半导体电热膜前驱体液及电热膜结构、电热结构制备方法与流程

1.本发明涉及半导体电热膜领域，特别涉及半导体电热膜前驱体液及其半导体电热膜结构、电热结构的制备方法。


背景技术：

2.半导体电热膜相比于传统的电热材料，例如，电阻丝，具有较大的优势，例如，电热转换效率较高、可实现全表面覆盖，增加传热面积，提高传热速率，使用寿命比较长，可运用在电子烟的加热雾化器，但是，半导体电热膜的工作温度通常在100
‑
300℃，相比于电阻丝的工作温度为100
‑
1000℃，工作温度相对较低。
3.另外，目前氧化锡类的电热膜由于在500℃以上存在比较明显的电阻变化，衰减比较厉害，限制了氧化锡类电热膜的使用范围。
4.另外，电热膜的升温速度比较慢，较短时间内通电温度不稳定，运用在电子烟方面容易产生致癌物质。
5.目前，无机电热膜通常采用五水氯化锡或是氯化锡或是氯化亚锡作为主要成分，重量份数根据配方的不同，通常在10
‑
60份，水解形成氧化锡电热膜，通过掺杂的方式改善电热膜的性能，但是，这种组分的掺杂无法解决上述技术问题。
6.因此，有必要提供一种新的半导体电热膜的前驱体溶液，作为进一步，有必要提供一种半导体电热膜结构的制备方法，作为进一步，还有必要提供一种电热结构的制备方法。


技术实现要素：

7.本发明的第一目的在于提供一种半导体电热膜的前驱体溶液，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供了一种半导体电热膜的前驱体溶液，其特征在于，包括a组分、b组分和c组分，其中，
9.所述a组分包括以下重量份数的成分：2
‑
10份的五水四氯化锡，3
‑
6份的氯化亚锡和0.3
‑
1份的丙三醇，还包括ph调节剂，所述a组分的ph为4.7
‑ꢀ
6.2；
10.所述b组分包括以下重量份数的成分：5
‑
10份的电导调节剂，所述电导调节剂为二水三氯化锑、三氧化二铋、三氧二铝和二氧化铊中的一种或是多种的组合，0.6
‑
1份的氯化铝，还包括ph调节剂，所述b组分的ph为4.7
‑
5.0；
11.所述c组分包括以下重量份数的成分：0.5
‑
0.7份的氧化锡，0.8
‑
1.5份的氧化铋和15
‑
25份的乙醇；
12.还包括15
‑
30份的蒸馏水。
13.本发明的第二目的是提供了一种半导体电热膜结构的制备方法，包括上述的半导体电热膜的前驱体溶液，其特征在于，包括以下步骤：
14.半导体电热膜的前驱体溶液的制备：
15.步骤一：
16.按配比，取五水四氯化锡和氯化亚锡充分混合，加入到ph调节剂中，控制ph值为4.7
‑
6.2，控温在8
‑
12℃，搅拌至完全溶解，按配比加入丙三醇，继续搅拌5
‑
10min，得到a组分；
17.在ph调节剂中加入配比的电导调节剂和氯化铝，所述电导调节剂为二水三氯化锑、三氧化二铋、三氧二铝和二氧化铊中的一种或是多种的组合，控制 ph值为4.7
‑
5.0，控温在15
‑
20℃，搅拌均匀，得到b组分；
18.按配比，取乙醇，往所述乙醇中加入配比的氧化锡和氧化铋，混合均匀，得到c组分；
19.步骤二：
20.将所述a组分和b组分全部加到所述c组分中，加入配比的蒸馏水，充分反应后，滤出固体颗粒，即可得到半导体电热膜的前驱体溶液；
21.半导体电热膜结构的制备：
22.基底加热至380
‑
860℃，将所述半导体电热膜的前驱体溶液与3
‑
7kg空气充分混合，通过喷枪喷涂在所述基底的一侧面，冷却至室温，得到半导体电热膜结构。
23.优选地，所述基底为陶瓷材料和/或玻璃材料。
24.本发明的第三目的是提供一种电热结构的制备方法，其特征在于，包括上述的半导体电热膜结构的制备方法，还包括以下步骤：
25.电极的制备：
26.通过丝网印刷将导电浆印刷在所述半导体电热膜远离所述基底的一侧面上，形成第一电极和第二电极，且所述第一电极和第二电极相对设置，所述丝网的目数为80
‑
200目；
27.电热结构的制备：
28.将涂覆好所述半导体电热膜、第一电极和第二电极的所述基底加热至180
‑ꢀ
300℃，烘干10
‑
30min，加热至500
‑
800℃，烧结15
‑
30min，冷却即可得到电热结构。
29.优选地，所述导电浆为导电银浆。
30.优选地，所述基底为陶瓷材料和/或玻璃材料。
31.上述ph调节剂用于调节ph，防止氯化物的提前水解，产生变质，上述ph 调节剂包括但不限于盐酸、冰醋酸、硝酸、氯酸、磷酸、丙酮酸、亚硝酸、甲酸。
32.与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
33.(1)由半导体电热膜的前驱体溶液经结晶得到的半导体电热膜具有耐温度骤变，温度稳定性好、耐衰减、升温速度快、耐高温性好的性质；
34.(2)提供了一种半导体电热膜结构的制备方法，该方法可实现稳定大批量自动化工业生产；
35.(3)提供了一种电热结构的制备方法，得到的电热结构具有耐温度骤变、耐击穿、可适应电压的大范围变化、电热转换效率高、耐高温性好的性质。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例的电热结构的结构示意图之一；
38.图2为本发明实施例的电热结构的结构示意图之二。
39.附图标号说明：1
‑
基底；2
‑
半导体电热膜；3
‑
第一电极、4
‑
第二电极，5
‑ꢀ
导电件。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
42.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
43.实施例1：
44.一种半导体电热膜的前驱体溶液，包括a组分、b组分和c组分，其中，所述a组分包括以下重量份数的成分：2份的五水四氯化锡，3份的氯化亚锡、0.3份的丙三醇，还包括ph调节剂，调节所述a组分的ph为4.7
‑
6.2，所述a组分的ph调节剂为冰醋酸；
45.所述b组分包括以下重量份数的成分：5份的电导调节剂，所述电导调节剂为二水三氯化锑，0.6份的氯化铝，还包括ph调节剂，所述b组分的ph为 4.7
‑
5.0，所述b组分的ph调节剂为盐酸；
46.所述c组分包括以下重量分数的成分：0.5份的氧化锡，0.8份的氧化铋和15份的乙醇；
47.还包括15份的蒸馏水。
48.实施例2：
49.一种半导体电热膜的前驱体溶液，包括a组分、b组分和c组分，其中，所述a组分包括以下重量份数的成分：10份的五水四氯化锡，6份的氯化亚锡、1份的丙三醇，还包括ph调节剂，调节所述a组分的ph为4.7
‑
6.2，所述a组分的ph调节剂为冰醋酸；
50.所述b组分包括以下重量份数的成分：10份的电导调节剂，所述电导调节剂为二水三氯化锑，1份的氯化铝，还包括ph调节剂，所述b组分的ph为 4.7
‑
5.0，所述b组分的ph调节剂为盐酸；
51.所述c组分包括以下重量分数的成分：0.7份的氧化锡，1.5份的氧化铋和25份的乙醇；
52.还包括25份的蒸馏水。
53.实施例3：
54.一种半导体电热膜的前驱体溶液，包括a组分、b组分和c组分，其中，所述a组分包括以下重量份数的成分：6份的五水四氯化锡，4.5份的氯化亚锡、0.65份的丙三醇，还包括
ph调节剂，调节所述a组分的ph为4.7
‑
6.2，所述a组分的ph调节剂为冰醋酸；
55.所述b组分包括以下重量份数的成分：7.5份的电导调节剂，所述电导调节剂为二水三氯化锑，0.8份的氯化铝，还包括ph调节剂，所述b组分的ph 为4.7
‑
5.0，所述b组分的ph调节剂为盐酸；
56.所述c组分包括以下重量分数的成分：0.6份的氧化锡，1.15份的氧化铋和20份的乙醇；
57.还包括22.5份的蒸馏水。
58.在本发明的其它实施例中，所述电导调节剂为二水三氯化锑、三氧化二铋、三氧二铝和二氧化铊中的一种或是多种的组合。
59.需要说明的是，所述a组分和b组分中的ph调节剂，例如，盐酸、冰醋酸、硝酸、氯酸、磷酸、丙酮酸、亚硝酸、甲酸，起到调节ph作用，防止氯化物的提前水解，产生变质。
60.采用下列方法对上述实施例得到的半导体电热膜进行测定：
61.电阻值：gb/t7278
‑
2008；
62.电热转换效率：gb/t 7287
‑
2008；
63.法向全发射率：b/t 7287
‑
2008；
64.电热转换率增值：gb/t 7287
‑
2008；
65.持续工作时长：gb/t 7287
‑
2008；
66.升温时长：gb/t 7287
‑
2008；
67.乙酸24h铅溶出：gbt 3534
‑
2002；
68.乙酸24h镉溶出：gbt 3534
‑
2002；
69.破坏性测试：gbt 3534
‑
2002；
70.泄露电流：gb/t 7287
‑
2008；
71.耐衰减测试：gb/t 7287
‑
2008；
72.加热速度测试：gb/t 7287
‑
2008
73.测试结果：
74.[0075][0076]
分析上述测试结果可知：
[0077]
电热膜具有以下性质：阻值低达0.7ω；加热迅速，可在通电瞬间0.4s左右升温至200
‑
310℃；耐击穿，工作电压和泄露电流符合标准，不会产生短路击穿现象；耐高温性好，破坏温度达680℃；持续工作时间较长，大于 2000s；电热转转率较高，达95％以上；耐温度
骤变性好。
[0078]
另外，还具有较快的加热速度，在5分钟可以达到最高温度的90％，透明度较好，达到75％
‑
88％。
[0079]
并且根据成分分析可知，电热膜具有抗氧化、抗腐蚀、绝缘、阻燃、防潮、硬度高、无毒、无有害辐射，无不良物质排放、加热时功率因素为1,加热水样经检测为小分子团水，并且具有人体最合适吸收的远红外线。
[0080]
与现有技术相比，本发明取得了上述有益技术效果，主要是因为，本发明调整了五水四氯化锡和氯化亚锡的比例，高温水解后形成多晶格的氧化锡和一定比例的氧化亚锡，形成n型导电电热膜，并且通过比例的调整，高温水解之后形成的电热膜的电导率在8
‑
20ω/cm2，并且，通过调节电导调节剂的种类和比例改变氧化锡的晶格参数，在选择的比例范围内可以同时实现电导率的增加和电阻值的减低，实现短时间快速加热，上述组分和选定比例的氯化铝(高温水解成三氧化二铝)、氧化锡、氧化铋之间通过协同作用，减少半导体电热膜的温度系数，增加了半导体电热膜的耐温度骤变性和耐衰减。
[0081]
本发明还提供一种半导体电热膜结构的制备方法，包括上述的半导体电热膜的前驱体溶液。
[0082]
实施例4：
[0083]
一种半导体电热膜的前驱体溶液的制备方法，包括以下步骤：
[0084]
步骤一：
[0085]
按配比，取五水四氯化锡和氯化亚锡充分混合，加入到ph调节剂中，控制ph值为4.7
‑
6.2，控温在8
‑
12℃，搅拌至完全溶解，按配比加入丙三醇，继续搅拌5
‑
10min，得到a组分；
[0086]
在ph调节剂中加入配比的电导调节剂和氯化铝，所述电导调节剂为二水三氯化锑、三氧化二铋、三氧二铝和二氧化铊中的一种或是多种的组合，控制ph值为4.7
‑
5.0，控温在15
‑
20℃，搅拌均匀，得到b组分；
[0087]
按配比，取乙醇，往所述乙醇中加入配比的氧化锡和氧化铋，得到c组分；
[0088]
步骤二：
[0089]
将所述a组分和b组分全部加到所述c组分中，加入配比的蒸馏水，充分反应后，滤出固体颗粒，即可得到半导体电热膜前驱体液；
[0090]
半导体电热膜结构的制备：
[0091]
基底加热至380
‑
860℃，将所述半导体电热膜的前驱体溶液与3
‑
7kg空气充分混合，通过喷枪喷涂在所述基底的一侧面，冷却至室温，得到半导体电热膜结构。
[0092]
具体的配比和实施例1的配比相同，所述基底为陶瓷材料和/或玻璃材料。
[0093]
实施例5：
[0094]
半导体电热膜结构的制备方法的步骤和实施例4相同，具体配比和实施例 2的配比相同。
[0095]
实施例6：
[0096]
半导体电热膜结构的制备方法的步骤和实施例4相同，具体配比和实施例 3的配比相同。
[0097]
需要说明的是，上述实施例中，将所述基底加热到380
‑
860℃，是因为按配比得到
的半导体电热膜的前驱体溶液的适宜温度为380
‑
860℃，通过温度的调节减少电热膜上的电阻差，减少烧毁的可能性，温度低于上述值，则成膜效果差，空气配比的选择影响前驱液雾化的气压，低于所选配比则会造成雾化不充分，造成镀膜不均匀的现象，高于所选配比，则气压太高则会稀释雾化中的试剂成分，造成大部分都是空气的存在，试剂的量变得太少无法成膜而且空气要是干燥的，不得混有水蒸气等杂质，不然混合时会影响前驱液的成分比例。
[0098]
本发明还提供了一种电热结构的制备方法，包括上述半导体电热膜结构的制备方法。
[0099]
实施例7：
[0100]
一种电热结构的制备方法，包括上述实施例的半导体电热膜结构的制备方法，还包括以下步骤：
[0101]
电极的制备：
[0102]
通过丝网印刷将导电浆印刷在半导体电热膜远离基底的一侧面上，形成第一电极和第二电极，且所述第一电极和第二电极相对设置，所述丝网的目数为 80
‑
200目；
[0103]
电热结构的制备：
[0104]
将涂覆好半导体电热膜、第一电极和第二电极的基底加热至180
‑
300℃烘干10
‑
30分钟，加热至500
‑
800℃烧结15
‑
30分钟，冷却即可得到电热结构，所述基底为陶瓷材料和/或玻璃材料，所述导电浆为导电银浆。
[0105]
在实施例7中，所述丝网的目数为80
‑
200目，可以控制电极的厚度，电极厚度的大小影响电极承载电压和电流的大小，上述成分的配比和实施例1相同。
[0106]
实施例8：
[0107]
与实施例7不同的是半导体电热膜的前驱体溶液的成分的配比，本实施例的配比和实施例2的配比相同。
[0108]
实施例9：
[0109]
与实施例7不同的是半导体电热膜的前驱体溶液的成分的配比，本实施例的配比和实施例3的配比相同。
[0110]
上述实施例得到的电热结构参照图1和图2，包括基底1、第一电极3、第二电机4和半导体电热膜2，所述半导体电热膜2涂覆在所述基底1的一侧面，其特征在于，所述半导体电热膜1通过上述实施例的制备方法得到，所述第一电极3和第二电极4设置在所述半导体电热膜2远离所述基底1的一侧面上，所述第一电极3和第二电极4相对设置，还包括设置在所述第一电极3和第二电极4上的导电件5，用于将外部电源的电能传输到所述第一电极3和第二电极4上。
[0111]
所述基底1为陶瓷材料和/或玻璃材料，所述基底1的材料的改变可以根据实际用途进行设置，将所述基底1设置成陶瓷材料的所述电热结构可以作为电子烟的雾化器。
[0112]
所述第一电极3和第二电极4为银材料，主要是因为银具有耐高温、耐温度骤变、耐潮湿和抗氧化的性质。
[0113]
作为电子烟雾化器，为了便于放置雾化物质，在所述基底1内设置有容纳腔。
[0114]
需要说明的是，根据实际用途，所述基底1的厚度和形状可以进行调整，所述第一电极3和第二电极4的形状和位置可以进行调整，参照图1，所述第一电极3和第二电极4为方
形结构，并且所述第一电极3和第二电极4平行相对设置，所述第一电极3和第二电极4也可以是其它的形状和其它形式的相对设置，参照图2，例如，所述第一电极3为环状结构，例如，圆环，所述第二电极4为圆形结构，所述第二电极4设置在所述第一电极3的环内。
[0115]
需要说明的是，所述导电件5包括但不限于导线和导电片，所述导电件5 的安装方式包括但不限于磁吸、顶针、卡扣和锡焊。
[0116]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。