RU2809786C1 - Method for manufacturing film heating element and film heating element manufactured by such method - Google Patents
Method for manufacturing film heating element and film heating element manufactured by such method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809786C1 RU2809786C1 RU2022126503A RU2022126503A RU2809786C1 RU 2809786 C1 RU2809786 C1 RU 2809786C1 RU 2022126503 A RU2022126503 A RU 2022126503A RU 2022126503 A RU2022126503 A RU 2022126503A RU 2809786 C1 RU2809786 C1 RU 2809786C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- conductive material
- film
- array
- heating element
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 9
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 6
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 6
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 6
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 3
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 3
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 28
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 2
- GHPYJLCQYMAXGG-WCCKRBBISA-N (2R)-2-amino-3-(2-boronoethylsulfanyl)propanoic acid hydrochloride Chemical compound Cl.N[C@@H](CSCCB(O)O)C(O)=O GHPYJLCQYMAXGG-WCCKRBBISA-N 0.000 description 1
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012229 microporous material Substances 0.000 description 1
- 239000007783 nanoporous material Substances 0.000 description 1
- 229920006289 polycarbonate film Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Заявленная группа изобретений относится к области гибкой электроники.The claimed group of inventions relates to the field of flexible electronics.
Известен способ изготовления пленочного нагревательного элемента, включающий получение основы, представляющей собой пленку из полимерного материала, образование на поверхности одной из ее больших сторон массива пересекающихся токопроводящих длинномерных элементов (сетки из т.н. «нанопроволок») посредством нанесения их из раствора и формирование на этой же поверхности контактных площадок из токопроводящего материала, электрически соединенных с массивом «нанопроволок» (см. US 10237923 В2, МПК Н01В 3/12, опубл. 19.03.2019 [1]).There is a known method for manufacturing a film heating element, which includes obtaining a base, which is a film of polymer material, forming on the surface of one of its large sides an array of intersecting current-conducting long elements (a mesh of so-called “nanowires”) by applying them from a solution and forming them on on the same surface are contact pads made of conductive material, electrically connected to an array of “nanowires” (see US 10237923 B2, IPC N01B 3/12, published 03/19/2019 [1]).
Недостаток известного способа состоит в низкой надежности изготавливаемого нагревательного элемента, в первую очередь, при использовании в условиях, где необходимо его изгибание.The disadvantage of this known method is the low reliability of the manufactured heating element, primarily when used in conditions where it is necessary to bend it.
Известен способ изготовления пленочного нагревательного элемента, включающий получение основы из инвара, покрытой слоем SiO2, образование на поверхности одной из ее больших сторон массива пересекающихся «нанопроволок» из серебра посредством нанесения их методом спинкоатинга из раствора с последующим отжигом и формирование на этой же поверхности контактных площадок из токопроводящего материала, электрически соединенных с массивом «нанопроволок» (см. Kim Y.J., Kim G., Kim H.-K. «Study of Brash-Painted Ag Nanowire Network on Flexible Invar Metal Substrate for Curved Thin Film Heater», Metals, 2019, т. 9, №10 [2]).There is a known method for manufacturing a film heating element, which includes obtaining a base from invar, coated with a layer of SiO 2 , forming an array of intersecting silver “nanowires” on the surface of one of its large sides by applying them by spin-coating from a solution, followed by annealing, and forming contact contacts on the same surface. pads of conductive material electrically connected to an array of “nanowires” (see Kim Y. J., Kim G., Kim H.-K. “Study of Brash-Painted Ag Nanowire Network on Flexible Invar Metal Substrate for Curved Thin Film Heater,” Metals , 2019, vol. 9, no. 10 [2]).
Недостатки известного способа состоят в сложности равномерного распределения «нанопроволок» по поверхности основы, необходимость в дополнительных технологических операциях для обеспечения контакта между отдельными «нанопроволоками» и плохая адгезия сетки из «нанопроволок» к поверхности основы.The disadvantages of the known method are the difficulty of uniformly distributing “nanowires” over the surface of the base, the need for additional technological operations to ensure contact between individual “nanowires” and poor adhesion of the mesh of “nanowires” to the surface of the base.
Из [1] и [2] также известны пленочные нагревательные элементы, изготовленные описанными способами, с присущими им недостатками.From [1] and [2] also known are film heating elements manufactured by the described methods, with their inherent disadvantages.
Известен способ изготовления пленочного электрода, который может быть использован в качестве нагревательного элемента, включающий получение основы, представляющей собой пленку из полиэтилентерефталата (далее - ПЭТ), и образование на поверхности одной из ее больших сторон массива пересекающихся «нанопроволок» из серебра (см. Воронин А.С. и др. «Технологические основы формирования микросетчатых прозрачных электродов при помощи самоорганизованного шаблона и исследование их свойств», Письма в ЖТФ, 2019, т. 45, вып. 7, стр. 59-62 [3]). В известном способе на поверхность основы наносят слой геля из кремнезема, который в процессе высыхания растрескивается. Затем поверх высушенного геля методом магнетронного напыления наносят слой серебра толщиной 100-300 нм. На заключительном этапе шаблон из кремнезема растворяют, и на поверхности ПЭТ остается массив пересекающихся «нанопроволок».There is a known method for manufacturing a film electrode that can be used as a heating element, which includes obtaining a base, which is a film of polyethylene terephthalate (hereinafter referred to as PET), and the formation on the surface of one of its large sides of an array of intersecting “nanowires” of silver (see Voronin A.S. et al. “Technological basis for the formation of micromesh transparent electrodes using a self-organized template and the study of their properties,” Letters to ZhTP, 2019, v. 45, issue 7, pp. 59-62 [3]). In the known method, a layer of silica gel is applied to the surface of the base, which cracks as it dries. Then a layer of silver 100-300 nm thick is applied on top of the dried gel using magnetron sputtering. In the final step, the silica template is dissolved, leaving an array of intersecting “nanowires” on the PET surface.
Недостаток известного способа состоит в сложности контроля сечения образующихся «нанопроволок», что может приводить к неоднородности сопротивления на разных участках нагревательного элемента, что, в свою очередь, не обеспечивает равномерности нагрева поверхности и, следовательно, снижает качество нагрева.The disadvantage of this known method is the difficulty of controlling the cross-section of the resulting “nanowires,” which can lead to inhomogeneity of resistance in different parts of the heating element, which, in turn, does not ensure uniform heating of the surface and, therefore, reduces the quality of heating.
Из [3] также известен пленочный электрод, изготовленный описанным способом с присущим ему недостатком.From [3] a film electrode is also known, manufactured by the described method with its inherent disadvantage.
Раскрытые в [2] способ и пленочный нагревательный элемент приняты в качестве ближайших аналогов заявленного способа и пленочного нагревательного элемента.The method and film heating element disclosed in [2] are taken as the closest analogues of the claimed method and film heating element.
Техническая проблема, решаемая заявленной группой изобретений, состоит в создании пленочного нагревательного элемента на основе композитной пленки из полимерного материала с массивом контактирующих токопроводящих длинномерных элементов («нанопроволок») внутри нее.The technical problem solved by the claimed group of inventions is the creation of a film heating element based on a composite film of polymer material with an array of contacting long-length conductive elements (“nanowires”) inside it.
При этом достигается технический результат, заключающийся в повышении надежности нагревательного элемента и технологичности его изготовления при одновременном сохранении высокого качества нагрева.In this case, a technical result is achieved, which consists in increasing the reliability of the heating element and the manufacturability of its manufacture while maintaining high heating quality.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается в результате реализации способа изготовления пленочного нагревательного элемента, включающего в себя:The technical problem is solved, and the specified technical result is achieved as a result of implementing a method for manufacturing a film heating element, which includes:
- получение основы, представляющую собой пленку из полимерного материала толщиной 10-20 мкм с массивом сквозных, по существу, одинаковых пересекающихся цилиндрических каналов диаметром 20-2000 нм, поверхностной плотностью 107-109 см-2, расположенных под углом от 20° до 120° друг к другу,- obtaining a base, which is a film of polymer material 10-20 microns thick with an array of end-to-end, essentially identical intersecting cylindrical channels with a diameter of 20-2000 nm, a surface density of 10 7 -10 9 cm -2 , located at an angle from 20° to 120° to each other,
- нанесение на поверхность одной из больших сторон упомянутой основы токопроводящего материала с образованием на ней вспомогательного слоя толщиной 50-100 нм,- applying a conductive material to the surface of one of the large sides of the said base with the formation of an auxiliary layer with a thickness of 50-100 nm on it,
- заполнение упомянутых каналов упомянутой основы с противоположной от вспомогательного слоя стороны токопроводящим материалом посредством контролируемого электрохимического осаждения с образованием массива пересекающихся длинномерных элементов,- filling said channels of said base from the side opposite to the auxiliary layer with conductive material through controlled electrochemical deposition with the formation of an array of intersecting long elements,
- удаление вспомогательного слоя токопроводящего материала с поверхности упомянутой основы,- removing the auxiliary layer of conductive material from the surface of said base,
- формирование на поверхности, по меньшей мере, одной из больших сторон упомянутой основы контактных площадок из токопроводящего материала.- forming on the surface of at least one of the large sides of the said base contact pads made of conductive material.
В частном варианте реализации, получают основу, представляющую собой пленку из полимерного материала, выбранного из группы, включающей в себя полиэтилентерефталат, поликарбонат, полиимид и полиэтиленнафталат.In a particular embodiment, a base is obtained which is a film of a polymer material selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyimide and polyethylene naphthalate.
В другом частном варианте реализации, токопроводящий материал наносят на поверхность одной из больших сторон упомянутой основы поверх сформированных контактных площадок.In another particular embodiment, a conductive material is applied to the surface of one of the large sides of said base over the formed contact pads.
В еще одном частном варианте реализации, в качестве токопроводящего материала вспомогательного слоя используют материал, выбранный из группы, включающей в себя медь, кобальт, железо, никель и цинк.In yet another particular embodiment, the conductive material of the auxiliary layer is a material selected from the group consisting of copper, cobalt, iron, nickel and zinc.
В еще одном частном варианте реализации, в качестве токопроводящего материала упомянутого массива токопроводящих элементов используют материал, выбранный из группы, включающей в себя серебро, медь, никель и кобальт.In yet another particular embodiment, the conductive material of said array of conductive elements is a material selected from the group consisting of silver, copper, nickel and cobalt.
В еще одном частном варианте реализации, что контролируемое электрохимическое осаждение осуществляют в гальваностатическом, потенциостатическом или реверсивном режиме.In yet another particular embodiment, the controlled electrochemical deposition is carried out in galvanostatic, potentiostatic or reversible mode.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается также в результате создания пленочного нагревательного элемента, содержащего основу, представляющую собой пленку из полимерного материала, на поверхности, по меньшей мере, одной из больших сторон которой сформированы контактные площадки из токопроводящего материала, и связанный с упомянутой основой массив пересекающихся длинномерных токопроводящих элементов, электрически соединенный с упомянутыми контактными площадками, в котором упомянутая основа представляет собой пленку из полимерного материала толщиной 10-20 мкм с массивом сквозных, по существу, одинаковых пересекающихся цилиндрических каналов диаметром 20-2000 нм, поверхностной плотностью 107-109 см-2, расположенных под углом от 20° до 120° друг к другу, в которых расположены упомянутые токопроводящие элементы.The technical problem is solved, and the specified technical result is also achieved as a result of creating a film heating element containing a base, which is a film of polymer material, on the surface of at least one of the large sides of which contact pads are formed from a conductive material, and associated with the mentioned the base is an array of intersecting long current-conducting elements, electrically connected to the mentioned contact pads, in which the mentioned base is a film of polymer material 10-20 microns thick with an array of end-to-end, essentially identical intersecting cylindrical channels with a diameter of 20-2000 nm, surface density 10 7 -10 9 cm -2 located at an angle from 20° to 120° to each other, in which the mentioned conductive elements are located.
На фиг. 1 показано схематическое изображение последовательности технологических операций заявленного способа, согласно одному из частных вариантов реализации.In fig. Figure 1 shows a schematic representation of the sequence of technological operations of the claimed method, according to one of the particular implementation options.
На фиг. 2 показано схематическое изображение последовательности технологических операций заявленного способа, согласно другому частному варианту реализации.In fig. Figure 2 shows a schematic representation of the sequence of technological operations of the claimed method, according to another particular embodiment.
Заявленный способ реализуют следующим образом.The claimed method is implemented as follows.
1. Получают основу 1, представляющую собой пленку из полимерного материала (например, ПЭТ, поликарбоната, полиимида или полиэтиленнафталата) толщиной 10-20 мкм с массивом сквозных, по существу, одинаковых пересекающихся цилиндрических каналов 2 диаметром 20-1000 нм, поверхностной плотностью 107-109 см-2, расположенных под углом друг к другу. Оптимальным для формирования внутри основы 1 необходимой структуры пересекающихся «нанопроволок» является значение угла в диапазоне от 20° до 120°.1. A base 1 is obtained, which is a film made of a polymer material (for example, PET, polycarbonate, polyimide or polyethylene naphthalate) with a thickness of 10-20 microns with an array of end-to-end, essentially identical intersecting cylindrical channels 2 with a diameter of 20-1000 nm, a surface density of 10 7 -10 9 cm -2 located at an angle to each other. The optimal angle for forming the required structure of intersecting “nanowires” inside the base 1 is an angle in the range from 20° to 120°.
Использование пленки толщиной менее 10 мкм не обеспечивает требуемую жесткость основы 1, что затрудняет как дальнейшие технологические операции, так и последующее использование нагревательного элемента. Использование пленки толщиной более 20 мкм вызывает сложности с образованием сквозных каналов 2, что, как следствие, не дает гарантированной однородности их структуры и, соответственно, однородности сопротивления образующихся «нанопроволок» на различных участках нагревательного элемента.The use of a film with a thickness of less than 10 microns does not provide the required rigidity of the base 1, which complicates both further technological operations and the subsequent use of the heating element. The use of a film with a thickness of more than 20 microns causes difficulties in the formation of through channels 2, which, as a consequence, does not guarantee the uniformity of their structure and, accordingly, the uniformity of resistance of the resulting “nanowires” in different areas of the heating element.
Использование пленки с массивом цилиндрических каналов 2 диаметром менее 20 нм также затрудняет дальнейшие технологические операции, в первую очередь, электрохимическое осаждение токопроводящего материала. Использование пленки с массивом цилиндрических каналов 2 диаметром более 1000 нм не будет обеспечивать необходимого для нагрева сопротивления образующихся «нанопроволок».The use of a film with an array of cylindrical channels 2 with a diameter of less than 20 nm also complicates further technological operations, primarily the electrochemical deposition of conductive material. The use of a film with an array of cylindrical channels 2 with a diameter of more than 1000 nm will not provide the resistance of the resulting “nanowires” necessary for heating.
Использование пленки с массивом цилиндрических каналов 2 поверхностной плотностью менее 107 см-2 не обеспечит формирование внутри пленки необходимой структуры пересекающихся «нанопроволок». Использование пленки с массивом цилиндрических каналов 2 поверхностной плотностью более 109 см-2 также затрудняет дальнейшие технологические операции.The use of a film with an array of cylindrical channels 2 with a surface density of less than 10 7 cm -2 will not ensure the formation of the necessary structure of intersecting “nanowires” inside the film. The use of a film with an array of cylindrical channels 2 with a surface density of more than 10 9 cm -2 also complicates further technological operations.
В качестве основы 1 может быть использована коммерчески доступная трековая мембрана, изготовленная с использованием ионно-трековой технологии (см., например, статью Apel P.Y., Dmitriev S.N. «Micro- and nanoporous materials produced using accelerated heavy ion beams», Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 2011, т. 2, №1 [4]).As basis 1, a commercially available track membrane manufactured using ion-track technology can be used (see, for example, the article Apel P.Y., Dmitriev S.N. “Micro- and nanoporous materials produced using accelerated heavy ion beams,” Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 2011, vol. 2, no. 1 [4]).
2. Наносят (включая, но не ограничиваясь, посредством вакуумного напыления) на поверхность одной из больших сторон основы 1 вспомогательный токопроводящий материал (например, медь) с образованием на ней вспомогательного слоя 3 толщиной 50-100 нм.2. An auxiliary conductive material (for example, copper) is applied (including, but not limited to, by vacuum deposition) to the surface of one of the large sides of the base 1 to form an auxiliary layer 3 with a thickness of 50-100 nm on it.
Образование вспомогательного слоя 3 толщиной менее 50 нм делает его непригодным для дальнейших технологических операций. Образование вспомогательного слоя 3 более 100 нм нецелесообразно из-за неоправданного повышения материалоемкости и времени технологического процесса изготовления нагревательного элемента.The formation of an auxiliary layer 3 with a thickness of less than 50 nm makes it unsuitable for further technological operations. The formation of an auxiliary layer 3 of more than 100 nm is impractical due to an unjustified increase in the material consumption and time of the technological process of manufacturing the heating element.
3. Заполняют каналы 2 основы 1 с противоположной от вспомогательного слоя 3 стороны серебром посредством контролируемого электрохимического осаждения в гальваностатическом, потенциостатическом или реверсивном режиме. При этом в каналах 2 образуются пересекающиеся «нанопроволоки» 4, наследующие форму каналов 2.3. Fill the channels 2 of the base 1 on the side opposite to the auxiliary layer 3 with silver through controlled electrochemical deposition in galvanostatic, potentiostatic or reverse mode. In this case, intersecting “nanowires” 4 are formed in channels 2, inheriting the shape of channels 2.
Гальваностатическое осаждение в преимущественном варианте осуществляют при плотности тока 1-15 мА/см2 (см., например, статью Кругликова С.С., Загорского Д.Л. и др. «Анализ условий электролитического формирования ансамблей металлических нанопроволок в порах трековых мембран», Теоретические основы химической технологии, 2021, т. 55, №5, стр. 632-641 [5]). При этом измеряют величину напряжения на электрохимической ячейке и по ее изменению определяют степень заполнения каналов 2 и, соответственно, регулируют длину образуемых «нанопроволок» 4.Galvanostatic deposition is preferably carried out at a current density of 1-15 mA/cm 2 (see, for example, the article by S.S. Kruglikov, D.L. Zagorsky, et al. “Analysis of the conditions for the electrolytic formation of metal nanowire ensembles in the pores of track membranes” , Theoretical foundations of chemical technology, 2021, vol. 55, no. 5, pp. 632-641 [5]). In this case, the voltage value on the electrochemical cell is measured and, based on its change, the degree of filling of channels 2 is determined and, accordingly, the length of the formed “nanowires” 4 is adjusted.
Потенциостатическое осаждение в преимущественном варианте осуществляют при потенциале от 400 до 800 мА/см2. При этом измеряют величину тока, протекающего через электрохимическую ячейку, и по его изменению определяют степень заполнения каналов 2 и, соответственно, регулируют длину образуемых «нанопроволок» 4.Potentiostatic deposition is preferably carried out at a potential of 400 to 800 mA/cm 2 . In this case, the magnitude of the current flowing through the electrochemical cell is measured, and by its change the degree of filling of channels 2 is determined and, accordingly, the length of the formed “nanowires” 4 is adjusted.
Реверсивное осаждение в преимущественном варианте осуществляют при чередовании импульсов катодного и анодного тока амплитудной плотностью от 1-15 мА/см2. При этом измеряют амплитуду напряжения электрохимической ячейке и по ее изменению определяют степень заполнения каналов 2 и, соответственно, регулируют длину образуемых «нанопроволок» 4.Reverse deposition is preferably carried out by alternating cathode and anodic current pulses with an amplitude density of 1-15 mA/cm 2 . In this case, the voltage amplitude of the electrochemical cell is measured and by its change the degree of filling of channels 2 is determined and, accordingly, the length of the formed “nanowires” 4 is adjusted.
4. Удаляют вспомогательный слой 3 токопроводящего материала с поверхности основы 1.4. Remove the auxiliary layer 3 of conductive material from the surface of the base 1.
В частности, для удаления меди используют раствор на основе 3% пероксида водорода, чистый или с растворенной в нем лимонной кислотой в количестве 300 г/л и хлоридом натрия в количестве 50 г/л.In particular, to remove copper, use a solution based on 3% hydrogen peroxide, pure or with citric acid dissolved in it in an amount of 300 g/l and sodium chloride in an amount of 50 g/l.
5. Формируют на поверхности одной из больших сторон (см. фиг. 1) или обеих сторон (см. фиг. 2) основы 1 контактные площадки 5 из токопроводящего материала. В частном варианте реализации, вспомогательный токопроводящий материал наносят на поверхность одной из больших сторон основы 1 поверх сформированных контактных площадок 5.5. Contact pads 5 are formed from a conductive material on the surface of one of the large sides (see Fig. 1) or both sides (see Fig. 2) of the base 1. In a particular embodiment, an auxiliary conductive material is applied to the surface of one of the large sides of the base 1 over the formed contact pads 5.
Возможность реализации заявленного способа подтверждается примерами.The possibility of implementing the claimed method is confirmed by examples.
Пример 1Example 1
Получают основу, представляющую собой пленку из ПЭТ толщиной 15 мкм с массивом сквозных, по существу, одинаковых пересекающихся цилиндрических каналов диаметром 30 нм, поверхностной плотностью 109 см-2, расположенных под углом 20° друг к другу. Наносят, посредством вакуумного напыления, на поверхность одной из больших сторон основы медь с образованием на ней вспомогательного слоя толщиной 60 нм. Заполняют, посредством гальваностатического осаждения при плотности тока 4 мА/см2, каналы основы с противоположной от вспомогательного слоя стороны серебром. Удаляют вспомогательный слой меди с поверхности основы посредством использования раствора на основе 3% пероксида водорода. При помощи токопроводящего лака формируют на поверхности одной из сторон основы контактные площадки из серебра.A base is obtained, which is a PET film 15 μm thick with an array of end-to-end, essentially identical intersecting cylindrical channels with a diameter of 30 nm, a surface density of 10 9 cm -2 , located at an angle of 20° to each other. Copper is applied by vacuum deposition to the surface of one of the large sides of the base to form an auxiliary layer 60 nm thick on it. The base channels on the side opposite to the auxiliary layer are filled with silver through galvanostatic deposition at a current density of 4 mA/cm 2 . Remove the auxiliary layer of copper from the surface of the base using a solution based on 3% hydrogen peroxide. Using a conductive varnish, silver contact pads are formed on the surface of one side of the base.
Пример 2Example 2
Получают основу, представляющую собой пленку из поликарбоната толщиной 20 мкм с массивом сквозных, по существу, одинаковых пересекающихся цилиндрических каналов диаметром 100 нм, поверхностной плотностью 108 см-2, расположенных под углом 30° друг к другу. Формируют, посредством вакуумного напыления, на поверхности одной из больших сторон основы контактные площадки из серебра. Поверх контактных площадок на поверхность этой же стороны основы наносят, посредством вакуумного напыления, вспомогательный слой кобальта толщиной 100 нм. Заполняют, посредством гальваностатического осаждения при плотности тока 8 мА/см2, каналы основы с противоположной от вспомогательного слоя стороны медью. Удаляют вспомогательный слой кобальта с поверхности основы посредством использования раствора на основе 3% пероксида водорода с растворенной в нем лимонной кислотой и хлоридом натрия.A base is obtained, which is a polycarbonate film 20 μm thick with an array of end-to-end, essentially identical intersecting cylindrical channels with a diameter of 100 nm, a surface density of 10 8 cm -2 , located at an angle of 30° to each other. Silver contact pads are formed by vacuum deposition on the surface of one of the large sides of the base. On top of the contact pads, an auxiliary layer of cobalt 100 nm thick is applied via vacuum deposition to the surface of the same side of the base. The base channels on the side opposite to the auxiliary layer are filled with copper by means of galvanostatic deposition at a current density of 8 mA/cm 2 . Remove the auxiliary layer of cobalt from the surface of the base by using a solution based on 3% hydrogen peroxide with citric acid and sodium chloride dissolved in it.
Пример 3Example 3
Получают основу, представляющую собой пленку из полиимида толщиной 10 мкм с массивом сквозных, по существу, одинаковых пересекающихся цилиндрических каналов диаметром 500 нм, поверхностной плотностью 5⋅107 см-2, расположенных под углом 45° друг к другу. Наносят, посредством резистивного напыления, на поверхность одной из больших сторон основы никель с образованием на ней вспомогательного слоя толщиной 50 нм. Заполняют, посредством реверсивного осаждения при плотности тока 15 мА/см2, каналы основы с противоположной от вспомогательного слоя стороны серебром. Удаляют вспомогательный слой никеля с поверхности основы посредством электрохимического растворения вспомогательного слоя. При помощи токопроводящего лака формируют на поверхности обоих сторон основы контактные площадки из золота.A base is obtained, which is a polyimide film 10 μm thick with an array of end-to-end, essentially identical intersecting cylindrical channels with a diameter of 500 nm, a surface density of 5⋅10 7 cm -2 , located at an angle of 45° to each other. Nickel is applied by resistive sputtering to the surface of one of the larger sides of the base to form an auxiliary layer 50 nm thick on it. The base channels on the side opposite to the auxiliary layer are filled with silver through reverse deposition at a current density of 15 mA/cm 2 . The auxiliary layer of nickel is removed from the surface of the base by electrochemical dissolution of the auxiliary layer. Using a conductive varnish, gold contact pads are formed on the surface of both sides of the base.
Заявленный способ изготовления пленочного нагревательного элемента обладает высокой технологичностью за счет особенностей его реализации.The claimed method for manufacturing a film heating element has high manufacturability due to the peculiarities of its implementation.
Нагревательный элемент, изготовленный заявленным способом, содержит основу 1, представляющую собой пленку из полимерного материала с массивом сквозных, по существу, одинаковых пересекающихся цилиндрических каналов 2, на поверхности одной из больших сторон которой сформированы контактные площадки 5 из токопроводящего материала, и массив пересекающихся длинномерных токопроводящих элементов («нанопроволок») 4, расположенных в каналах 2, электрически соединенный с контактными площадками 5. При этом «нанопроволоки» 4 расположены в каналах 2 основы 1, что приводит к созданию нагревательного элемента на основе композитной пленки, обладающего высокой надежностью при одновременном сохранении высокого качества нагрева.The heating element manufactured by the claimed method contains a base 1, which is a film made of a polymer material with an array of end-to-end, essentially identical intersecting cylindrical channels 2, on the surface of one of the large sides of which contact pads 5 are formed from a conductive material, and an array of intersecting long conductive elements (“nanowires”) 4 located in channels 2, electrically connected to contact pads 5. In this case, “nanowires” 4 are located in channels 2 of the base 1, which leads to the creation of a heating element based on a composite film, which is highly reliable while simultaneously maintaining high quality heating.
Описанный выше нагревательный элемент может быть использован в системах антизапотевания (для очков, экранов), в медицинских приборах для прогревания, в качестве термобарьерного покрытия.The heating element described above can be used in anti-fogging systems (for glasses, screens), in medical devices for heating, and as a thermal barrier coating.
Claims (7)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2809786C1 true RU2809786C1 (en) | 2023-12-18 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2155461C1 (en) * | 1999-03-01 | 2000-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРАКТИК-М" | Flexible heating element |
| RU2234820C2 (en) * | 2001-10-18 | 2004-08-20 | Офицерьян Роберт Вардгесович | Flexible heating element and its manufacturing process |
| RU88493U1 (en) * | 2009-06-24 | 2009-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью Завод "Рациональные отопительные системы" | FILM ELECTRIC HEATER (OPTIONS) |
| US10237923B2 (en) * | 2015-01-06 | 2019-03-19 | Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University | Transparent film heater and manufacturing method thereof |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2155461C1 (en) * | 1999-03-01 | 2000-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРАКТИК-М" | Flexible heating element |
| RU2234820C2 (en) * | 2001-10-18 | 2004-08-20 | Офицерьян Роберт Вардгесович | Flexible heating element and its manufacturing process |
| RU88493U1 (en) * | 2009-06-24 | 2009-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью Завод "Рациональные отопительные системы" | FILM ELECTRIC HEATER (OPTIONS) |
| US10237923B2 (en) * | 2015-01-06 | 2019-03-19 | Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University | Transparent film heater and manufacturing method thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВОРОНИН А.С. и др. Технологические основы формирования микросетчатых прозрачных электродов при помощи самоорганизованного шаблона и исследование их свойств. Письма в ЖТФ, 2019, том 45, вып. 7, с. 59-62. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3610293B2 (en) | Structure having pores and device using the structure having pores | |
| Chakarvarti et al. | Template synthesis—a membrane based technology for generation of nano-/micro materials: a review | |
| Musselman et al. | Low-temperature synthesis of large-area, free-standing nanorod arrays on ITO/glass and other conducting substrates | |
| US6034468A (en) | Field emitter device having porous dielectric anodic oxide layer | |
| US20040241965A1 (en) | High aspect ratio microelectrode arrays | |
| Hepel et al. | Electrochemical characterization of electrodes with submicrometer dimensions | |
| US9592378B2 (en) | Micro-reaction chamber microelectrodes especially for neural and biointerfaces | |
| TW201301470A (en) | Porous electrode sheet, method for producing same, and display device | |
| Dobrev et al. | Electrochemical preparation of metal microstructures on large areas of etched ion track membranes | |
| RU2809786C1 (en) | Method for manufacturing film heating element and film heating element manufactured by such method | |
| KR20160004846A (en) | Transparant electrode containing silver nanowire-patterned layer and graphene layer, and manufacturing method thereof | |
| JP2003025298A (en) | Structure having pore and its manufacturing method | |
| Muguet et al. | Combining PEDOT: PSS Polymer Coating with Metallic 3D Nanowires Electrodes to Achieve High Electrochemical Performances for Neuronal Interfacing Applications | |
| US8940577B2 (en) | Programmable metallization cells and methods of forming the same | |
| Bauerdick et al. | Substrate-integrated microelectrodes with improved charge transfer capacity by 3-dimensional micro-fabrication | |
| JP7402981B2 (en) | Structure and method for manufacturing the structure | |
| WO2019072034A1 (en) | Selective electrochemical deposition method for nano-scale prussian blue thin film | |
| JP2008136684A (en) | Manufacturing method of polymer covered electrode | |
| Dobrev et al. | Formation of metal membranes by direct duplication of etched ion-track templates | |
| JP3098022B2 (en) | Local deposition film formation method | |
| CN101561407B (en) | Method for manufacturing atomic oxygen sensor chip of osmium membrane resistance wire | |
| WO2005015596B1 (en) | Method for the localized growth of nanothreads or nanotubes | |
| Kaur et al. | Fabrication of copper microcylinders in polycarbonate membranes and their characterization | |
| JP2005179730A (en) | Method of producing porous metal oxide, and biochip using porous metal oxide obtained thereby | |
| US20090309090A1 (en) | Nanostructures and a Method for the Manufacture of the Same |