一种基于离子液体凝胶的柔性透明加热器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于离子液体凝胶的柔性透明加热器及其制备方法，所述透明加热器由离子液体凝胶、电极和交流电源组装而成；其中离子液体凝胶作为离子导体，利用其在交流电作用下快速产生焦耳热的方式制备柔性透明加热器。本发明专利技术提供的离子液体凝胶基柔性透明加热器具有优异并且稳定的力、光、电、热性能，如90％以上的透光度、130V以上的耐压性、

【技术实现步骤摘要】
一种基于离子液体凝胶的柔性透明加热器及其制备方法


[0001]本专利技术属于柔性电子
，特别涉及一种基于离子液体凝胶的柔性透明加热器及其制备方法。

技术介绍

[0002]透明加热器是一种含有导电网络的视觉透明加热器件，其加热原理通过电流流经导电网络产生焦耳热来实现。透明加热器的首次应用是在第二次世界大战期间，当时在飞机驾驶舱的挡风玻璃上涂覆了坚硬透明的氧化锡导电涂层，以解决飞机在高空飞行时的防雾除冰问题。直到1995年，刚性透明的导电氧化物(如氧化铟锡)一直都是透明加热器领域最广泛使用的导电材料。目前，刚性透明加热器已广泛应用于交通工具视窗、室外显示屏等防雾除冰方面，但无法满足可穿戴热疗设备、可折叠电子屏等新一代柔性电子器件方面的要求。近几十年来，基于碳纳米管、石墨烯、纳米银线和导电高分子等新型导电材料的柔性透明加热器取得了长足的发展。柔性透明加热器主要通过导电材料和柔性高分子基体的复合设计策略来制备，这不可避免地带来了三个严重的共性问题：(1)导电组分含量的增加在提高导电性的同时会降低透明度；(2)导电组分的不均匀分布及接头产生局部热点造成加热器性能降低；(3)导电组分与高分子基体之间的不良界面粘接降低加热器在循环力热载荷下的稳定性。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于离子液体凝胶的柔性透明加热器及其制备方法，以期至少解决上述三个问题之一。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种基于离子液体凝胶的柔性透明加热器，由离子液体凝胶、电极和交流电源组装而成；其中，所述离子液体凝胶作为离子导体，所述电极设置于离子导体两端，所述电极与所述交流电源电连接形成闭合回路。所述柔性透明加热器具有90％以上的透光度、130V以上的耐压性、
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100℃～500℃的耐温性、20℃～500℃的稳态温度、1℃/s～50℃/s的加热速率，且在弯曲和拉伸状态下保持均匀加热。
[0006]在一个实施例中，所述电极的材料可为石墨、导电金属或者其合金。
[0007]在一个实施例中，所述柔性透明加热器用于交通工具视窗或室外显示屏的防雾除冰。
[0008]在一个实施例中，所述柔性透明加热器用于可穿戴热疗设备或可折叠电子屏的加热部件。
[0009]本专利技术还提供了所述基于离子液体凝胶的柔性透明加热器的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)制备离子液体凝胶，并裁成所需形状，两端贴上电极，形成紧密粘接；
[0011](2)将电极接上交流电源，形成闭合回路。
[0012]在一个实施例中，所述离子液体凝胶的制备方法为：将单体、交联剂和引发剂加入离子液体中混合均匀，得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液注入模具，通过化学反应得到离子液体凝胶。
[0013]在一个实施例中，所述单体为丙烯酸类、丙烯酰胺类、丙烯酸酯类中的一种或多种；所述离子液体为咪唑类离子液体、吡啶型离子液体、季铵类离子液体、季鏻类离子液体、吡咯烷类离子液体、哌啶类离子液体中的一种或多种。
[0014]在一个实施例中，所述前驱体溶液中，单体的质量分数为10％～60％，交联剂的质量分数为0％～5％，引发剂的质量分数为0.001％～1％，余量为离子液体。
[0015]在一个实施例中，所述离子液体凝胶的裁剪形状可以为长方体或圆柱体等。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017](1)本专利技术基于离子液体凝胶和交流电作用下离子导电产生焦耳热的技术路线，开发出了一种新型离子型柔性透明加热器，为传统电子型柔性透明加热器提供了全新的材料选择和加热原理。
[0018](2)本专利技术提供的离子型柔性透明加热器同时解决了传统电子型柔性透明加热器存在的透明度
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导电性冲突、加热不均匀和界面粘接差等三个技术难点。
[0019](3)本专利技术提供的离子液体凝胶基柔性透明加热器具有优异并且稳定的力、光、电、热性能，如98％以上的透光度、130V～180V的耐压性、
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100℃～500℃的耐温性、20℃～500℃的稳态温度、1℃/s～50℃/s的加热速率，并在弯曲和拉伸状态下仍可均匀加热。
附图说明
[0020]图1是现有的电子型柔性透明加热器的加热原理。
[0021]图2是本专利技术离子型柔性透明加热器的加热原理。
[0022]图3是离子液体凝胶基柔性透明加热器的加热性能示意图。
[0023]图4是离子液体凝胶基柔性透明加热器在变形状态下均匀加热示意图。
具体实施方式
[0024]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。
[0025]目前的透明加热器均采用直流电作用下电子导电产生焦耳热的技术路线，如图1所示。在直流电源或恒电流下，加热器利用电流流过其导电高分子复合材料的焦耳效应产生的热能对物体进行加热，电子导体组份一般为氧化铟锡、纳米银线、碳纳米管或石墨烯等，当电流通过这些电子导体时，电流做功而消耗电能，产生了热量，此时载流子为电子，在电场中作定向运动。但这些电子导体在透明度、加热性能以及加热稳定性方面均存在不足之处。
[0026]交流电作用下离子导电也可以产生焦耳热，可考虑作为一种全新的备选技术路线。离子液体凝胶是一种以离子液体为分散介质、具有三维交联网络结构的新型离子导电材料，兼具高分子网络的高可拉伸性和离子液体的高透明度、高离子导电性、热化学稳定性、耐火性以及不挥发等优点。离子液体凝胶中高分子网络和离子液体在分子尺度上具有良好的相容性，有望同时解决传统电子型透明加热器所面临的上述三个不足之处。
[0027]因此，基于离子液体凝胶和交流电作用下离子导电产生焦耳热的加热原理，本专利技术希望开发一种全新的离子型柔性透明加热器。
[0028]参考图2，本专利技术的柔性透明加热器由离子液体凝胶、电极和交流电源组装而成，其中，离子液体凝胶作为离子导体，电极设置于离子导体两端，电极则与交流电源电连接形成闭合回路。
[0029]区别于传统透明加热器的电子导电产生焦耳热的技术路线，本专利技术采用交流电作用下离子导电快速产生焦耳热的加热原理，离子液体凝胶是由大量离子液体溶胀三维聚合物网络而形成的离子导体，其中由阴、阳离子构成的离子液体含量为70％以上，当对离子液体凝胶基透明加热器施加正弦交流电压时，此时载流子为离子，交流电压的周期性变化使得阴、阳离子在凝胶网络中来回移动、碰撞和摩擦产生热量，对物体进行加热。
[0030]本专利技术的离子型柔性透明加热器具有优异并且稳定的力、光、电、热性能。利用紫外
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可见分光光度计测试加热器在可见光波长范围内(400
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800nm)的透光率，以纯净水为参照物，得到加热器的平均透光率为90％以上；通过采点绘制离子液体凝胶基透明加热器在不同频率下的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于离子液体凝胶的柔性透明加热器，其特征在于，由离子液体凝胶、电极和交流电源组装而成；其中，所述离子液体凝胶作为离子导体，所述电极设置于离子导体两端，所述电极与所述交流电源电连接形成闭合回路。2.根据权利要求1所述基于离子液体凝胶的柔性透明加热，其特征在于，所述电极的材料为石墨、导电金属或者其合金。3.根据权利要求1所述基于离子液体凝胶的柔性透明加热器，其特征在于，所述柔性透明加热器具有90％以上的透光度、130V以上的耐压性、
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100℃～500℃的耐温性、20℃～500℃的稳态温度、1℃/s～50℃/s的加热速率，且在弯曲和拉伸状态下保持均匀加热。4.根据权利要求1所述基于离子液体凝胶的柔性透明加热器，其特征在于，所述柔性透明加热器用于交通工具视窗或室外显示屏的防雾除冰。5.根据权利要求1所述基于离子液体凝胶的柔性透明加热器，其特征在于，所述柔性透明加热器用于可穿戴热疗设备或可折叠电子屏的加热部件。6.权利要求1所述基于离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建，张丽梅，王姣，赵家佑，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：