专利名称：一种复合金属电热膜溶胶及其制备方法
技术领域：
本发明涉及电热膜技术领域，尤其涉及一种复合金属电热膜溶胶；本发明还涉及制备这种溶胶的方法。
背景技术：
电热膜是一种新型电热器件，因为水电隔离、快速省电等主要特点，在电加热领域得到了广泛地应用。一种公知的用粒径为16-18nm的二氧化锡、五氧化二锑、三氧化二铟和氧化物电阻调节剂为原料制成的电热膜，就具备上述特点。但是，用其制成的电加热膜，一般只能在220V以内、功率不大于10W/cm2的常规状态下使用约500h，使用寿命较短，使电热膜技术与终端产品的使用范围和使用效果受到限制。其原因是，由上述原料制备的电热膜溶胶或凝胶，在自然空气富氧的环境中热喷涂时，氧与金属离子反应生成金属氧化物半导体结晶体的同时，在热反应过程必然地在晶体的“晶格”中产生多余的氧离子，当温度下降或沉化以后或受电加热时，晶格中氧离子逐渐“逃逸”，逐渐出现过量的负离子空位现象，如果没有足量的活泼的金属离子给予空位填充，由于离子空位的原因会在一定的外应力下或晶体内应力作用下，逐渐产生“晶格”的堆积，进而逐渐造成同质面上的晶体电特性改变和不一致，当220Vac受电后会发生晶体应力释放或积聚变化，表现为当膜表面温度达到200℃以上或连续受电时间达数小时(有的设置30min)以后，局部出现打火击穿而导致电热膜报废。而且电热膜中所使用的金属锡需通过四氯化锡间接制，生产效率低，而且由于反应过程中产生氯化氢气体而污染环境。
其次，在上述溶胶或凝胶的配置过程中，反应温度、时间、搅拌充分度以及操作环节都存在缺陷，主要表现为反应温度过低、时间不足、搅拌不充分和除金属外的杂质等影响了膜的结构致密度、均匀度和同质性，进而影响了膜的寿命，约占50％的膜因此而寿命达不到500h。
另外，上述方法中每次操作都要产生大量的废液，如离心后倒掉的含Cl-的水、氨水、乙醇等的混合液，洗涤去除Cl-的废水等，直接排泄到下水管道将造成一定程度的环境污染。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种电热转换效率高的复合金属电热膜溶胶，其不仅使用寿命长，而且承受电压高、功率大。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是一种复合金属电热膜溶胶，由下述组份按重量份制备而成纳米级锡粉8～20份、三氯化锑4～10份、氯化亚锡1～4份、氯化金0.01～0.1份、四氯化锗0.01～0.1份、氯化银0.8～2份、氯化镍0.1～1份、氯化铜或氯化锌2～7份、氯化钠或氯化钾2～7份、去离子水24～60份、乙醇99.2～312份。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种制备上述复合金属电热膜溶胶的方法，通过该方法制备的复合金属电热膜溶胶使用寿命长，承受电压高、功率大，而且该方法本身不会产生大量废液，绿色环保。
为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是一种复合金属电热膜溶胶的方法，包括以下主要步骤A、准备器皿和设备电子天平；可加热的电搅拌器；带塞的三角烧瓶并称重；烧杯；黑红布瓶罩；避光的恒温箱；B、准备原料按所述配方称取金属锡纳米粉、三氯化锑、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银、氯化镍、氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾、所述金属锡纳米粉粒径在10nm以下，其他为分析纯；按所述配方在烧杯中准备去离子水，在三角烧瓶里准备乙醇；C、制备溶液将称取的三氯化锑、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银、氯化镍、氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾倒入盛乙醇的三角烧瓶中，制备混合溶液；将盛有溶液的三角烧瓶在不加塞时放置在搅拌器上边加热、边搅拌，温度控制在80℃-85℃之间，充分溶解后即为乙醇溶液，并继续搅拌备用；D、制备浆液将金属锡纳米粉倒入盛有去离子水的烧杯里，烧杯放置在搅拌器上边搅拌、边加热到100℃，直至混合成浆液；温度降低至80℃并继续搅拌备用；E、制备溶胶将金属锡纳米粉浆液倒入搅拌中的乙醇溶液，并加盖黑红布瓶罩避光或在暗室里80℃保温，继续搅拌至少3小时；F、称重检验将所述溶胶称重，当前溶胶重量与累计原料的总重量之比达到1/2时即可停止搅拌；此时用红色灯光从三角烧瓶的底部向上投射，溶胶为色泽均匀、透光、无沉淀、稳定的胶体；G、将盛放溶胶的三角烧瓶加塞放置在避光的恒温箱内，在82℃±2℃下进行48小时陈化，以增强胶体的稳定性；至此所述的复合金属电热膜溶胶的制备工作完成。
采用了上述技术方案后，由于上述制备方法的反应温度高、反应时间长、搅拌充分，由此制成的电热膜溶胶均匀度高，同质性好，提高了电热膜的结构致密度，延长了电热膜的使用寿命。整个过程采用的是饱和溶液的制备方式和加热浓缩工艺，无废液排放，完全避免了因排放废液而造成的环境污染；在热喷涂时的挥发物基本是蒸汽，氯化氢气体极少，因而也降低了后续热喷涂工艺造成的空气污染。
通过上述方法制备的复合金属电热膜溶胶，其主要效果是1)、由于纳米级金属锡纯度可以达到100％，纳米态锡粒子原子活泼性极高，在结晶时可以完全生成稳定结构的二氧化锡晶体，不会产生“晶格”的堆积。无需通过四氯化锡间接制取金属锡，不仅提高了生产效率，而且完全避免了使用四氯化锡产生氯化氢的空气污染。
2)、根据锑具有准金属和非金属特性，在溶胶中加入锑，除了可改变金属膜的电阻外，还具有与锡形成金属间化合物而提高二氧化锡晶体的硬度和强度，提高了电热膜的电压和功率的承受能力。
3)、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银和氯化镍是填加剂的主相，氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾是填加剂的次相，其作用是调节电阻和红外频谱。掺入上述组份后，电热膜的红外共振主频的波长大于水吸热主频的波长，水对辐射热的吸收率增强，提高了电热转换效率。
具体实施例方式
实施例1一种复合金属电热膜溶胶，该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的纳米级锡粉15份、三氯化锑7.5份、氯化亚锡3份、氯化金0.07份、四氯化锗0.07份、氯化银1.6份、氯化镍0.7份、氯化铜或氯化锌3份、氯化钠或氯化钾3份、去离子水45份、乙醇189.4份。该种配方的溶胶制成电热膜后，其承受电压强度为450Vac，承受功率强度25W/cm2，承受通电干烧发热的温度强度750℃。在膜功率强度25W/cm2、水流量0.5L/min、标准电压250Vac、膜层表面温度450℃下连续通电通水运行5000h无损坏。
实施例2一种复合金属电热膜溶胶，该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的纳米级锡粉8份、三氯化锑4份、氯化亚锡1份、氯化金0.01份、四氯化锗0.01份、氯化银0.8份、氯化镍0.1份、氯化铜或氯化锌7份、氯化钠或氯化钾7份、去离子水24份、乙醇99.2份。其承受电压强度为250Vac，承受功率强度为10W/cm2。
实施例3一种复合金属电热膜溶胶，该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的纳米级锡粉20份、三氯化锑10份、氯化亚锡4份、氯化金0.1份、四氯化锗0.1份、氯化银2份、氯化镍1份、氯化铜或氯化锌2份、氯化钠或氯化钾2份、去离子水60份、乙醇312份。其承受电压强度为110Vac，承受功率强度为20W/cm2。
实施例4一种复合金属电热膜溶胶，该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的金属锡纳米粉为14份、三氯化锑为7份、氯化亚锡2份、氯化金0.05份、四氯化锗0.05份、氯化银1份、氯化镍0.5份、氯化铜或氯化锌4份、氯化钠或氯化钾4份、去离子水42份、乙醇186份。其承受电压强度为250Vac，承受功率强度为15W/cm2。
实施例5一种复合金属电热膜溶胶，该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的金属锡纳米粉为17份、三氯化锑为8份、氯化亚锡3份、氯化金0.08份、四氯化锗0.08份、氯化银2份、氯化镍1份、氯化铜或氯化锌3份、氯化钠或氯化钾3份、去离子水51份、乙醇201.6份。其承受电压强度为250Vac，承受功率强度为20W/cm2。
制备上述复合金属电热膜溶胶的方法，包括以下主要步骤A、准备器皿和设备电子天平；可加热的电搅拌器；带塞的三角烧瓶并称重；烧杯；黑红布瓶罩；避光的恒温箱；
B、准备原料按所述配方称取金属锡纳米粉、三氯化锑、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银、氯化镍、氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾、所述金属锡纳米粉粒径在10nm以下，其他为分析纯；按所述配方在烧杯中准备去离子水，在三角烧瓶里准备乙醇；C、制备溶液将称取的三氯化锑、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银、氯化镍、氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾倒入盛乙醇的三角烧瓶中，制备混合溶液；将盛有溶液的三角烧瓶在不加塞时放置在搅拌器上边加热、边搅拌，温度控制在80℃-85℃之间，充分溶解后即为乙醇溶液，并继续搅拌备用；D、制备浆液将金属锡纳米粉倒入盛有去离子水的烧杯里，烧杯放置在搅拌器上边搅拌、边加热到100℃，直至混合成浆液；温度降低至80℃并继续搅拌备用；E、制备溶胶将金属锡纳米粉浆液倒入搅拌中的乙醇溶液，并加盖黑红布瓶罩避光或在暗室里80℃保温，继续搅拌至少3小时；F、称重检验将所述溶胶称重，当前溶胶重量与累计原料的总重量之比达到1/2时即可停止搅拌；此时用红色灯光从三角烧瓶的底部向上投射，溶胶为色泽均匀、透光、无沉淀、稳定的胶体；G、将盛放溶胶的三角烧瓶加塞放置在避光的恒温箱内，在82℃±2℃下进行48小时陈化，以增强胶体的稳定性；至此所述的复合金属电热膜溶胶的制备工作完成。
权利要求
1.一种复合金属电热膜溶胶，其特征在于该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的纳米级锡粉8～20份、三氯化锑4～10份、氯化亚锡1～4份、氯化金0.01～0.1份、四氯化锗0.01～0.1份、氯化银0.8～2份、氯化镍0.1～1份、氯化铜或氯化锌2～7份、氯化钠或氯化钾2～7份、去离子水24～60份、乙醇99.2～312份。
2.如权利要求1所述的一种复合金属电热膜溶胶，其特征在于该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的纳米级锡粉15份、三氯化锑7.5份、氯化亚锡3份、氯化金0.07份、四氯化锗0.07份、氯化银1.6份、氯化镍0.7份、氯化铜或氯化锌3份、氯化钠或氯化钾3份、去离子水45份、乙醇189.4份。
3.如权利要求1所述的一种复合金属电热膜溶胶，其特征在于该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的纳米级锡粉8份、三氯化锑4份、氯化亚锡1份、氯化金0.01份、四氯化锗0.01份、氯化银0.8份、氯化镍0.1份、氯化铜或氯化锌7份、氯化钠或氯化钾7份、去离子水24份、乙醇99.2份。
4.如权利要求1所述的一种复合金属电热膜溶胶，其特征在于该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的纳米级锡粉20份、三氯化锑10份、氯化亚锡4份、氯化金0.1份、四氯化锗0.1份、氯化银2份、氯化镍1份、氯化铜或氯化锌2份、氯化钠或氯化钾2份、去离子水60份、乙醇312份。
5.制备如权利要求2或3或4所述的一种复合金属电热膜溶胶的方法，包括以下主要步骤A、准备器皿和设备电子天平；可加热的电搅拌器；带塞的三角烧瓶并称重；烧杯；黑红布瓶罩；避光的恒温箱；B、准备原料按所述配方称取金属锡纳米粉、三氯化锑、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银、氯化镍、氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾、所述金属锡纳米粉粒径在10nm以下，其他为分析纯；按所述配方在烧杯中准备去离子水，在三角烧瓶里准备乙醇；C、制备溶液将称取的三氯化锑、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银、氯化镍、氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾倒入盛乙醇的三角烧瓶中，制备混合溶液；将盛有溶液的三角烧瓶在不加塞时放置在搅拌器上边加热、边搅拌，温度控制在80℃-85℃之间，充分溶解后即为乙醇溶液，并继续搅拌备用；D、制备浆液将金属锡纳米粉倒入盛有去离子水的烧杯里，烧杯放置在搅拌器上边搅拌、边加热到100℃，直至混合成浆液；温度降低至80℃并继续搅拌备用；E、制备溶胶将金属锡纳米粉浆液倒入搅拌中的乙醇溶液，并加盖黑红布瓶罩避光或在暗室里80℃保温，继续搅拌至少3小时；F、称重检验将所述溶胶称重，当前溶胶重量与累计原料的总重量之比达到1/2时即可停止搅拌；此时用红色灯光从三角烧瓶的底部向上投射，溶胶为色泽均匀、透光、无沉淀、稳定的胶体；G、将盛放溶胶的三角烧瓶加塞放置在避光的恒温箱内，在82℃±2℃下进行48小时陈化，以增强胶体的稳定性；至此所述的复合金属电热膜溶胶的制备工作完成。
全文摘要
本发明公开了一种复合金属电热膜溶胶，由下述组份按重量份制备而成纳米级锡粉8～20份、三氯化锑4～10份、氯化亚锡1～4份、氯化金0.01～0.1份、四氯化锗0.01～0.1份、氯化银0.8～2份、氯化镍0.1～1份、氯化铜或氯化锌2～7份、氯化钠或氯化钾2～7份、去离子水24～60份、乙醇99.2～312份。该溶胶制成电热膜后不仅电热转换效率高而且使用寿命长，承受电压高、功率大。本发明还公开了制备上述溶胶的方法，该方法采用的是饱和溶液的制备方式和加热浓缩工艺，无废液排放，反应温度高、反应时间长、搅拌充分，由此制成的电热膜溶胶均匀度高，同质性好，提高了电热膜的结构致密度，延长了电热膜的使用寿命，整个过程绿色环保。
文档编号H05B3/12GK1688180SQ20051004220
公开日2005年10月26日 申请日期2005年3月21日 优先权日2005年3月21日
发明者冷同桂, 刘明一, 官明茹 申请人:冷同桂