本发明涉及一种电热元件，尤其涉及一种高热能效率电热元件及其制备方法。
背景技术：
电热膜分为高温、低温电热膜。高温电热膜一般用于电子电器、军事等，如今科技生产的电热膜。低温电热膜是一种通电后能发热的半透明聚酯薄膜，由可导电的特制油墨、金属载流条经加工、热压在绝缘聚酯薄膜间制成。工作时以电热膜为发热体，将热量以辐射的形式送入空间，使人体和物体首先得到温暖，其综合效果优于传统的对流供暖方式。低温辐射电热膜系统由电源、温控器、连接件、绝缘层、电热膜及饰面层构成。电源经导线连通电热膜，将电能转化为热能。由于电热膜为纯电阻电路，故其转换效率高，除一小部分损失(2％)，绝大部分(98％)被转化成热能。
薄膜制备是一种迅速发展的材料技术，薄膜的制备方法综合运用了物理、化学、材料科学等学科的基本原理，并采用了各种高技术手段。人们己经通过各种方法制备出各种类型的薄膜，比如金属薄膜、化合物薄膜，有机薄膜等，其中透明导电氧化物半导体薄膜是一种重要的薄膜。这些不同类型的薄膜有着各自不同的应用场合，透明导电氧化物半导体薄膜，具有可见光的透明性和较好的导电性在紫外截止、红外高反射，对微波具有强的衰减性。其特殊的物理性质，可用来制造显示器件、光电变换的透明电极、太阳能电池、电磁防护、面发热元件，以及红外反射膜等。
薄膜材料的制备技术发展至今，获得薄膜的方法很多，但就成膜反应发生的环境以及成膜原理来说，大致可以分为以下四类一类是包括溅射、热蒸发和离子镀在内的物理气相沉积技术一类是通过化学反应生成固态物质并沉积在基板上的化学气相沉积技术一类是溶胶凝胶技术，另外还有一类是以电化学反应沉积为代表的溶液成膜技术。
技术实现要素：
一种高热能效率电热元件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将四氯化锡、硼酸、氢氟酸、四氯化钛、氯化钠、偶联剂、阻值稳定剂、无水乙醇搅拌混合均匀，得到电热膜溶液；
(2)基材表面清洗、干燥；
(3)将电热膜溶液加热成蒸气，蒸气借助载气喷射在基材的表面，蒸气淀渍(所述淀渍为本行业通用术语)在基材表面，形成薄膜；
(4)将薄膜进行烧结，然后将烧结后的薄膜在空气中自然冷却，得到电热膜；
(5)在电热膜表面放置电极材料，然后进行加热处理，得到高热能效率电热元件。
一种高热能效率电热元件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将45-55重量份的四氯化锡、0.1-1重量份的硼酸、1-10重量份的氢氟酸、0.3-3重量份的四氯化钛、1-5重量份的氯化钠、1-3重量份的二氯化镍、1-5重量份的偶联剂、1-3重量份的阻值稳定剂、10-30重量份的无水乙醇搅拌混合均匀，得到电热膜溶液；
(2)将基材表面用无水乙醇进行清洗，然后置于鼓风干燥箱中75-85℃干燥1-5小时；
(3)将电热膜溶液加热成蒸气，蒸气温度为200-300℃，蒸气借助载气喷射在基材的表面，基材温度为550-650℃，喷射距离为20-30cm，载气流量为45-55L/min，蒸气淀渍在基材表面，形成厚度为1-10μm的薄膜；
(4)将薄膜进行烧结，烧结温度为700-800℃，烧结时间为10-30分钟，然后将烧结后的薄膜在空气中自然冷却，得到电热膜；
(5)在电热膜表面放置电极材料，然后进行加热处理，得到高热能效率电热元件。
优选地，所述基材可以选自微晶玻璃、云母、陶瓷、石英玻璃、高硼硅玻璃。
优选地，所述电极可以选自导体浆料、金属丝或金属薄片。
优选地，所述载气可以选自氖气、氦气或氮气中的一种或多种。
优选地，所述偶联剂的用量为2.5-3.5重量份。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的至少一种，所述硅烷偶联剂可以选自3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，所述钛酸酯偶联剂可以选自异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯，所述铝酸酯偶联剂可以选自铝酸酯偶联剂821、铝酸酯偶联剂DL-411。
进一步优选地，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
进一步优选地，所述偶联剂为异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯。
优选地，所述阻值稳定剂为三氯化铋、氯化锶中的一种或其混合物。
一种高热能效率电热元件，采用上述方法制备而成。
电热膜溶液的性能和用途是由其组分及配比所决定的，且电热膜溶液中的不同组分会相互影响，组分及其配比会决定电热膜溶液的最终性能，如果组分及其配比不相互协调，单个组分所带来的有益效果，会被其他组分消减甚至消除，严重的时候，不同组分相互抵触，起不到整体综合作用，产生负作用和次品。
本发明高热能效率电热元件及其制备方法，通过大量创造性劳动、反复验证，得到电热膜溶液的最优组分及配比，使得多个组分综合在一起、相互协调、并产生正向综合效应；由此制成的电热元件，成本低、性能稳定、热能转换效率高、无明火、衰减量小、使用寿命长，能适应各种供电形式。
具体实施方式
高热能效率电热元件的附着性能测试方法：根据国家机械行业标准JB/T8554-1997《气相沉积薄膜与基体附着力的划痕试验法》进行。采用WS-2005型涂层附着力自动划痕仪进行测试，测试方法为声发射测量方式测试，加载速率5N/min，划痕速率2mm/min。
高热能效率电热元件的电阻变化率测试方法：采用190V的加载电压，用VC 9801A型万用表测量线路电流有效值，电热元件的升温速率为2℃/min，每隔十分钟读取一次数值，根据所测数据计算出电阻值，然后求取平均电阻值，高热能效率电热元件1000℃时相对于室温时的电阻变化率。
实施例1-3
高热能效率电热元件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将50重量份的四氯化锡、0.3重量份的硼酸、6重量份的氢氟酸、1重量份的四氯化钛、2重量份的氯化钠、2重量份的二氯化镍、2重量份的偶联剂(偶联剂种类见表1)、2重量份的三氯化铋、20重量份的无水乙醇以500转/分钟的转速搅拌8小时混合均匀，得到电热膜溶液；
(2)将石英玻璃表面用无水乙醇进行清洗，然后置于鼓风干燥箱中80℃干燥2小时；
(3)将电热膜溶液加热成蒸气，蒸气温度为250℃，蒸气借助载气喷射在石英玻璃的表面，石英玻璃温度为600℃，喷射距离为25cm，载气流量为50L/min，蒸气淀渍在石英玻璃表面，形成厚度为5μm的薄膜，其中所述载气为氮气；
(4)将薄膜进行烧结，烧结温度为750℃，烧结时间为20分钟，然后将烧结后的薄膜在空气中自然冷却，得到电热膜；
(5)在电热膜表面涂抹银浆，然后在温度为800℃下进行10分钟的加热处理，得到高热能效率电热元件。
表1：偶联剂种类及高热能效率电热元件性能测试结果表
其中，异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯，由南京奥诚化工有限公司提供，CAS号：61417-49-0。
由表1看出，偶联剂采用钛酸酯类偶联剂时电阻变化率及附着性能较为理想。
实施例4-12
高热能效率电热元件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将50重量份的四氯化锡、0.3重量份的硼酸、6重量份的氢氟酸、1重量份的四氯化钛、2重量份的氯化钠、2重量份的二氯化镍、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯(偶联剂用量见表2)、2重量份的三氯化铋、20重量份的无水乙醇以500转/分钟的转速搅拌8小时混合均匀，得到电热膜溶液；
(2)将石英玻璃表面用无水乙醇进行清洗，然后置于鼓风干燥箱中80℃干燥2小时；
(3)将电热膜溶液加热成蒸气，蒸气温度为250℃，蒸气借助载气喷射在石英玻璃的表面，石英玻璃温度为600℃，喷射距离为25cm，载气流量为50L/min，蒸气淀渍在石英玻璃表面，形成厚度为5μm的薄膜，其中所述载气为氮气；
(4)将薄膜进行烧结，烧结温度为750℃，烧结时间为20分钟，然后将烧结后的薄膜在空气中自然冷却，得到电热膜；
(5)在电热膜表面涂抹银浆，然后在温度为800℃下进行10分钟的加热处理，得到高热能效率电热元件。
表2：偶联剂用量及高热能效率电热元件性能测试结果表
其中，异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯，由南京奥诚化工有限公司提供，CAS号：61417-49-0。
由表2看出，异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂用量为3重量份时时电阻变化率及附着性能较为理想，且用量最为合理。
实施例13
高热能效率电热元件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将50重量份的四氯化锡、0.3重量份的硼酸、6重量份的氢氟酸、1重量份的四氯化钛、2重量份的氯化钠、2重量份的二氯化镍、3重量份的异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、2重量份的氯化锶、20重量份的无水乙醇以500转/分钟的转速搅拌8小时混合均匀，得到电热膜溶液；
(2)将石英玻璃表面用无水乙醇进行清洗，然后置于鼓风干燥箱中80℃干燥2小时；
(3)将电热膜溶液加热成蒸气，蒸气温度为250℃，蒸气借助载气喷射在石英玻璃的表面，石英玻璃温度为600℃，喷射距离为25cm，载气流量为50L/min，蒸气淀渍在石英玻璃表面，形成厚度为5μm的薄膜，其中所述载气为氮气；
(4)将薄膜进行烧结，烧结温度为750℃，烧结时间为20分钟，然后将烧结后的薄膜在空气中自然冷却，得到电热膜；
(5)在电热膜表面涂抹银浆，然后在温度为800℃下进行10分钟的加热处理，得到高热能效率电热元件。性能测试结果：附着力为157N，电阻变化率为1.42％。
实施例14
高热能效率电热元件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将50重量份的四氯化锡、0.3重量份的硼酸、6重量份的氢氟酸、1重量份的四氯化钛、2重量份的氯化钠、2重量份的二氯化镍、3重量份的异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、1重量份的三氯化铋、1重量份的氯化锶、20重量份的无水乙醇以500转/分钟的转速搅拌8小时混合均匀，得到电热膜溶液；
(2)将石英玻璃表面用无水乙醇进行清洗，然后置于鼓风干燥箱中80℃干燥2小时；
(3)将电热膜溶液加热成蒸气，蒸气温度为250℃，蒸气借助载气喷射在石英玻璃的表面，石英玻璃温度为600℃，喷射距离为25cm，载气流量为50L/min，蒸气淀渍在石英玻璃表面，形成厚度为5μm的薄膜，其中所述载气为氮气；
(4)将薄膜进行烧结，烧结温度为750℃，烧结时间为20分钟，然后将烧结后的薄膜在空气中自然冷却，得到电热膜；
(5)在电热膜表面涂抹银浆，然后在温度为800℃下进行10分钟的加热处理，得到高热能效率电热元件。性能测试结果：附着力为194N，电阻变化率为0.82％。