透明电加热膜及其制作方法、电加热玻璃及其制作方法与流程

本发明属于新型电热材料领域，具体地，涉及一种透明电加热膜及其制作方法、电加热玻璃及其制作方法。

背景技术：

电加热膜在军用与民用领域均有非常大的市场前景，例如可用于飞机及飞行器、车辆等的除雾除冰，建筑供暖、温度维护等多个领域。常用的电热系统中，电阻加热单元一般采用金属箔、薄膜涂层、电阻丝、金属网等材料。目前市面上的车辆，其后窗挡风玻璃就是采用的内嵌式铜丝作为电热丝加热系统，以达到除雾除冰的效果。但使用过的人都知道其加热效率非常低，除冰就需要持续加热5-10min左右，且加热不均，另外肉眼可见的铜丝也会阻碍人的视线，很难应用到前挡风玻璃与侧窗上。而在极寒、暴雨或潮湿的条件下，室外停放的车辆、长途运输车辆、救援直升机或全天作战的军用车辆，势必对高效的透明电加热提出更高的需求，即如何快速融化窗玻璃上的冰雪、防冰除雾以消除驾驶安全隐患。车辆、飞机通常为恒压直流电源输出，根据焦耳定律：q＝u²/rt，(q为焦耳热，u为电压，r为电阻，t为时间)，在同样的电压和时间下，当加热膜电阻越小时，在相同电压下产生的能量越多，加热效率就越高，且表现在大尺寸上时，电阻越小，电压降越小，加热的均匀性也会越高，因此急需发展一种高透光率、高导电性的透明电加热膜。

目前金属纳米线、石墨烯等碳材料因为具有一定的光透光率和柔韧性，且具有较好的导电导热性能，在电热材料领域有着较大的潜力。但金属纳米线、石墨烯等碳材料的导电性和透光率相互制约，当保持高的透光率时，需要牺牲其导电性，例如在85％～90％的光透光率下，金属纳米线的导电性在10-100ω/□之间，碳材料的导电性甚至超过1000ω/□，根据焦耳定律，其加热电压会较高，加热效率也会相应降低。

技术实现要素：

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种透明电加热膜及其制作方法、电加热玻璃及其制作方法，可以制作出高透光率、高导电性，热转换效率高，导热性好，响应快速，温度可以精确控制的透明电加热膜、电加热玻璃，同时制备工艺简单，凹槽嵌入式结构稳定性好，有极高的可加工性，可大面积大批量制备，适用于各种形状、各种应用的需求。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

根据本发明的一方面，提供了一种透明电加热膜，包括：

透明衬底，包括衬底本体、若干第一凹槽及若干第二凹槽，所述衬底本体包括加热区和位于所述加热区以外的引线区，所述若干第一凹槽设置于所述加热区中并且相互连通，所述第二凹槽设置于所述引线区中并且相互连通，位于所述加热区与所述引线区的交界处的所述第一凹槽与所述第二凹槽相互连通；

导电加热部，设置于所述若干第一凹槽内；

导电引线部，设置于所述若干第二凹槽内；

所述透明电加热膜的透光率为50％-95％；所述透明电加热膜的方阻为0.02-5ω/□；所述导电引线部的方阻小于所述导电加热部的方阻的三分之一。

进一步地，所述透明电加热膜的工作电压采用直流电压，所述工作电压的范围为2-48v。

进一步地，所述第一凹槽、所述第二凹槽均排布成网格状；和/或所述第一凹槽的宽度为500nm-20μm，所述第二凹槽的宽度为2μm-100μm；和/或所述第二凹槽的分布密度大于所述第一凹槽的分布密度；和/或所述第一凹槽的深度为1μm-20μm，所述第二凹槽的深度为1μm-20μm；和/或所述若干第一凹槽所占面积与所述若干第二凹槽所占面积之和小于所述衬底本体的表面面积的二分之一。

进一步地，所述导电加热部和所述导电引线部均包括种子层；所述种子层包括分散有纳米颗粒的墨水或浆料，所述纳米颗粒包括：金、银、镍、铜、锡、铝、铂和铁中的至少一种。

进一步地，所述导电加热部和所述导电引线部还均包括形成于所述种子层上的金属层；所述金属层包括金、银、镍、铜、锡、铝、铂、铁中的至少一种。

进一步地，所述种子层的厚度为200nm-10μm；所述金属层的厚度为1μm-20μm；和/或，所述金属层通过电镀沉积和/或化学镀沉积的方式在所述种子层上形成。

根据本发明的另一发明，还提供了一种电加热玻璃，所述电加热玻璃包括玻璃层以及与所述玻璃层结合的上述的透明电加热膜。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述的透明电加热膜的制作方法，所述制作方法包括：

提供包括衬底本体的透明衬底，其中所述衬底本体包括加热区和位于所述加热区以外的引线区；

在所述加热区内形成相互连通的若干第一凹槽，同时在所述引线区内形成相互连通的若干第二凹槽；其中，位于所述加热区与所述引线区的交界处的所述第一凹槽与所述第二凹槽相互连通；

在所述若干第一凹槽内形成导电加热部，同时在所述若干第二凹槽内形成导电引线部。

进一步地，所述在所述若干第一凹槽内形成导电加热部，同时在所述若干第二凹槽内形成导电引线部的步骤包括：

在所述若干第一凹槽内、在所述若干第二凹槽内刮填厚度为200nm-10μm的分散有纳米颗粒的墨水或浆料，并烘干烧结，形成种子层；

其中，所述纳米颗粒包括金、银、镍、铜、锡、铝、铂和铁中的至少一种。

进一步地，所述在所述若干第一凹槽内形成导电加热部，同时在所述若干第二凹槽内形成导电引线部的步骤还包括：

在所述种子层上沉积金属层；

其中，所述金属层包括金、银、镍、铜、锡、铝、铂、铁中的至少一种；和/或，所述在所述种子层上沉积金属层的方式包括电镀沉积和/或化学镀沉积。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述的电加热玻璃的制作方法，将透明电加热膜模压到玻璃层上以形成所述电加热玻璃。

与现有技术相比，本发明的透明电加热膜及其制作方法具有以下有益效果：

(1)本发明的透明电加热膜、电加热玻璃具有高透光率、高导电性，热转换效率高，导热性好，响应快速，温度可以精确控制等优势，同时制备工艺简单，凹槽嵌入式结构稳定性好，有极高的可加工性，可大面积大批量制备，适用于各种形状、各种应用的需求；

(2)启动电压和工作电压低，可以在人体安全电压以下工作；

(3)具有很好的柔性，可以任意弯曲并保持良好的导电性，有极高的加工性，有利于适应各种形状、各种应用的需求。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例一的透明电加热膜的结构示意图；

图2是根据本发明的一种实施方式的透明电加热膜的侧面剖视图；

图3是根据本发明的另一种实施方式的透明电加热膜的侧面剖视图；

图4a-图4b是根据本发明的实施一的不同网格形状的透明电加热膜的结构示意图；

图5是根据本发明的实施例二的透明电加热膜的制作方法的流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

图1是根据本发明的实施例一的透明电加热膜的结构示意图。

参照图1，本发明的第一实施例提出一种透明电加热膜。所述透明电加热膜包括透明衬底10、导电加热部20和导电引线部30。其中，导电加热部20与导电引线部30电连接。可以理解的是，本发明并不限制于此，根据本发明的实施例的透明电加热膜还可以包括其它必要的部件。

具体地，透明衬底10包括加热区a和位于加热区以外的引线区b。作为本发明的一种实施方式，透明衬底10包括衬底本体11、若干第一凹槽12及若干第二凹槽13。衬底本体11包括加热区a和位于加热区a以外的引线区b。若干第一凹槽12设置于加热区a中。若干第二凹槽13设置于引线区中。透明衬底10采用透明柔性材料制成，如：pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜、pi(聚酰亚胺)膜、pvc(聚氯乙烯)膜、pp(聚丙烯)膜、pe(聚乙烯)膜、pc(聚碳酸酯)膜或abs(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物)膜。

具体地，相邻第一凹槽12间相互连通。相邻第二凹槽13之间相互连通。加热区a与引线区b的交界处的第一凹槽12与第二凹槽13相互连通。

作为本发明的一种实施方式第一凹槽12的宽度为500nm-20μm，所述第二凹槽12的宽度为2μm-100μm。引线区b的第二凹槽13的分布密度大于加热区a的第一凹槽12的分布密度，使得导电引线部30的导电性高于导电加热部20。作为本发明的一种实施方式，第一凹槽12的深度为1μm-20μm，第二凹槽12的深度为1μm-20μm。

导电加热部20设置于第一凹槽12内。导电引线部30设置于第二凹槽13内。由于加热区a与引线区b的交界处的第一凹槽12与第二凹槽13相互连通，因此导电引线部30与导电加热部20电连接。导电加热部20用于通电时产生加热热量。导电引线部30的作用类似于导线，向导电加热部20提供工作电压。具体地，设置于导电加热部20的两侧之一的导电引线部30与电源的正极相连，设置于导电加热部20的两侧之另一的导电引线部30与电源的负极相连。电源、导电引线部30、导电加热部20连成一个通路给导电加热部20提供工作电压。

图2是根据本发明的一种实施方式的透明电加热膜的侧面剖视图。

参照图2，作为本发明的一种实施方式，导电加热部20与导电引线部30均包括种子层40。

图3是根据本发明的另一种实施方式的透明电加热膜的侧面剖视图。

参照图3，作为本发明的另一种实施方式，导电加热部20与导电引线部30还均包括设置于种子层40上的金属层50。

作为本发明的一种实施方式种子层40包括分散有纳米颗粒的墨水或浆料，所述纳米颗粒包括：金、银、镍、铜、锡、铝、铂和铁中的至少一种。

作为本发明的一种实施方式，金属层50包括金、银、镍、铜、锡、铝、铂、铁中的至少一层。

作为本发明的一种实施方式，种子层40的厚度为200nm-10μm。作为本发明的一种实施方式，金属层50的厚度为1μm-20μm。

作为本发明的一种实施方式，第一凹槽12排布成网格状，第一凹槽12排布形成的单个网格的边长为100μm-800μm。第二凹槽13排布成网格状，第二凹槽13排布形成的单个网格的边长为100μm-800μm。作为本发明的一种优选的实施方式，若干第一凹槽12所占面积与若干第二凹槽13所占面积之和小于衬底本体11的表面面积的二分之一，以确保透明电加热膜的透光率。

图4a-图4b是根据本发明的实施一的不同网格形状的电加热膜的结构示意图。

作为本发明的一种实施方式，第一凹槽12排布形成的单个网格形状为三角形、四边形、五边形、六边形中的一种或多种的组合。第二凹槽13排布形成的单个网格形状为三角形、四边形、五边形、六边形中的一种或多种的组合。参照图4a，第一凹槽12排布形成的单个网格形状为三角形，第二凹槽13排布形成的单个网格形状为三角形。参照图4b，第一凹槽12排布形成的单个网格形状为正六边形，第二凹槽13排布形成的单个网格形状为正六边形。但是本发明并不限制于此，网格形状可以根据实际需要进行设计。

本发明的实施例的透明电加热膜，通过调整第一凹槽12、第二凹槽13的数量和宽度来对透明电加热膜的透光率进行精确控制，本发明的透明电加热膜整体透光率为50％-95％。而透明电加热膜的导电性能可以通过调节第一凹槽12的宽度、第二凹槽13的宽度、第一凹槽12排布形成的网格形状的边长、第二凹槽13排布形成的网格形状的边长、导电加热部20的厚度、导电引线部30的厚度等进行控制，可以确保在高透光率的前提下，对透明导电膜的导电性进行调整。本发明的实施例的透明电加热膜的方阻最小可达到0.02ω/□，具有较高的导电性。优选地，本发明的实施例的透明电加热膜的方阻在0.02ω/□-5ω/□之间具有较好的导电性。本发明的实施例的透明电加热膜的最大加热面积可达30cmx47cm。本发明的实施例的导电引线部30的方阻小于导电加热部的方阻的三分之一。透明电加热膜的工作电压采用直流电压，工作电压的范围为2-48v。

下面结合具体的实施方式进行阐述。根据本发明的一种实施方式，选用一透明衬底10，其中第一凹槽12的宽度为4μm，第二凹槽13的宽度为10μm。第一凹槽12排布形成的网格形状为正方形，边长为320μm。第二凹槽13排布形成的的网格形状为正方形，边长为50μm。在本实施方式中，导电加热部20和导电引线部30均包括种子层40及设置于种子层40上的金属层50，当然可以理解的是，在其他实施方式中，金属层50也可以不设置。种子层40采用银纳米颗粒墨水，厚度为400nm。

金属层50采用铜层，厚度为4μm。本实施例的导电引线部30的方阻为0.02ω/□，导电加热部20的方阻为0.3ω/□。透明导电加热膜的透光率为88％。采用尺寸为30cmx47cm的本实施例的透明加热膜在25v电压下进行工作，在25s内温度可达到90℃；采用10cmx2cm的本实施例的加热膜在5v电压下进行工作，本实施例的透明电加热膜在30s内温度可达到120℃。

相对于现有技术的电加热膜，例如采用导电性较好的ito玻璃，令其透过率与本实施例的透明导电加热膜一样为88％，制备成尺寸为30cmx47cm的加热膜，由于其导电性能与透过率相互制约，因此其方阻在20ω/□左右，远高于本实施例的透明电加热膜的方阻，而且由于其方阻较大，导致其使用电压至少需要提高至200v左右才能达到本实施例的透明电加热膜的相同加热效果，其使用电压远远超过人体的安全电压，而本实施例的透明电加热膜不仅透过率高、方阻小，并且使用电压为25v，属于人体安全电压以下。

本发明的实施例的透明电加热膜具有高透光率、高导电性，热转换效率高，导热性好，响应快速，温度可以精确控制等优势，同时制备工艺简单，凹槽嵌入式结构稳定性好，有极高的可加工性，可大面积大批量制备，适用于各种形状、各种应用的需求。并且启动电压和工作电压低，可以在人体安全电压以下工作。此外，本发明的实施例的透明导电膜具有很好的柔性，可以任意弯曲并保持良好的导电性，有极高的加工性，有利于适应各种形状、各种应用的需求。

实施例二

图5是根据本发明的实施例二的透明电加热膜的制作方法的流程图。

参照图5所示，本发明的实施例二提出了一种透明电加热膜的制造方法。所述制作方法包括步骤：

s100、提供包括衬底本体11的透明衬底10，其中所述衬底本体11包括加热区a和位于所述加热区a以外的引线区b；

s200、在所述加热区a内形成相互连通的若干第一凹槽12，同时在所述引线区b内形成相互连通的若干第二凹槽13；其中，位于所述加热区a与所述引线区b的交界处的所述第一凹槽12与所述第二凹槽13相互连通；

具体地，步骤s200中通过在透明衬底10的衬底本体11上压印形成第一凹槽12、第二凹槽13。

s300、在所述若干第一凹槽12内、在所述若干第二凹槽13内形成导电加热部，同时在所述若干第二凹槽内形成导电引线部。

作为本发明的一种实施方法，步骤s300包括：在若干第一凹槽12内、在若干第二凹槽13内刮填厚度为200nm-10μm的分散有纳米颗粒的墨水或浆料，并烘干烧结，形成种子层40。作为本发明的一种实施方式，纳米颗粒包括金、银、镍、铜、锡、铝、铂和铁中的至少一种。

作为本发明的另一种实施方式，步骤s300还包括：在所述种子层40上沉积金属层50。作为本发明的一种实施方式，其中，金属层50包括金、银、镍、铜、锡、铝、铂、铁中的至少一种。作为本发明的一种实施方式，在种子层上沉积金属层的方式包括电镀沉积和/或化学镀沉积。

本发明的透明电加热膜具有高透光率、高导电性，热转换效率高，导热性好，响应快速，温度可以精确控制等优势，同时制备工艺简单，凹槽嵌入式结构稳定性好，有极高的可加工性，可大面积大批量制备，适用于各种形状、各种应用的需求。并且启动电压和工作电压低，可以在人体安全电压以下工作。此外，还具有很好的柔性，可以任意弯曲并保持良好的导电性，有极高的加工性，有利于适应各种形状、各种应用的需求。

实施例三

本发明的实施例三还提供了一种电加热玻璃。电加热玻璃包括玻璃层以及与玻璃层结合的上述的透明电加热膜。可以理解的是，本发明并不限制于此，根据本发明的实施例的电加热玻璃还可以包括其他必要的部件。

实施例四

本发明的实施例四还提供了一种上述电加热玻璃的制作方法。所述制作方法包括将透明电加热膜模压到玻璃层上以形成电加热玻璃。这里，玻璃层可以是平面玻璃层也可以是曲面玻璃层。可以理解的是，本发明并不限制于此，根据本发明的实施例的电加热玻璃的制作方法还可以包括其他必要的部件。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。