CN109951901A - 一种基于聚酰亚胺原位生长银电极的柔性加热器 - Google Patents

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张楠
张健
黄淳
万尚尚
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Abstract

本发明公开了一种基于聚酰亚胺原位生长银电极的柔性加热器，包括：选择聚酰亚胺片材作为衬底、将所得衬底选择性生长银层、在银电极衬底上设置保护层及制备成柔性加热器，通过将聚酰亚胺浸泡在氢氧化钾溶液中开环改性，利用原位生长法和喷墨打印法在柔性衬底聚酰亚胺上选择性生长具有纳米颗粒结构的银电极，制备完成柔性加热器。本发明利用聚酰亚胺高柔性的特点，采用简单的工艺制造出了高响应，大温度范围的柔性加热器，本发明可大规模生产制造，成本低，制备工艺简单且环保。

Description

一种基于聚酰亚胺原位生长银电极的柔性加热器
技术领域
本发明涉及柔性加热器制备技术领域，尤其是一种基于聚酰亚胺原位生长银电极的柔性加热器。
背景技术
柔性加热器是一种贴合在需加热物体表面的加热装置，柔性加热器在医疗健康、实验室除湿、生物医学及智能保暖衣物等领域有着广泛的应用前景。现有技术柔性气体加热器就属于柔性加热器的一种，且逐渐受到人们的重视。其中气体加热器从本质上来说就是敏感材料对气体的吸附与解吸附，存在的问题是，由于这个过程敏感材料会受到空气中水蒸气的影响，并且一些反应需要在高温下才能完成，为了解决以上的问题，柔性气体加热器往往伴随着加热源出现，导致结构复杂。加热成本高，且加工过程往往伴随着有毒试剂。如何发明一种基于聚酰亚胺原位生长银电极技术的柔性加热器，如何通过湿法长银技术，制备高电导率的电极，使得在较低的电压下，也能获得较高温度特性的加热器将有待于开发。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于聚酰亚胺原位生长银电极的柔性加热器，本发明采用聚酰亚胺片材作为衬底，在衬底上选择性生长银电极层，在银电极层上设置保护层，最后制备成柔性加热器，本发明制备过程中的试剂环保、无污染，制备工艺简捷，具有产品结构简单，工作中响应时间和恢复时间快，温度变化范围广的优点。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种基于聚酰亚胺原位生长银电极技术的柔性加热器，其特点包括以下具体步骤：
步骤1：选择聚酰亚胺片材作为衬底
S1.1：清洗衬底：对衬底用酒精、丙酮清洗，并用去离子水冲洗，冲洗后烘干；
S1.2：浸泡衬底：选取4mol/L的氢氧化钾溶液，将烘干后的衬底浸泡在该溶液中，时间3.5小时；
S1.3：取出衬底：从氢氧化钾溶液中取出衬底，并用去离子水冲洗并烘干；
步骤2：将步骤1所得衬底选择性生长银层
S2.1：配制硝酸银溶液：将硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，配制浓度为0.02～0.03mol/L的硝酸银溶液；
S2.2：将步骤1所得衬底浸入S2.1所得的硝酸银溶液中，时间0.5小时；
S2.3：将S2.2所得衬底用去离子水冲洗并烘干，将设计有银电极图形的掩膜图形打印到衬底上；
S2.4：将S2.3获得打印有银电极图形的衬底置于浓度为0.5mmol／L的NaBH4硼氢化钠溶液中还原，使之析出银层，获得银电极衬底；
步骤3：在银电极衬底上设置保护层
S3.1：将步骤2所得银电极衬底置于丙酮溶液中超声波处理，去除表面油墨，时间5min；
S3.2：用甩胶机在S3.2所得银电极衬底的电极面旋涂浓度为12%的PAA聚酰亚胺，获得具有保护层的衬底；
步骤4：制备成柔性加热器
将步骤3所得具有保护层的衬底置于加热台上，加热温度：60～100℃；加热时间：60min；恢复至室温，获得基于聚酰亚胺的原位生长银电极的柔性加热器。
所述的所述掩膜图形由喷墨打印法实施。
所述的银电极的材料为银纳米颗粒。
本发明采用聚酰亚胺片材作为衬底，在衬底上选择性生长银电极层，在银电极层上设置保护层，最后制备成柔性加热器。本发明选择柔性衬底聚酰亚胺为基底，采用掩膜图形化将设计的银电极图形打印到衬底上，利用离子交换的方法在聚酰亚胺上生长高电导率银电极。本发明制备过程中的试剂环保、无污染，制备工艺简捷，具有产品结构简单，工作中响应时间和恢复时间快，温度变化范围广的优点，便于工业化大规模批量制备。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
参阅图1，本发明包括以下具体步骤：
步骤1：选择聚酰亚胺片材作为衬底
S1.1：清洗聚酰亚胺片材1衬底：对衬底用酒精、丙酮清洗，并用去离子水冲洗，冲洗后烘干；
S1.2：浸泡衬底：选取4mol/L的氢氧化钾溶液，将烘干后的衬底浸泡在该溶液中实施改性开环，时间3.5小时；
S1.3：取出衬底：从氢氧化钾溶液中取出衬底，并用去离子水冲洗并烘干，获得改性的聚酰亚胺衬底2。
步骤2：将步骤1所得衬底选择性生长银层
S2.1：配制硝酸银溶液：将硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，配制浓度为0.02～0.03mol/L的硝酸银溶液；
S2.2：将步骤1所得衬底浸入S2.1所得的硝酸银溶液中，时间0.5小时；
S2.3：将S2.2所得衬底用去离子水冲洗并烘干，将设计有银电极图形3的掩膜图形打印到衬底上；
S2.4：将S2.3获得打印有银电极图形3的衬底置于浓度为0.5mmol／L的NaBH4硼氢化钠溶液中还原，使之析出银层，获得银电极衬底4。
步骤3：在银电极衬底上设置保护层
S3.1：将步骤2所得银电极衬底4置于丙酮溶液中超声波处理，去除表面油墨，时间5min；
S3.2：用甩胶机在S3.2所得银电极衬底4的电极面旋涂浓度为12%的PAA聚酰亚胺，获得具有保护层的衬底5。
步骤4：制备成柔性加热器
将步骤3所得具有保护层的衬底5置于加热台上，加热温度：80℃；加热时间：60 min；使PAA聚酰亚胺固化，然后恢复至室温，获得基于聚酰亚胺的原位生长银电极的柔性加热器6。
所述的掩膜图形由喷墨打印法实施。
所述的银电极的材料为银纳米颗粒。
实施例
参阅图1，步骤1：选择聚酰亚胺片材作为衬底
S1.1：选一块尺寸为2.5cm×2.5cm的聚酰亚胺片材1作为衬底，对衬底用1:1比例的酒精、丙酮清洗，并用去离子水冲洗，冲洗后烘干；
S1.2：浸泡衬底：选取4mol/L的氢氧化钾溶液，将烘干后的衬底浸泡在该溶液中实施改性开环，时间3.5小时；
S1.3：取出衬底：从氢氧化钾溶液中取出衬底，并用去离子水冲洗并烘干，获得改性的聚酰亚胺衬底2。
步骤2：将步骤1所得衬底选择性生长银层
S2.1：配制硝酸银溶液：将硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，配制浓度为0.02～0.03mol/L的硝酸银溶液；
S2.2：将步骤1所得改性的聚酰亚胺衬底2浸入S2.1所得的硝酸银溶液中，时间0.5小时；
S2.3：将S2.2所得衬底用去离子水冲洗并烘干，将设计有银电极图形3的掩膜图形打印到衬底上；
S2.4：将S2.3获得打印有银电极图形3的衬底置于浓度为0.5mmol／L的NaBH4硼氢化钠溶液中还原，使之析出银层，获得银电极衬底4。
步骤3：在银电极衬底上设置保护层
S3.1：将步骤2所得银电极衬底4置于丙酮溶液中超声波处理，去除表面油墨，时间5min；
S3.2：用甩胶机在S3.2所得银电极衬底4的电极面旋涂浓度为12%的PAA聚酰亚胺，将PAA滴在银电极衬底4中心处，甩胶机的前转速设置为700r/min，时间12s，后转速设置为2000r/min，时间40s，使得PAA均匀涂在银电极衬底4上，获得具有保护层的衬底5。
步骤4：制备成柔性加热器
将步骤3所得具有保护层的衬底5置于加热台上，加热温度：80℃；加热时间：60 min；使PAA聚酰亚胺固化成PI，然后恢复至室温，获得基于聚酰亚胺的原位生长银电极的柔性加热器6。
所述的掩膜图形由喷墨打印法实施。
所述的银电极的材料为银纳米颗粒。

Claims (3)

1.一种基于聚酰亚胺原位生长银电极的柔性加热器，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤1：选择聚酰亚胺片材作为衬底
S1.1：清洗衬底：对衬底用酒精、丙酮清洗，并用去离子水冲洗，冲洗后烘干；
S1.2：浸泡衬底：选取4mol/L的氢氧化钾溶液，将烘干后的衬底浸泡在该溶液中，时间3.5小时；
S1.3：取出衬底：从氢氧化钾溶液中取出衬底，并用去离子水冲洗并烘干；
步骤2：将步骤1所得衬底选择性生长银层
S2.1：配制硝酸银溶液：将硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，配制浓度为0.02～0.03mol/L的硝酸银溶液；
S2.2：将步骤1所得衬底浸入S2.1所得的硝酸银溶液中，时间0.5小时；
S2.3：将S2.2所得衬底用去离子水冲洗并烘干，将设计有银电极图形的掩膜图形打印到衬底上；
S2.4：将S2.3获得打印有银电极图形的衬底置于浓度为0.5mmol／L的NaBH4硼氢化钠溶液中还原，使之析出银层，获得银电极衬底；
步骤3：在银电极衬底上设置保护层
S3.1：将步骤2所得银电极衬底置于丙酮溶液中超声波处理，去除表面油墨，时间5min；
S3.2：用甩胶机在S3.2所得银电极衬底的电极面旋涂浓度为12%的PAA聚酰亚胺，获得具有保护层的衬底；
步骤4：制备成柔性加热器
将步骤3所得具有保护层的衬底置于加热台上，加热温度：60～100℃；加热时间：60min；恢复至室温，获得基于聚酰亚胺的原位生长银电极的柔性加热器。
2.根据权利要求1所述的柔性加热器，其特征在于，所述掩膜图形由喷墨打印法实施。
3.根据权利要求1所述的柔性加热器，其特征在于，所述银电极的材料为银纳米颗粒。
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