CN115580951A - 一种自限温电热膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自限温电热膜，其特征在于，包括半导体发热层、限温层、电极板和封装层，所述的半导体发热层和限温层设置多层，依次交替形成叠层结构，所述的电极板包括正极电极板和负极电极板，分别设置于半导体发热层和限温层内，所述的封装层共两块，分别设置于半导体发热层和限温层形成的叠层结构上下两侧，所述的限温层材料的电阻率为半导体发热层材料的电阻率的10～105倍，与现有技术相比，本发明具有提高发热膜的稳定性等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电热膜技术领域，尤其是涉及一种自限温电热膜。
背景技术
电热薄膜由于其具有占用空间小、电热效率高和绿色环保等优点，在电热和采暖领域得到了大范围的应用。
为了使电热薄膜节能且保证其安全性，会在电热薄膜的材料中添加高分子聚合物，从而达到限温的目的。具体为将高分子聚合物掺入碳粉经挤压成形，得到电热薄膜。该电热薄膜中的碳粉形成碳链导电并产生热量，而高分子聚合物受热时会膨胀，使碳链断裂形成高阻，即通过调节阻值来达到限温目的。
而高分子材料作为限温材料，因有机聚合物材质及构造机理，随使用时间的延长，电流冲击的次数增多，材料室温阻值会不可逆的变大，这将影响限温材料的使用寿命，进而降低电热薄膜的安全性、难以实现节能，致使加热采暖成本升高。
中国专利CN114388684A公开了一种自限温电热薄膜及其制备方法，包括基底、设置于基底上的电热层和设置于电热层上的两个电极；电热层包括发热块和与发热块连接的限温块；限温块的组分包括钛酸盐和含有第一掺杂元素的物质，限温块用于限制电热薄膜的温度；第一掺杂元素为稀土元素；含有第一掺杂元素的物质为第一掺杂元素单质或者含有第一掺杂元素的化合物。该发明的自限温电热薄膜虽然结构简单，但是其容易生成许多杂相，产生热衰减问题，降低发热和限温的效果，稳定性极差，同时发热层ITO采用传统配方，其发热效果和制热效果较差，对发热层的厚度也有要求，生产成本较高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自限温电热膜。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种自限温电热膜，包括半导体发热层、限温层、电极板和封装层，所述的半导体发热层和限温层设置多层，依次交替形成叠层结构，所述的电极板包括正极电极板和负极电极板，分别设置于半导体发热层和限温层内，所述的封装层共两块，分别设置于半导体发热层和限温层形成的叠层结构两侧，所述的限温层材料的电阻率为半导体发热层材料的电阻率的10～105倍。
进一步地，所述的限温层材料的电阻率范围为10-3-10-1Ω·m，所述的半导体发热层材料的电阻率范围为10-6-10-4Ω·m。
进一步地，所述的限温层为稀土掺杂的钛酸钡。
进一步优选地，所述的限温层材料的电阻率为10-2Ω·m，所述的半导体发热层材料的电阻率为10-5Ω·m。
进一步地，所述的半导体发热层的发热材质为金属氧化物半导体制热材料。
进一步优选地，所述的金属氧化物为纳米氧化铟锡，所述的纳米氧化铟锡中，Sn2O3:In2O3＝1.5:8.5。
进一步地，所述的半导体发热层和限温层依次交替形成的叠层结构中，所述的半导体发热层与限温层之间的厚度比例根据实际发热限温要求设置。
进一步优选地，所述的半导体发热层和限温层依次交替形成的叠层结构中，所述的半导体发热层与限温层之间的厚度比例为3：1。
进一步地，所述的半导体发热层和限温层依次交替形成的叠层结构中，叠层层数范围为2-5层。
进一步地，所述的半导体发热层和限温层通过射频磁控溅射依次交替溅射。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明采用高电阻率的材料实现限温效果，采用低电阻率的材料实现加热效果，通过将半导体发热层和限温层依次交替形成叠层结构，限温层采用稀土元素单质进行掺杂，在保证加热效果和限温效果的同时，无需进行材料混合，避免生成许多杂相，提高发热膜的稳定性；
2)本发明采用电阻率很低的材料制作发热层，由于电阻低，其对应的功率大，做低温电热膜难度大，而采用的电阻率高的无法发热的材料制作限温层，将两者结合，既能高效发热又能有效限温，而且可以在民用电压或者更高的电压下发热，解决了以前电热膜的发热层ITO由于自身电阻率低，只能在加调压器的低压情况下实现低温发热的问题；
3)本发明采用半导体发热层和限温层依次交替形成的叠层结构，能够在提高发热层ITO中Sn2O3和In2O3比例的同时保证限温效果，而发热层ITO中Sn2O3和In2O3比例由常用的1:9改进为1.5:8.5，使得其导电率达到5*10-5，有利于降低发热层的电阻率，可以更多的突出发热效果，提高制热的效果，且能够将发热层做的更薄，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明电热膜结构示意图；
图2为半导体发热层与限温层厚度比例为3：1时，电阻率随温度的变化曲线；
图3为半导体发热层与限温层厚度比例为4：1时，电阻率随温度的变化曲线。
其中，1、封装层，2、半导体发热层，3、限温层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种自限温电热膜，包括半导体发热层2、限温层3、电极板和封装层1，所述的半导体发热层2和限温层3设置多层，依次交替形成叠层结构，具体地，半导体发热层2和限温层3通过射频磁控溅射依次交替溅射，所述的电极板包括正极电极板和负极电极板，分别设置于半导体发热层2和限温层3内，所述的封装层1共两块，分别设置于半导体发热层2和限温层3形成的叠层结构两侧，所述的限温层3材料的电阻率为半导体发热层2材料的电阻率的10～103倍。
本事实例中，选用的限温层3材料的电阻率范围为10-3-10-1Ω·m，半导体发热层2材料的电阻率范围为10-6-10-4Ω·m。作为更优选的方案，选用限温层3材料的电阻率为10-2Ω·m，半导体发热层2材料的电阻率为10-5Ω·m。
本实施例中，限温层3为稀土掺杂的钛酸钡，具体为将稀土元素单质添加至钛酸钡中，能够使钛酸钡的微观结构发生改变，使得其具有特定的居里温度，在温度达到居里温度时其电阻剧增，从而达到限制发热块电流的限温作用。其中，稀土元素单质可以为镧、铈、钕、钇、镨或钐。具体地，本发明稀土元素单质与钛酸钡的质量比为0.0015-0.003:1。
半导体发热层2的发热材质为金属氧化物半导体制热材料，其中，金属氧化物为纳米氧化铟锡，所述的纳米氧化铟锡中，Sn2O3:In2O3＝1.5:8.5，在该比例下，ITO的导电率能够达到5*10-5，此时ITO的导电率最高，此时透过率为80％，提高Sn2O3与In2O3的比例有利于降低电阻率，但是会牺牲透过率，但是本发明将ITO用作电热膜，透过率低不会影响发热效果，且本发明中发热层与限温层3依次交替形成叠层结构，因此电阻率低可以更多突出发热效果的同时能够有效防止过热现象，同时改变比例还可以将发热层做的更薄，降低生产成本。
半导体发热层2和限温层3依次交替形成的叠层结构中，所述的半导体发热层2与限温层3之间的厚度比例根据实际发热限温要求设置，具体位置：当厚度比例为2：1时，电阻率较高，约为5*10-3Ω·m，此时整个电热膜发热效率低，基本无法达到加热温度，观察不到限温效果；当厚度比例为3：1时，电阻率适中，约为9*10-4Ω·m，在220V民用电压下兼具良好的发热与限温作用，具体表现为：60℃以下电阻率上升缓慢，温度到达60℃电阻率急剧上升，功率骤降，限温效果明显，如图2所示；当厚度比例为4：1时，电阻率较低，约为9*10-5Ω·m，此时加热效果良好，但是限温较差，温度到达90℃时，电阻率急剧上升，功率骤降，出现较明显的限温效果，如图3所示，但是容易发生烫伤事故，甚至火灾。因此，本事实例中，所述的半导体发热层2和限温层3依次交替形成的叠层结构中，所述的半导体发热层2与限温层3之间的厚度比例为3：1，也可选择2:1～4:1之间的数值。
另外，本发明中所述的半导体发热层2和限温层3依次交替形成的叠层结构中，叠层层数范围为2-5层，本实施例优选为4层结构。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种自限温电热膜，其特征在于，包括半导体发热层(2)、限温层(3)、电极板和封装层(1)，所述的半导体发热层(2)和限温层(3)设置多层，依次交替形成叠层结构，所述的电极板包括正极电极板和负极电极板，分别设置于半导体发热层(2)和限温层(3)内，所述的封装层(1)共两块，分别设置于半导体发热层(2)和限温层(3)形成的叠层结构两侧，所述的限温层(3)材料的电阻率为半导体发热层(2)材料的电阻率的10～105倍。
2.根据权利要求1所述的一种自限温电热膜，其特征在于，所述的限温层(3)材料的电阻率范围为10-3-10-1Ω·m，所述的半导体发热层(2)材料的电阻率范围为10-6-10-4Ω·m。
3.根据权利要求1所述的一种自限温电热膜，其特征在于，所述的限温层(3)为稀土掺杂的钛酸钡。
4.根据权利要求2所述的一种自限温电热膜，其特征在于，所述的限温层(3)材料的电阻率为10-2Ω·m，所述的半导体发热层(2)材料的电阻率为10-5Ω·m。
5.根据权利要求2所述的一种自限温电热膜，其特征在于，所述的半导体发热层(2)的发热材质为金属氧化物半导体制热材料。
6.根据权利要求5所述的一种自限温电热膜，其特征在于，所述的金属氧化物为纳米氧化铟锡，所述的纳米氧化铟锡中，Sn2O3:In2O3＝1.5:8.5。
7.根据权利要求1所述的一种自限温电热膜，其特征在于，所述的半导体发热层(2)和限温层(3)依次交替形成的叠层结构中，所述的半导体发热层(2)与限温层(3)之间的厚度比例根据实际发热限温要求设置。
8.根据权利要求1所述的一种自限温电热膜，其特征在于，所述的半导体发热层(2)和限温层(3)依次交替形成的叠层结构中，所述的半导体发热层(2)与限温层(3)之间的厚度比例为3：1。
9.根据权利要求1所述的一种自限温电热膜，其特征在于，所述的半导体发热层(2)和限温层(3)依次交替形成的叠层结构中，叠层层数范围为2-5层。
10.根据权利要求1所述的一种自限温电热膜，其特征在于，所述的半导体发热层(2)和限温层(3)通过射频磁控溅射依次交替溅射。
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