溶剂流延式电热聚合物膜制造技术

本发明专利技术提供了一种制造电热元件的方法，所述方法包括将电热聚合物溶解或分散于在1个大气压下具有小于100℃的沸点的有机溶剂中以形成包含所述电热聚合物的液体组合物。在衬底上流延所述液体组合物的膜，并且将所述有机溶剂蒸发以形成所述电热聚合物的膜。从所述衬底移除所述膜并且将所述膜设置在电导体之间以形成电热元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】溶剂流延式电热聚合物膜专利技术背景存在用于冷却应用的各种各样的技术，包括但不限于：蒸发冷却、对流冷却或诸如电热冷却的固态冷却。用于住宅和商用制冷以及空气调节的最流行的技术之一是蒸气压缩制冷剂传热回路。这些回路通常使具有适当的热力学性质的制冷剂循环穿过包括压缩机、排热换热器(即，换热器冷凝器)、膨胀装置和吸热换热器(即，换热器蒸发器)的回路。蒸气压缩制冷剂回路在各种环境中能有效地提供冷却和制冷，并且在一些情况下可以反过来作为热泵运行。然而，许多制冷剂会带来环境危害，诸如臭氧消耗潜势(ODP)或全球变暖潜势(GWP)，或可能是有毒的或易燃的。另外，蒸气压缩制冷剂回路在缺乏足以驱动制冷剂回路中的机械压缩机的备用电源的环境中可能是不切实际的或不利的。例如，在电动车辆中，空调压缩机的电力需求会导致明显缩短的车辆电池寿命或可行驶里程。类似地，压缩机的重量和电力需求在各种便携式冷却应用中可能是有问题的。因此，开发作为蒸气压缩制冷剂回路的替代方案的冷却技术一直受到人们的关注。已提出了各种技术，诸如场激活热或电流响应式传热系统，所述传热系统依赖于材料，诸如电热材料、磁热材料或热电材料。然而，许多提议已被实现为可缩放性能力或批量生产受限的小型示范。已提出诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)的电热聚合物来供传热系统使用。然而，当为了实现诸如与常规蒸气压缩传热系统相当的温升的性能参数而在极薄的膜系统中制作时，所述电热聚合物存在许多潜在问题。诸如热塑膜挤出法的常规聚合物膜制作技术往往并不产生对于电热性能而言最优的聚合物晶体结构。溶剂流延法可用作替代的膜制作技术。然而，溶剂流延法会产生多孔膜，所述多孔膜在暴露于电场时会产生电弧放电而在膜中诱导电热效应，这进而会导致过早的膜击穿。专利技术简述在本公开的一些实施方案中，一种制造传热系统的方法包括将电热聚合物溶解或分散于在1个大气压下具有小于100℃的沸点的有机溶剂中以形成包含电热聚合物的液体组合物。在衬底上流延液体组合物的膜，并且将有机溶剂蒸发以形成包含电热聚合物的膜。从衬底移除膜并且将所述膜设置在电导体之间以形成电热元件。在电热元件与热源或散热器之间提供流体流动路径以在电热元件与热源或散热器之间进行受控的传热。在一些实施方案中，一种制造电热元件的方法包括将电热聚合物溶解或分散于在1个大气压下具有小于100℃的沸点的有机溶剂中以形成包含电热聚合物的液体组合物。在衬底上流延液体组合物的膜，并且将有机溶剂蒸发以形成包含电热聚合物的膜。从衬底移除膜并且将所述膜设置在电导体之间以形成电热元件。在任何以上实施方案中，溶剂在1个大气压下具有小于80℃的沸点。在任何以上实施方案中，溶剂在1个大气压下具有小于70℃的沸点。在任何以上实施方案中，溶剂在1个大气压下具有至少50℃的沸点。在任何以上实施方案中，基于液体组合物的总重量，液体组合物包含0.1重量％至50重量％的电热聚合物。在任何以上实施方案中，电热聚合物是聚偏二氟乙烯或液晶聚合物。在任何以上实施方案中，在<＝10atm、但更具体地<＝3atm、但更具体地<＝1atm下在0℃至100℃的温度下将所述有机溶剂蒸发。在任何以上实施方案中，在有机溶剂的蒸发之后使所述膜退火1分钟至1000小时。在任何以上实施方案中，在有机溶剂的蒸发之后在0℃至200℃的温度下使所述膜退火。在任何以上实施方案中，所述膜具有至少10V/μm的击穿强度。在任何以上实施方案中，所述膜具有至少50V/μm的击穿强度。在任何以上实施方案中，所述膜具有至少100V/μm的击穿强度。在任何以上实施方案中，当在20V/um和25℃的外部温度下测量时，所述膜具有至少0.1℃的电热绝热温升。在任何以上实施方案中，当在20V/um和25℃的外部温度下测量时，所述膜具有至少5℃的电热绝热温升。在任何以上实施方案中，当在20V/um和25℃的外部温度下测量时，所述膜具有至少10℃的电热绝热温升。在任何以上实施方案中，所述膜具有至少1010Ω·cm的电阻率。在任何以上实施方案中，所述膜具有小于或等于0.5的介电损耗角正切。在任何以上实施方案中，所述膜具有至少0.001的介电损耗角正切。在一些实施方案中，电热元件通过根据以上实施方案中的任一个的方法来形成。在一些实施方案中，一种传热系统包括电热元件，所述电热元件通过以上实施方案中的任一个的方法来形成；第一热流动路径，所述第一热流动路径在电热元件与散热器之间；第二热流动路径，所述第二热流动路径在电热元件与热源之间；以及控制器，所述控制器被配置成控制到达导电层的电流并且选择性地引导热能从电热元件沿着第一热流动路径传递到散热器或从热源沿着第二热流动路径传递到电热元件。附图简述在说明书结尾处的权利要求书中具体指出并明确主张了本公开的主题。本公开的前述和其他特征以及优点根据以下结合附图进行的具体实施方式将是显而易见的，在附图中：图1是根据本公开制备的电热聚合物膜的显微照片；图2是对比电热聚合物膜的显微照片；并且图3是包括电热元件和其他部件的传热系统的示例实施方案的示意图。具体实施方式如上所述，一种制造电热元件的方法包括将电热聚合物溶解或分散在具有小于100℃的沸点的有机溶剂中。如本文所使用，除非另外明确说明，否则沸点意指在1个大气压下的沸点。电热聚合物可以是在经受电场时展现出电热效应的任何类型的聚合物。电热聚合物的实例包括但不限于：铁电聚合物、液晶聚合物和液晶弹性体。铁电聚合物是晶体状聚合物、或具有高程度结晶度的聚合物，其中聚合物链到片晶和/或球晶结构的晶体排列可以通过电场的施加来修改。这类特征可以通过结合到聚合物主链中或附加到聚合物主链的相对于主链具有固定取向的极性结构来提供。铁电聚合物的实例包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚三氟乙烯、奇数尼龙、含有衍生自偏二氟乙烯的重复单元的共聚物以及含有衍生自三氟乙烯的重复单元的共聚物。已针对其铁电和电热性质广泛研究了聚偏二氟乙烯和含有衍生自偏二氟乙烯的重复单元的共聚物。含有偏二氟乙烯的共聚物的实例包括具有甲基丙烯酸甲酯的共聚物和具有一个或多个卤化共聚单体的共聚物，所述卤化共聚单体包括但不限于：三氟乙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、三氯乙烯、偏二氯乙烯、氯乙烯以及其他卤化的不饱和单体。液晶聚合物或聚合物液晶包括聚合物分子，所述聚合物分子包括介晶基团。介晶分子结构是众所周知的，并且经常被描述为具有电子密度取向的杆状或盘状分子结构，所述分子结构响应于诸如外部电场的外部场而产生偶极矩。液晶聚合物通常包括通过非介晶分子结构连接的众多介晶基团。非介晶连接结构及其在聚合物分子中的连接、放置和间距连同介晶结构在对外部场提供流体可变形响应方面来说是很重要的。通常，连接结构提供的刚度足够低，使得通过外部场的施加能诱导分子重新排列，并且足够高以在未施加外部场时提供聚合物的特征。在一些示例性实施方案中，液晶聚合物可以具有在聚合物主链中由非介晶间隔基团隔开的杆状介晶结构，所述非介晶间隔基团具有柔性以允许响应于外部场而对介晶基团进行重新排序。这类聚合物又被称为主链液晶聚合物。在一些示例性实施方案中，液晶聚合物可以具有在侧基附接到聚合物主链时附接的杆状介晶结构。这类聚合物又被称为侧链液晶聚合物。主链液晶聚合物的实例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造传热系统的方法，所述方法包括：将电热聚合物溶解或分散于在1个大气压下具有小于100℃的沸点的有机溶剂中以形成包含所述电热聚合物的液体组合物；在衬底上流延所述液体组合物的膜；将所述有机溶剂蒸发以形成包含所述电热聚合物的膜；从所述衬底移除所述膜；以及将所述膜设置在电导体之间以形成电热元件；以及在所述电热元件与热源或散热器之间提供流体流动路径以在所述电热元件与所述热源或所述散热器之间进行受控的传热。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造传热系统的方法，所述方法包括：将电热聚合物溶解或分散于在1个大气压下具有小于100℃的沸点的有机溶剂中以形成包含所述电热聚合物的液体组合物；在衬底上流延所述液体组合物的膜；将所述有机溶剂蒸发以形成包含所述电热聚合物的膜；从所述衬底移除所述膜；以及将所述膜设置在电导体之间以形成电热元件；以及在所述电热元件与热源或散热器之间提供流体流动路径以在所述电热元件与所述热源或所述散热器之间进行受控的传热。2.一种制造电热元件的方法，所述方法包括：将电热聚合物溶解或分散于在1个大气压下具有小于100℃的沸点的有机溶剂中以形成包含所述电热聚合物的液体组合物；在衬底上流延所述液体组合物的膜；将所述有机溶剂蒸发以形成包含所述电热聚合物的膜；从所述衬底移除所述膜；以及将所述膜设置在电导体之间。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述溶剂在1个大气压下具有小于80℃的沸点。4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述溶剂在1个大气压下具有小于70℃的沸点。5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述溶剂在1个大气压下具有至少50℃的沸点。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中基于所述液体组合物的总重量，所述液体组合物包含0.1重量％至50重量％的所述电热聚合物。7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述电热聚合物是聚偏二氟乙烯或液晶聚合物。8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中在<＝10atm、但更具体地<＝3atm、但更具体地<＝1atm下在0℃至100℃的温度下将所述有机溶剂蒸发。9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在所述有机溶剂的蒸发之后使所述膜退火1分钟至10...

【专利技术属性】
技术研发人员：W谢，S安纳普拉加达，JV曼特斯，P费尔马，TD拉克利夫，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：美国,US