发热元件的制作方法

本实用新型是涉及一种发热元件，特别是涉及一种阻抗小且发射效率高的发热元件。

背景技术：

现有的发热元件是对一阻值高的材料提供一电源，令电流因流经阻值高的材料而发热，此发热方式也就是所谓的热阻式发热。常见的发热元件的后端应用则可见有医疗用的热敷垫，甚或是冬季保暖用的电毯。虽然前述现有的发热元件可通过供应电源的高阻值材料以提供发热的效果；然而，其通常是通过大电流、大电压来驱动，所需消耗的功率高且阻抗也高。因此，对于讲求节能与环保的现阶段而言，此等通过热阻式发热原理供热的手段，对于解决节能与环保的贡献度相当有限。

经上述说明可知，改良发热元件的结构与制法以在节能与环保的前提下，提供阻抗小发热效能高的发热元件，是所属技术领域的相关技术人员所待突破的课题。

技术实现要素：

<实用新型概念>

根据汉弗里戴维(Humphry Davy)于1808年以电弧现象发明第一盏电弧灯(arc lamp)的原理来看，一旦流经两彼此由空气所间隔开的导体的一电流是大于空气的阻抗(electrical impedance)时，电流便可自其中一导体穿过空气至其中另一导体以于空气中产生电弧放电(arc discharge)并发热。因此，申请人是以电弧放电的概念来改良发热元件的结构。进一步地来说，申请人是在电阻率极低且厚度极薄的每两相邻导体间各夹置一厚度极薄的半导体介质以取代上述电气绝缘的空气，令流经彼此由各半导体介质所间隔开的每两相邻导体的电流可在电场小的前提下穿过各半导体介质以于各半导体介质中产生电弧放电并发热，从而形成低阻抗且发热效能高的发热元件。

就上述电阻率极低且厚度极薄的导体来说，石墨烯(graphene)是由碳原子以sp²混成轨域所构成的晶格呈蜂巢状形排列的平面薄膜，其电阻率极低(只约10⁶Ω·cm)且厚度极薄。虽然石墨烯电阻率极低且电子迁移率极高，但是其缺乏能隙(energy gap)。相反地，就上述厚度极薄的半导体介质来说，基于硅烯(silicene)结构是相似于石墨烯，其是由呈蜂巢状排列的硅原子所构成的硅的二维同素异构物 (two-dimensional allotrope)的薄膜；硅烯略不同于石墨烯的地方是在于，石墨烯层与层间为平面，硅烯层与层间则因呈曲面而可通过外加电场以具有可调节的能隙。因此，具体地来说，申请人是以电弧放电的概念为发想，令多个厚度极薄且电阻率极低的石墨烯结合多个厚度极薄并具有能隙的硅烯以作为一发热元件的一发热膜，使该发热膜经输入一电源后其电流可在阻抗小的前提下穿越两相邻石墨烯间的各硅烯，以在各硅烯中产生电弧放电并发热，且电弧放电产生的同时令石墨烯内的碳原子产生震荡以生成远红外线波段的热辐射。

本实用新型的目的在于提供一种阻抗小发热效能高的发热元件。

本实用新型的发热元件，包括至少一载膜、发热膜、两电极，及两保护膜。该发热膜形成于该载膜上，并含有多个硅烯与多个紧密地结合于两相邻硅烯间的石墨烯。所述电极彼此间隔地连接于该发热膜。所述保护膜覆盖形成有该发热膜与所述电极的该载膜以封装该形成有该发热膜的该载膜并局部地裸露出所述电极。

本实用新型的发热元件，该载膜的数量是两个，且所述载膜夹置连接有所述电极的该发热膜。

本实用新型的发热元件，还包含两热扩散膜层结构，各热扩散膜层结构包括冷压石墨烯热扩散膜，及形成于各自所对应的冷压石墨烯热扩散膜上的热扩散胶带，各热扩散膜层结构是被夹置于各自所对应的载膜与保护膜间，以令各热扩散膜层结构的热扩散胶带附着于各自所对应的载膜。

本实用新型的有益效果在于：经所述电极输入一电源后其电流可在阻抗小的前提下穿越两相邻石墨烯间的各硅烯，以在各硅烯中产生电弧放电并发热，且电弧放电产生的同时令石墨烯内的碳原子产生震荡以生成远红外线波段的热辐射。

附图说明

本实用新型的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是一俯视示意图，说明本实用新型发热元件的一实施例；

图2是本实用新型该实施例的一正视示意图；

图3是图2的一局部放大图，说明本实用新型该实施例的一发热膜的细部结构；

图4是一流程图，说明本实用新型该实施例的发热元件的制造方法；

图5是一正视示意图，说明本实用新型该实施例的制造方法的一第一混合步骤；

图6是一正视示意图，说明本实用新型该实施例的制造方法的一第二混合步骤；

图7是一正视示意图，说明本实用新型该实施例的制造方法的一涂布步骤；

图8是一正视示意图，说明本实用新型该实施例的制造方法的一电极形成步骤；

图9是一正视示意图，说明本实用新型该实施例的制造方法的一覆盖步骤；

图10是一正视示意图，说明本实用新型该实施例的制造方法的一压合步骤；

图11是一正视示意图，说明本实用新型该实施例的制造方法的一干燥步骤；

图12是一正视示意图，说明本实用新型该实施例的制造方法的一热扩散膜层结构贴合步骤；及

图13是一正视示意图，说明本实用新型该实施例的制造方法的一保护膜封装步骤。

具体实施方式

参阅图1、图2与图3，本实用新型发热元件的一实施例，包括一下载膜21、一上载膜22、一发热膜3、两电连接至一外部电源供应器(图未示)的电极4，及两保护膜5。

该发热膜3形成于该下载膜21上，并含有多个硅烯31与多个紧密地结合于两相邻硅烯31间的石墨烯32。所述电极4彼此间隔地连接于该发热膜3，且该上载膜22覆盖连接所述电极4的该发热膜3(也就是，所述载膜21、22夹置连接所述电极4的该发热膜3)。所述保护膜5覆盖形成有该发热膜3与所述电极4的所述载膜21、22，以封装该形成有该发热膜3的所述载膜21、22并局部地裸露出所述电极4。

在本实用新型该实施例中，该上、下载膜21、22是由强度高的牛皮纸所构成；所述保护膜5是由护贝用的护贝胶膜所构成。此处需补充说明的是，所述保护膜5的目的是在于避免外界的二氧化碳与水气穿透至该发热膜3。就二氧化碳来说，一旦二氧化碳不慎穿透至该发热膜3时，容易使该发热膜3中的硅烯31快速地反应成碳化硅以致于发热膜3粉末化难以成膜，并影响发热元件的阻抗与发热效能。就水气来说，一旦水气不慎穿透至该发热膜3时，该发热膜3中的石墨烯32则容易在该实施例的发热元件运作发热时吸收水气，以致于影响该发热元件的阻抗并影响发热效能。

在本实用新型该实施例中，还包含两热扩散膜层结构6，各热扩散膜层结构6包括一冷压石墨烯热扩散膜61，及一形成于各自所对应的冷压石墨烯热扩散膜61上的热扩散胶带62。各热扩散膜层结构6 是被夹置于各自所对应的载膜21、22与保护膜5间，以令各热扩散膜层结构6的热扩散胶带62附着于各自所对应的载膜21、22。

此处需进一步补充说明的是，当本实用新型该实施例只需运用于单点加热的条件时(如，针灸时的发热源；热灸贴)，是无须所述热扩散膜层结构6以令该发热膜3所产生的温度横向扩散；当本实用新型该实施例是运用于面加热的环境时(如，暖暖包)，则须通过所述热扩散膜层结构6以令该发热膜3所产生的温度横向扩散。因此，所述热扩散膜层结构6并非本实用新型的必要元件，全然是视运用的环境来决定。

参阅图4，本实用新型整体层状结构，可依照接下来所述的制造方法为例进行制造，包括一第一混合步骤S1、一第二混合步骤S2、一涂布步骤S3、一电极形成步骤S4、一覆盖步骤S5、一压合步骤S6、一干燥步骤S7、一热扩散膜层结构贴合步骤S8，及一保护膜封装步骤S9。

参阅图5与图6，该第一混合步骤S1是于一溶剂300中混入所述硅烯31以成一硅烯溶液301；该第二混合步骤S2是于该硅烯溶液301 中混入所述石墨烯32以形成一含有硅烯31与石墨烯32的溶液302。适用于本实用新型该实施例的制造方法中的溶剂300，可以是极性溶剂，也可以是非极性溶剂。

此处需补充说明的是，硅烯31的目的是在于取代前述实用新型概念中所提到的电气绝缘的空气，以在外部电源供应器对所述导体供电时，令电流穿过空气以产生电弧放电并发热。换句话说，所述硅烯 31是造成阻抗生热的主要来源。虽然所述硅烯31是造成阻抗生热的主要来源。然而，一旦该含有硅烯31与石墨烯32的溶液302中的硅烯31含量大于50wt％时，该发热膜3的导电性将以指数型的趋势下降(也就是，该发热膜3的电阻率是以指数型的趋势成长)，导致该外部电源供应器难以驱动该发热膜3；相反地，一旦该溶液302内缺乏硅烯31时，也难以通过电弧放电提供阻抗生热的来源。因此，较佳地，以该含有硅烯31与石墨烯32的溶液302的重量百分比计，硅烯 31于该含有硅烯31与石墨烯32的溶液302中的含量是介于1wt％至 50wt％间。

参阅图7、图8与图9，该涂布步骤S3是于该下载膜21上涂布该含有硅烯31与石墨烯32的溶液302，以于该下载膜21上形成一含有硅烯31与石墨烯32的溶液层3021；该电极形成步骤S4是于该含有硅烯31与石墨烯32的溶液层3021上形成所述彼此间隔设置的电极4；该覆盖步骤S5是于形成有所述电极4的该含有硅烯31与石墨烯32的溶液层3021上覆盖该上载膜22。适用于本实用新型该实施例的制造方法的该涂布步骤S3的手段，是可选自旋转涂布、滚轮印刷，或网版印刷。

参阅图10，该压合步骤S6是压合该含有硅烯31与石墨烯32的溶液层3021，以令该溶液层3021内的部分溶剂300(图未示)经该压合步骤S6所实施的压力被排除，且令该溶液层3021内的所述石墨烯32 能如图3所示般紧密地结合于两相邻硅烯31间以形成一预形层3022，并令经压合后的该预形层3022被夹置于该下载膜21与该上载膜22 间。在本实用新型该实施例制造方法中，该发热膜3的面积是以2cm ×2cm为例做说明，但是不限于此。

参阅图11，该干燥步骤S7是干燥经实施该压合步骤S6后的该预形层3022以移除残留在该预形层3022中的溶剂，并构成该发热膜 3，该发热膜3形成于该下载膜21上并位于该上载膜22下且连接所述电极4。适用于本实用新型该干燥步骤S7的手段可以是通过自然干燥，也可以是通过一如图11所示的加热炉管7予以烘干。本实用新型该实施例的制造方法于实施该干燥步骤S7后所构成的该发热膜3 的厚度是趋近5μm。然而，此处需进一步补充说明的是，该发热膜3 的厚度范围主要是取决于所使用的设备。具体地来说，当实施该涂布步骤S3与该压合步骤S6时的设备是使用较为精密的设备时，则经该干燥步骤S7后所构成的发热膜3的厚度是可再进一步地下修。因此，适用于本实用新型该发热膜3的厚度是介于2nm至5μm间。

参阅图12，该热扩散膜层结构贴合步骤S8是将所述热扩散膜层结构6分别贴附于各自所对应的载膜21、22上。各热扩散膜层结构6 包括该冷压石墨烯热扩散膜61，及形成于各自所对应的冷压石墨烯热扩散膜61上的该热扩散胶带62，经实施该热扩散膜层结构贴合步骤 S8后，各热扩散膜层结构6的热扩散胶带62附着于各自所对应的载膜21、22。详细地来说，该热扩散膜层结构贴合步骤S8的具体作法，是在两片半熔状态的胶带的其中一面上分别喷覆上冷压石墨烯(图未示)后，并通过热风令冷压石墨烯躺平在各半熔状态的胶带上以成为各冷压石墨烯热扩散膜61，之后使各半熔状态的胶带冷却成各热扩散胶带62，并将经冷却所形成的各热扩散胶带62的其中另一面贴附在各自所对应的载膜21、22上。在本实用新型该实施例的制造方法中，该热扩散膜层结构6的面积是以4cm×4cm为例做说明，但是不限于此。

参阅图13，该保护膜封装步骤S9是于该干燥步骤后，令所述保护膜分别覆盖形成有该发热膜3与所述电极4的所述载膜21、22以封装该形成有该发热膜3的所述载膜21、22，并局部地裸露出所述电极4。换句话说，该保护膜封装步骤S9是将夹置有该发热膜3与所述电极4的所述载膜21、22夹置于所述保护膜5间，以局部地裸露出所述电极4。

<分析数据>

申请人是以本实用新型该实施例所制得的一整批发热元件为样品，提供所述样品的分析测试结果如下列表1.与表2。在表1.与表 2.的分析测试结果中，表1.所显示的测试结果是以两片样品彼此相互并联的方式在室温(25℃±0.5℃)的环境下进行测试10分钟，而表2.所显示的测试结果则是以两片样品彼此串联的方式在室温的环境下进行测试10分钟。

表1.

表2.

根据上面表1.与表2.的测试结果显示可知，本实用新型在1.075 W至1.70W间的输出功率下便可在10分钟左右的时间令所述样品发热升温达40℃至49.9℃间，所述样品的阻抗值小(只6.3Ω至19.7Ω间)，且发热效能高。详细地来说，显示于表1.内的各样品的阻抗值(最高约19.7Ω)是相对高于表2.内所显示的各样品的阻抗值(最高约9.8 Ω)；因此，在表1.内的每两片样品可通过彼此并联的方式让其输出功率(最大值只为1.392W)趋近于表2.内的输出功率(最小值约1.15W)，以借此节省所需的输出功率。换句话说，在节省耗电量的前提下，阻抗值较高的样品是适合以并联的方式来彼此导通；相反地，阻抗值较低的样品则是适合以串联的方式来彼此导通。

经上述实用新型概念与实施例的整体详细说明可知，本实用新型以电弧放电的概念为发想，令两导体间所夹置的电气绝缘的空气改由半导体材质的硅烯31来取代，使厚度极薄的所述硅烯31紧密地结合于厚度极薄且电阻率极低的两相邻石墨烯32间，令流经两相邻石墨烯32间的电流可在低阻抗的前提下穿越厚度极薄的硅烯31，以在各硅烯31中产生电弧放电；此外，产生电弧放电的同时令所述石墨烯 32内的碳原子产生震荡以生成远红外线波段的热辐射并提升发热效能。

综上所述，本实用新型发热元件，经所述电极4所输入的电流可在阻抗小的前提下穿越两相邻石墨烯32间的各硅烯31，以在各硅烯 31中产生电弧放电并发热，且电弧放电产生的同时令石墨烯32内的碳原子产生震荡以生成远红外线波段的热辐射从而提升发热效能，所以确实能达成本实用新型的目的。

以上所述者，只为本实用新型的实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，也就是凡依本实用新型权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型的范围。