CN116456515A - 银纳米线加热器及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种银纳米线加热器及其制备方法和应用。所述纳米线加热器的制备方法包括如下步骤：在第一基板上制备两个触点，得到预处理第一基板；在第二基板表面制备银纳米线透明导电薄膜，并在所述银纳米线透明导电薄膜表面制备正电极和负电极，得到预处理第二基板；采用光学胶将所述预处理第一基板的触点面与所述预处理第二基板的电极面进行贴合，并使所述正电极和所述负电极分别与两个触点结合并能与外部电源导通，得到银纳米线加热器。所述制备方法制备的银纳米线加热器，具有优异的致密性，可以有效阻隔水汽和氧气，可靠性高，能够满足实际产品的使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及电加热元件技术领域，特别是涉及一种银纳米线加热器及其制备方法和应用。
背景技术
监控设备工作于室外露天场所，在应用于我国北方、北欧、北美等户外温度极低的地区环境下，由于环境温度、湿度等方面差异较大，使摄像设备的镜头会出现起雾或结冰等现象，导致图像不清晰，影响监控效果，严重时甚至会导致摄像机无法使用。传统摄像机产品主要是通过热风扇、镀膜和PDS加热等方式来实现防雾功能。其中，银纳米线热响应速度快，常用于镀膜方式构建加热器。
传统银纳米线加热器通常采用层层堆叠沉积的制备工艺。然而，层层堆叠沉积制备的银纳米线加热器致密性较差、阻隔水汽和氧气的能力较低，即使在银纳米线表面堆叠沉积保护层(overcoating，OC层)，也无法使银纳米线加热器在严苛的可靠性测试中满足实际产品的使用需求。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种银纳米线加热器及其制备方法和应用；所述制备方法制备的银纳米线加热器，具有优异的致密性，可以有效阻隔水汽和氧气，可靠性高，能够满足实际产品的使用需求。
一种银纳米线加热器的制备方法，包括如下步骤：
在第一基板上制备两个触点，得到预处理第一基板；
在第二基板表面制备银纳米线透明导电薄膜，并在所述银纳米线透明导电薄膜表面制备正电极和负电极，得到预处理第二基板；
采用光学胶将所述预处理第一基板的触点面与所述预处理第二基板的电极面进行贴合，使所述正电极和所述负电极分别与两个触点结合并能与外部电源导通，得到银纳米线加热器。
在其中一个实施例中，所述正电极和所述负电极远离所述触点的一端均向外延伸设有至少两个分支，且所述正电极和所述负电极设有数量相等的分支。
在其中一个实施例中，所述正电极和所述负电极分别设有两个分支。
在其中一个实施例中，所述分支自所述正电极或所述负电极的端部向外延伸，设有较宽的外端和较窄的内端，所述内端与所述端部连接。
在其中一个实施例中，所述分支的内端至外端宽度递增。
在其中一个实施例中，所述分支的外端的宽度比内端的宽度多2mm-3mm。
在其中一个实施例中，所述内端的宽度为1mm-2mm。
在其中一个实施例中，所述分支的内端至外端的长度至少为40mm。
一种如上所述的银纳米线加热器的制备方法制备得到的银纳米线加热器。
一种如上所述的银纳米线加热器在摄像机视窗中的应用。
本发明所述的银纳米线加热器的制备方法，区别于传统的层层堆叠沉积的制备工艺，通过特殊的倒装贴合，同时配合设计引出电极，简化银纳米线加热器的结构，降低因层层堆叠沉积引起的结构疏松、易透水氧等风险，并且在银纳米线加热器的倒装贴合结构中，一方面，利用第二基板作为独特的保护层，有利于提高银纳米线加热器阻隔水汽和氧气的能力；另一方面，能够保证层与层之间的接触更加紧密，从而提高银纳米线加热器的致密性，有利于提升银纳米线加热器的可靠性。
因此，所述制备方法制备的银纳米线加热器，具有优异的致密性和较强隔水氧能力，可靠性高，能够满足实际产品的使用需求，尤其适用于低温等恶劣的户外环境下的摄像机视窗中。
附图说明
图1为本发明一实施方式中银纳米线加热器的制备方法流程图；
图2为本发明一实施方式中正电极和负电极分别设有两个分支的结构示意图。
其中，101、第一基板；102、触点；103、第二基板；104、银纳米线透明导电薄膜；105、电极；1051、端部；1052、分支；1052a、内端；1052b、外端；106、光学胶。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更详细的描述。但是，应当理解，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或实施例。相反地，提供这些实施方式或实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
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方式或实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
结合图1所示，为本发明提供的一种银纳米线加热器的制备方法流程图，包括如下步骤：
S1，在第一基板101上制备两个触点102，得到预处理第一基板；
S2，在第二基板103表面制备银纳米线透明导电薄膜104，并在所述银纳米线透明导电薄膜104表面制备正电极和负电极，得到预处理第二基板；
S3，采用光学胶106将所述预处理第一基板的触点面与所述预处理第二基板的电极面进行贴合，使所述正电极和所述负电极分别与两个触点102结合并能与外部电源导通，得到银纳米线加热器。
其中，图1中的105代表电极，本发明对于电极105不进行具体指定，图1中的电极105泛指正电极和负电极。
不同于传统的层层堆叠沉积的制备工艺，该制备方法通过特殊的倒装贴合，同时配合设计引出电极105，简化银纳米线加热器的结构，降低因层层堆叠沉积引起的结构疏松、易透水氧等风险，并且在银纳米线加热器的倒装贴合结构中，一方面，利用第二基板103作为独特的保护层，有利于提高银纳米线加热器阻隔水汽和氧气的能力；另一方面，能够保证层与层之间的接触更加紧密，从而提高银纳米线加热器的致密性，有利于提升银纳米线加热器的可靠性。
步骤S1和步骤S2中，采用在第一基板101和第二基板103上分别制备触点102和电极105的制备方式，在倒装贴合的制备过程中，使银纳米线透明导电薄膜104被直接封装于第一基板101和第二基板103之间，不仅能够通过外接导线连通触点102，从而引出电极105，保证加热器电路导通，而且可以确保银纳米线透明导电薄膜104和电极105不被水汽、氧气侵蚀，同时使预处理第一基板与预处理第二基板贴合更紧密，从而提高银纳米线加热器的致密性。
其中，基于电极105与触点102的高导电性，当电极105与触点102接触结合后，利用触点102外接导线并连接外部电源就可以实现电极105与触点102之间的导电联通。
具体地，所述电极105可以选自银电极或者银铝电极；所述触点102可以为焊盘，通过焊盘与外部导线进行焊接，并利用导线连接外部电源就可以实现电路导通。
当所述触点102为焊盘时，所述第一基板101优选为玻璃基板，可以防止制备焊盘时高温损伤第一基板101。
在一实施方式中，所述正电极和所述负电极远离所述触点102的一端均向外延伸设有一个分支1052，即正电极和负电极均为单电极结构。
在一另实施方式中，所述正电极和所述负电极远离所述触点102的一端均向外延伸设有至少两个分支1052，且所述正电极和所述负电极设有数量相等的分支1052。如：正电极和负电极远离触点102的一端均向外延伸设有两个分支1052；或者，正电极和负电极远离触点102的一端均向外延伸设有三个分支1052；或者，正电极和负电极远离触点102的一端均向外延伸设有四个分支1052等。
本发明通过设计改进电极105的结构，可以降低单根电极105中的电流，从而减少电极105的电流密度和焦耳热，避免电极105与银纳米线透明导电薄膜104接触处产生银原子迁移和热扩散，同时保证整个电力线均匀分布，避免过热现象发生，显著延长银纳米线的上电时长，从而提高银纳米线加热器的可靠性。
优选地，当所述正电极和所述负电极分别设有两个分支时，银纳米线加热器的可靠性更佳。
需要说明的是，当正电极和负电极远离触点102的一端均向外延伸设有多个分支1052时，正电极或负电极中各个分支1052之间的结构是相互独立的，没有固定的结构关系，如：正电极或负电极的端部1051向外延伸形成多个分支1052时，延伸的方向可以相同，也可以不同，优选端部1051向同一方向延伸形成多个分支1052，使多个分支1052位于端部的同一侧；正电极或负电极的端部1051向外延伸形成的多个分支1052之间的间距可以相同，也可以不同，优选同一端部延伸形成多个分支1052之间的间距相同。本发明对此不做具体限定。
申请人经过长期而深入的研究发现，当电极105较细时，会导致电极105与银纳米线透明导电薄膜104接触电阻过大，从而使电流由于水流效应从最短路径通过，进而容易导致电极105与银纳米线透明导电薄膜104接触处失效；而当电极105粗细均匀时，基于短路径的整体电阻较小、长路径的整体电阻较大，会导致电极105上的电力线分布不均，同样由于水流效应，缩短使用寿命，进而影响银纳米线加热器的可靠性。
因此，为了有效降低电极105与银纳米线透明导电薄膜104的接触电阻、以及电极105的整体电阻，进一步提高银纳米线加热器的可靠性，优选地，所述分支1052自所述正电极或所述负电极的端部1051向外延伸，设有较宽的外端1052b和较窄的内端1052a，所述内端1052a与所述端部1051连接。
需要说明的是，所述分支1052的内端1052a至外端1052b之间的形状尺寸可以规则的，也可以是不规则的，如：由内端1052a至外端1052b宽度递增；或者，由内端1052a至外端1052b宽度呈均匀的波浪状等；正电极或负电极的多个分支1052的大小可以相同，也可以不同，优选正电极或负电极的多个分支1052的大小相同。本发明对此不做具体限定。
优选地，所述分支1052的内端1052a至外端1052b宽度递增，可以使电力线分布均匀，有利于进一步提高银纳米线加热器的可靠性。
更优选地，所述分支1052的外端1052b的宽度比内端1052a的宽度多2mm-3mm，有利于进一步提高电力线分布的均匀性，从而提升银纳米线加热器的使用寿命。
进一步优选地，结合图2所示，当所述正电极和所述负电极分别向同一方向延伸设有两个分支1052，正电极的分支1052大小相等，负电极的分支1052大小相等，且任一分支的外端1052b的宽度均比内端1052a的宽度多2mm-3mm时，银纳米线加热器的可靠性最佳。
在一实施方式中，所述内端1052a的宽度为1mm-2mm。
优选地，所述分支1052的内端1052a至外端1052b的长度至少为40mm，可以使电极105宽度的变化率较小，有利于提高电极105的稳定性。
在一实施方式中，所述第二基板103的材质优选为柔性基材，有利于进一步提高第二基板103对银纳米线透明导电薄膜104和电极105的保护效果，从而进一步提升银纳米线加热器阻隔水汽和氧气的能力。
具体地，所述第二基板103的材质选自聚芳醚腈(PEN)或者聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。
优选地，所述第二基板103的厚度为100μm-500μm，更优选为125μm-200μm，可以使第二基板103在实现保护作用的同时，不影响银纳米线加热器的透过率。
在一实施方式中，设计两个触点102的位置相接近，可以缩短连接导线的距离，相应的，需要调节电极105的位置，确保电极105能够与触点102结合，实现外部电源的导通。
具体地，所述触点102和所述电极105的制备工艺可以选自印刷。
所述银纳米线透明导电薄膜104的沉积工艺选自喷涂、旋涂、静电吸附或者丝网印刷。
需要说明的是，本发明中的步骤S1和步骤S2没有固定的先后顺序，可以先制备步骤S1再制备步骤S2，也可以先制备步骤S2再制备步骤S1，还可以将步骤S1和步骤S2同时进行制备，本发明对此不作限定，本领域技术人员可以根据实际制备需求自行选择。
步骤S3中，利用光学胶106辅助粘结，有助于提高预处理第一基板与预处理第二基板的贴合效果，有利于进一步提高银纳米线加热器的致密性。
具体地，可以在光学胶106中预留出触点102以及电极105的位置，确保触点102与电极105的紧密贴合接触，实现高效电子导通。
可选地，所述光学胶106选自OCA光学胶。
在一实施方式中，贴合后可以利用消泡处理进一步排除倒装贴合过程中光学胶106中存留的空气，使层与层之间的接触更加紧密，进一步提高银纳米线加热器的可靠性。其中，消泡处理的方式可以选自加压消泡。
本发明提供一种如上所述的银纳米线加热器的制备方法制备得到的银纳米线加热器。
本发明所述的制备方法制备的银纳米线加热器，具有优异的致密性，可以有效阻隔水汽和氧气，可靠性高，能够满足实际产品的使用需求。
本发明还提供一种如上所述的银纳米线加热器在摄像机视窗中的应用。
本发明所述的银纳米线加热器用于摄像机视窗，可以达到优异的除雾除霜效果，解决因视窗起雾起霜造成影响拍摄影像不清晰等问题，确保摄像机在高温、高湿等恶劣的工作环境下也能够正常使用。
以下，将通过以下具体实施例对所述银纳米线加热器及其制备方法和应用做进一步的说明。
实施例1
在玻璃基板上印刷制备两个焊盘，得到预处理玻璃基板。
在PET基底表面旋涂银纳米线透明导电薄膜，并在所述银纳米线透明导电薄膜表面印刷制备银浆正电极和银浆负电极，得到预处理PET基底。其中，银浆正电极和银浆负电极远离焊盘的一端均向外延伸设有粗细均匀宽度为1mm的一个分支，银浆正电极分支的内端至外端的长度为40mm，银浆负电极分支的内端至外端的长度为40mm。
在OCA光学胶中预留出焊盘以及银浆电极的位置后，利用OCA光学胶将所述预处理第一基板的焊盘面与所述预处理第二基板的电极面进行贴合，并使银浆正电极和银浆负电极分别与两个焊盘结合并能与外部电源导通，并进行加压消泡处理，得到银纳米线加热器。
将银纳米线加热器在环境设定温度为85℃、湿度为85％以及输入电压为12V的条件下，进行可靠性测试，测得该银纳米线加热器保持加热性能不变的工作时长高达300h。
实施例2
在玻璃基板上印刷制备两个焊盘，得到预处理玻璃基板。
在PEN基底表面丝网印刷银纳米线透明导电薄膜，并在所述银纳米线透明导电薄膜表面印刷制备银浆正电极和银浆负电极，得到预处理PEN基底。其中，银浆正电极和银浆负电极远离焊盘的一端均向外延伸设有粗细均匀宽度为2mm的一个分支，银浆正电极分支的内端至外端的长度为45mm，银浆负电极分支的内端至外端的长度为45mm。
在OCA光学胶中预留出焊盘以及银浆电极的位置后，利用OCA光学胶将所述预处理第一基板的焊盘面与所述预处理第二基板的电极面进行贴合，并使银浆正电极和银浆负电极分别与两个焊盘结合并能与外部电源导通，并进行加压消泡处理，得到银纳米线加热器。
将银纳米线加热器在环境设定温度为85℃、湿度为85％以及输入电压为12V的条件下，进行可靠性测试，测得该银纳米线加热器保持加热性能不变的工作时长高达338h。
对比例1
在玻璃基底表面丝网印刷银纳米线透明导电薄膜，然后在银纳米线透明导电薄膜表面层叠制备石墨烯保护层，得到银纳米线加热器。
将银纳米线加热器在环境设定温度为85℃、湿度为85％以及输入电压为12V的条件下，进行可靠性测试，测得该银纳米线加热器保持加热性能不变的工作时长仅5h。
对比例2
在玻璃基底表面丝网印刷银纳米线透明导电薄膜，然后在银纳米线透明导电薄膜表面层叠制备聚乙烯醇保护层，得到银纳米线加热器。
将银纳米线加热器在环境设定温度为85℃、湿度为85％以及输入电压为12V的条件下，进行可靠性测试，测得该银纳米线加热器保持加热性能不变的工作时长仅2h。
对比实施例1-2和对比例1-2可知，实施例1-2制备得到的银纳米线加热器可靠性高，在温度为85℃、湿度为85％的环境条件下，能够稳定工作，且工作时长高达300h左右。而对比例1-2采用的是传统层层堆叠沉积的制备工艺，即使增加石墨烯保护层或者聚乙烯醇保护层，制备得到的银纳米线加热器的可靠性仍较差，在温度为85℃、湿度为85％的环境条件下，工作时长低至2h左右。
因此，本发明提供的制备方法能够显著提高银纳米线加热器的致密性，可以有效阻隔水汽和氧气，可靠性高，能够满足相关产品在恶劣环境下的使用需求。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，所述银浆正电极远离焊盘的一端均向外延伸设有两个粗细均匀宽度为1mm的分支，所述银浆负电极远离焊盘的一端均向外延伸也设有两个粗细均匀宽度为1mm的分支，银浆正电极两个分支的长度均为40mm，银浆负电极两个分支的长度均为40mm。
将银纳米线加热器在环境设定温度为85℃、湿度为85％以及输入电压为12V的条件下，进行可靠性测试，测得该银纳米线加热器保持加热性能不变的工作时长高达447h。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，所述银浆正电极远离焊盘的一端均向外延伸设有三个粗细均匀宽度为1mm的分支，所述银浆负电极远离焊盘的一端均向外延伸也设有三个粗细均匀宽度为1mm的分支，银浆正电极三个分支的长度均为40mm，银浆负电极三个分支的长度均为40mm。
将银纳米线加热器在环境设定温度为85℃、湿度为85％以及输入电压为12V的条件下，进行可靠性测试，测得该银纳米线加热器保持加热性能不变的工作时长为429h。
对比实施例1、实施例3以及实施例4可知，当正电极和负电极远离触点的一端均向外延伸分别设有至少两个分支，且正电极和负电极的分支数量相等时，银纳米线加热器的可靠性提高；对比实施例3和实施例4可知，当正电极和负电极分别设有两个分支时，银纳米线加热器的可靠性最佳。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，银浆正电极和银浆负电极的分支内端至外端宽度递增，银浆正电极和银浆负电极的分支内端均为1mm左右，且银浆正电极和银浆负电极的分支外端均比内端宽0.5mm左右。
将银纳米线加热器在环境设定温度为85℃、湿度为85％以及输入电压为12V的条件下，进行可靠性测试，测得该银纳米线加热器保持加热性能不变的工作时长为331h。
实施例6
实施例6与实施例3的区别在于，银浆正电极和银浆负电极的分支内端至外端宽度递增，银浆正电极和银浆负电极的分支内端均为1mm左右，且银浆正电极和银浆负电极的分支外端均比内端宽2mm左右。
将银纳米线加热器在环境设定温度为85℃、湿度为85％以及输入电压为12V的条件下，进行可靠性测试，测得该银纳米线加热器保持加热性能不变的工作时长高达502h。
实施例7
实施例7与实施例3的区别在于，银浆正电极和银浆负电极的分支内端至外端宽度递增，银浆正电极和银浆负电极的分支内端均为1mm左右，且银浆正电极和银浆负电极的分支外端均比内端宽3mm左右。
将银纳米线加热器在环境设定温度为85℃、湿度为85％以及输入电压为12V的条件下，进行可靠性测试，测得该银纳米线加热器保持加热性能不变的工作时长高达495h。
实施例8
实施例8与实施例3的区别在于，银浆正电极和银浆负电极的分支内端至外端宽度递增，银浆正电极和银浆负电极的分支内端均为1mm左右，且银浆正电极和银浆负电极的分支外端均比内端宽5mm左右。
将银纳米线加热器在环境设定温度为85℃、湿度为85％以及输入电压为12V的条件下，进行可靠性测试，测得该银纳米线加热器保持加热性能不变的工作时长高达468h。
对比实施例1、实施例3以及实施例5-8可知，当分支的内端至外端宽度递增时，银纳米线加热器的可靠性提高；对比实施例3和实施例6-8可知，当正电极和负电极分别设有两个分支，且分支的内端至外端宽度递增时，银纳米线加热器的可靠性更佳；对比实施例6-8可知，当正电极和负电极分别设有两个分支，且分支的外端的宽度比内端的宽度多2mm-3mm时，银纳米线加热器的可靠性最佳。
以上所述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，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种银纳米线加热器的制备方法，其特征在于，所述银纳米线加热器的制备方法包括如下步骤：
在第一基板上制备两个触点，得到预处理第一基板；
在第二基板表面制备银纳米线透明导电薄膜，并在所述银纳米线透明导电薄膜表面制备正电极和负电极，得到预处理第二基板；
采用光学胶将所述预处理第一基板的触点面与所述预处理第二基板的电极面进行贴合，使所述正电极和所述负电极分别与两个触点结合并能与外部电源导通，得到银纳米线加热器。
2.根据权利要求1所述的银纳米线加热器的制备方法，其特征在于，所述正电极和所述负电极远离所述触点的一端均向外延伸设有至少两个分支，且所述正电极和所述负电极设有数量相等的分支。
3.根据权利要求2所述的银纳米线加热器的制备方法，其特征在于，所述正电极和所述负电极分别设有两个分支。
4.根据权利要求2所述的银纳米线加热器的制备方法，其特征在于，所述分支自所述正电极或所述负电极的端部向外延伸，设有较宽的外端和较窄的内端，所述内端与所述端部连接。
5.根据权利要求4所述的银纳米线加热器的制备方法，其特征在于，所述分支的内端至外端宽度递增。
6.根据权利要求4所述的银纳米线加热器的制备方法，其特征在于，所述分支的外端的宽度比内端的宽度多2mm-3mm。
7.根据权利要求4所述的银纳米线加热器的制备方法，其特征在于，所述内端的宽度为1mm-2mm。
8.根据权利要求4所述的银纳米线加热器的制备方法，其特征在于，所述分支的内端至外端的长度至少为40mm。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的银纳米线加热器的制备方法制备得到的银纳米线加热器。
10.一种如权利要求9所述的银纳米线加热器在摄像机视窗中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310313359.3A CN116456515A (zh) | 2023-03-28 | 2023-03-28 | 银纳米线加热器及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202310313359.3A CN116456515A (zh) | 2023-03-28 | 2023-03-28 | 银纳米线加热器及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN116456515A true CN116456515A (zh) | 2023-07-18 |
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Family Applications (1)
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| CN202310313359.3A Pending CN116456515A (zh) | 2023-03-28 | 2023-03-28 | 银纳米线加热器及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
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2023
- 2023-03-28 CN CN202310313359.3A patent/CN116456515A/zh active Pending
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