态沉积膜的过程。其过程如下：①反应气体向工件表面扩散并被吸附；②吸附于工件表面的各种物质发生表面化学反应；③生成物质点聚集成晶体并增大；④表面化学反应中产生的气体产物脱离工件表面返回气相；⑤沉积层与基体的界面发生元素的互扩散，形成镀层。物理气相沉积(简称PVD)是将金属、合金或化合物放在真空室中蒸发(或称溅射)。使这些气相原子或分子在一定条件下沉积在工件表面上的工艺。物理气相沉积可分为真空蒸镀、真空溅射和离子镀等。进一步地真空溅射可但不限于是磁控溅射。
进一步地，将固体粉末或一定形状及尺寸的已成型的固体(载体)浸泡在含有活性组分的可溶性化合物溶液中，接触一定的时间后分离残液。活性组分就以离子或化合物的形式附着在固体上，这种方法谓之浸渍法。
更进一步地，喷涂是用熔融固体的高速粒子流喷在基体表面，以产生覆层的方法。
在一个具体示例中，上述固体颗粒的尺寸为1微米～10微米。
在一个具体示例中，上述固体颗粒的尺寸为1微米～5微米，具体地，上述预处理发热基体表面形成固体颗粒的尺寸可以但不限于是1微米、2微米、3微米、4微米或5微米。
将固体粉末颗粒附着在发热基体的表面，由于颗粒与颗粒之间存在间隙，会在其表面形成不规则的微结构，同时，由于固体颗粒对烟油浸润性要强于金属发热丝，可提供更为有效的芯吸作用，进一步提升发热效率表面具有镀层的发热丝在烟油存在下，可以通过表面微结构的芯吸作用将烟油导入，在雾化时，也可以源源不断的从导油棉里将烟油通过芯吸作用输入到发热丝表面，提升了发热体的发热效率以及雾化效果。
因此上述发热体的制备方法通过化学腐蚀方法，对发热基体表面进行微刻蚀，将发热基体表面刻蚀出微结构，使得原本光滑或平整的发热基体表面出现不规则凹陷等微结构。随后在发热丝表面形成一层表面粗糙固体颗粒的膜层，利用固体颗粒对烟油的良好的浸润性，进一步发热基体上两种表面微结构相互配合，最终实现发热体表面充分吸油，通过提升表面临界热流密度，增强发热体的烟油雾化效果。
在一个具体示例中，在步骤S10之前还包括对上述发热基体进行清洗的步骤。
在一个具体示例中，清洗发热基体的溶液的pH值为5～6。
可以理解地，对上述发热基体进行清洗的步骤包括将发热基体置于pH值为5～6的酸性溶液中进行清洗，目的是清洗掉油渍灰尘等杂质，清洗完烘干待用，具体地上述酸性溶液选自草酸、柠檬酸以及醋酸中的一种或多种。
进一步地，本发明还提供一种发热体，按照上述发热体的制备方法制得的。
本发明还更进一步地提供一种电子烟，包括上述制备方法制得的发热体。
上述发热体的制备方法通过化学腐蚀方法，对发热基体表面进行微刻蚀，将发热基体表面刻蚀出微结构，使得原本光滑或平整的发热基体表面出现不规则凹陷等微结构。随后在发热丝表面形成一层表面粗糙固体颗粒的膜层，利用固体颗粒对烟油的良好的浸润性，实现发热丝表面吸油，通过提升表面临界热流密度，增强烟油雾化效果。
以下提供具体的实施例对本发明提供的发热体的制备方法以及得到的发热体作进一步详细地说明。以下具体实施方式所涉及到的原料，若无特殊说明，均可来源于市售。
实施例1
本实施例提供一种发热体的制备方法，包括以下步骤：
提供直径为0.3毫米的发热基体铁铬铝发热丝在pH值为5～6的弱酸性溶液中清洗掉油渍灰尘等杂质，烘干待用，将清洗好的发热丝在质量百分数为40％的氢氟酸溶液中浸泡，进行微刻蚀，浸泡处理时间在10分钟，将发热丝表面蚀刻出20微米的结构，上述结构呈现不规则的花蕾状，然后通过磁控溅射沉积的方法在发热基体铁铬铝发热丝表面上形成铁铬铝颗粒，形成的颗粒粒径为3微米-5微米，得到本实施例的发热体。
将上述表面附着有铁铬铝颗粒的直径为0.3毫米的发热基体铁铬铝发热丝，在有机棉上密绕5圈，其中有机棉吸油量为0.24g，将上述发热体连接3.7V电源，在200℃的温度下进行雾化6s后，剩余烟油为0.02g，因此上述实施例发热体的雾化效率为0.22/0.24*100％＝91.7％。继续加热，直到缺油状态，温度升高到300℃，再冷却到室温，发现此发热体仍无发黑现象。
对比例1
本对比例提供直径为0.3毫米的铁铬铝发热丝作为发热体，将上述直径为0.3毫米的铁铬铝发热丝，在有机棉上密绕5圈，其中有机棉吸油量为0.22g，然后将上述发热体连接3.7V电源，在200℃的温度下进行雾化6s后，剩余烟油为0.04g，因此上述对比例发热体的雾化效率为0.18/0.22*100％＝81.8％，直到缺油状态，温度升高到300℃，再冷却到室温，发现发热体表面有焦黑状物产生，说明已经积碳。
实施例2
本实施例提供一种发热体的制备方法，包括以下步骤：
提供将长5毫米，宽3毫米，厚度为18微米的发热基体不锈钢发热网在pH值为5～6弱酸性溶液中清洗掉油渍灰尘等杂质，烘干待用，将清洗好的发热网在质量百分数为40％氢氟酸溶液中浸泡，进行微刻蚀，浸泡处理时间在8分钟，将发热丝表面蚀刻出25微米的结构，上述结构呈现不规则的花蕾状，然后通过静电喷涂的方法在发热基体不锈钢发热网上形成氧化硅粉，形成的颗粒粒径为3微米-5微米，得到本实施例的发热体。
将上述表面附着有氧化硅颗粒的长5毫米，宽3毫米，厚度为18微米的不锈钢发热网放在无纺布上，其中无纺布吸油量为0.30g，将上述发热体连接3.7V电源，在200℃的温度下进行雾化6s后，剩余烟油为0.02g，因此上述实施例发热体的雾化效率为0.28/0.3*100％＝93.3％。继续加热，直到缺油状态，温度升高到300℃，再冷却到室温，发现此发热体仍无发黑现象。
对比例2
本对比例提供长5毫米，宽3毫米，厚度为18微米的不锈钢发热网作为发热体，将上述长5毫米，宽3毫米，厚度为18微米的不锈钢发热网放在无纺布上，其中无纺布吸油量为0.30g，然后将上述发热体连接3.7V电源，在200℃的温度下进行雾化6s后，剩余烟油为0.04g，因此上述对比例发热体的雾化效率为0.26/0.3*100％＝86.7％，直到缺油状态，温度升高到300℃，再冷却到室温，发现发热体表面有焦黑状物产生，说明已经积碳。
实施例3
本实施例提供一种发热体的制备方法，包括以下步骤：
提供直径为0.3毫米的发热基体镍发热丝，将镍发热丝在pH值为5～6的弱酸性溶液中清洗掉油渍灰尘等杂质，烘干待用，将清洗好的发热丝在质量百分数为40％氢氟酸溶液中浸泡，进行微刻蚀，浸泡处理时间在10min，将发热丝表面蚀刻出35微米的结构，结构呈现不规则的花蕾状，然后通过溶液浸渍法在发热基体铁铬铝发热丝表面上形成氧化铜颗粒，形成的颗粒粒径为1微米-3微米，得到本实施例的发热体。
将上述表面附着有氧化铜颗粒的直径为0.3毫米的发热基体镍发热丝，在有机棉上密绕5圈，其中有机棉吸油量为0.26g,，将上述发热体连接3.7V电源，在200℃的温度下进行雾化6s后，因此上述实施例发热体的雾化效率为0.235/0.26*100％＝90.4％。继续加热，直到缺油状态，温度升高到300℃，再冷却到室温，发现此发热体仍无发黑现象。
对比例3
本对比例提供直径为0.3毫米的镍发热丝作为发热体，将上述直径为0.3毫米的镍发热丝在有机棉上密绕5圈，其中有机棉吸油量为0.24g，然后将上述发热体连接3.7V电源，在200℃的温度下进行雾化6s后，剩余烟油为0.06g，因此上述对比例发热体的雾化效率为0.22/0.24*100％＝75％，直到缺油状态，温度升高到300℃，再冷却到室温，发现发热体表面有焦黑状物产生，说明已经积碳。
通过实施例1～实施例3可见，本发明提供的发热体由于表面具有刻蚀后的微结构以及附着其表面的微颗粒因此发热效率以及雾化效果均有明显提高。
进一步地证明经过微刻蚀的发热基体表面呈现不规则花蕾状的微结构，在烟油存在下，可以通过表面微结构的芯吸作用将烟油导入，在雾化时，也可以源源不断的从导油棉里将烟油通过芯吸作用输入到发热基体表面，提升了发热效率以及雾化效果。将固体粉末颗粒附着在发热基体表面，由于颗粒与颗粒之间存在间隙，会在表面形成不规则的微结构，同时，由于固体颗粒对烟油浸润性要强于金属发热丝，可提供更为有效的芯吸作用，进一步提升发热效率表面具有镀层的发热丝在烟油存在下，可以通过表面微结构的芯吸作用将烟油导入，在雾化时，也可以源源不断的从导油棉里将烟油通过芯吸作用输入到发热丝表面，提升了发热效率以及雾化效果。
因此上述发热体的制备方法通过化学腐蚀方法，对发热基体表面进行微刻蚀，将发热基体表面刻蚀出微结构，使得原本光滑或平整的发热基体表面出现不规则凹陷等微结构。随后在发热丝表面形成一层表面粗糙固体颗粒的膜层，利用固体颗粒对烟油的良好的浸润性，进一步发热基体上两种表面微结构相互配合，最终实现发热体表面充分吸油，通过提升表面临界热流密度，增强烟油雾化效果。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑地分析、推理或者有限的实验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种发热体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：提供发热基体，将所述发热基体置于氢氟酸溶液中，制备预处理发热基体，所述预处理发热基体的表面具有刻蚀结构；
S20：在所述预处理发热基体表面形成固体颗粒，所述固体颗粒的组成选自氧化铜、氧化铝、氧化铁、二氧化硅、铁铬铝合金、铁碳合金以及镍铬合金中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的发热体的制备方法，其特征在于，所述发热基体的材料选自金属镍、铁铬铝合金、铁碳合金以及镍铬合金中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的发热体的制备方法，其特征在于，所述氢氟酸溶液中氢氟酸的质量百分数为30％～50％。
4.根据权利要求1所述的发热体的制备方法，其特征在于，在步骤S10中，所述发热基体置于所述氢氟酸溶液3分钟～15分钟。
5.根据权利要求1所述的发热体的制备方法，其特征在于，在步骤S20中，形成所述固体颗粒的方法选自气相沉积法、喷涂法以及溶液浸渍法中的一种。
6.根据权利要求1所述的发热体的制备方法，其特征在于，所述固体颗粒的尺寸为1微米～10微米。
7.根据权利要求1所述的发热体的制备方法，其特征在于，步骤S10中，所述刻蚀结构的最大宽度为1微米～50微米。
8.根据权利要求1～7任一项所述的发热体的制备方法，其特征在于，在步骤S10之前还包括对所述发热基体进行清洗的步骤。
9.根据权利要求8所述的发热体的制备方法，其特征在于，清洗所述发热基体的溶液的pH值为5～6。
10.一种电子烟，包括权利要求1～9任一项所述的制备方法制得的发热体。
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