共形电热组件、共形电热产品及制备方法 专利技术说明

电子电路装置的制造及其应用技术1.本发明是关于热疗电热设备，特别是关于用于热疗的可拉伸的共形电热组件、共形电热产品及制备方法。背景技术：2.温热疗法是治疗关节炎和肌肉萎缩等疾病的最普遍的物理疗法之一。而目前最传统的热疗法是以热包或暖水袋的形式来对人体温度进行管理，存在机械柔性差、质量重、且温度难以精确控制等缺点。为了解决上述问题，研究者利用弯曲形状的金属导电线或石墨烯、金属纳米线和碳纳米管等新型材料获得轻便的可穿戴透明电加热器。透明电加热器是在透明导电材料两端施加电压实现加热的效果。虽然基于金属导电线的可穿戴电加热器在皮肤的变形和拉伸下，可保持稳定的电流和功率，但其加热温度不均匀；而新型材料的电加热器，如石墨烯、金属纳米线和碳纳米管，具有均匀的加热温度，但在拉伸状态下，材料与材料之间会发生相对移动，电阻会随着拉伸强度增大而增大，从而导致加热电流、功率不稳定，甚至存在局部高温状态，应用于人体，容易烧伤皮肤。因此怎样实现与皮肤共形、精准控制温度、加热均匀性和稳定性好的可拉伸透明电加热系统是需解决的问题。3.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种用于热疗的共形电热组件、共形电热产品及制备方法，具体良好的人体形态的共形适应性。5.本发明的用于热疗的共形电热组件，包括基底结构以及设置于基底结构上的电热结构，电热结构包括第一引线极区、第二引线极区以及加热结构，加热结构电连接在第一引线极区和第二引线极区之间，加热结构、第一引线极区、第二引线极区中至少其一包括有可伸展的构件部分，构件部分的两端在伸展状态下的间距大于该构件部分被被伸展前两端的间距；基底结构具有柔性、透光性。这里的限定指构件部分经过非拉伸性地延展而具有平直结构后的两端间距大于延展前的两端间距。这里的基底结构的柔性可以是由基底结构的材料自身的柔性所带来的。也可以是基底结构的自身的结构形式所带来的，比如基体在其延展面上由多块活动连接的模块结构获得的。可以代表具有延展能力或者弯曲能力。透光性的实现，可以是通过透光材料自身，如透明塑料等实现，也可以为通过存在的间隙空隙的通透性实现。第一引线极区和第二引线极区其各自可以为可拉伸导电浆料的或金属线材质的；第一引线极区和第二引线极区其各自的形态可以为形成有若干个重复或者不可重复的导电单元结构。可拉伸导电浆料可以包括分散有金属纳米颗粒、碳材料或导电聚合物材料的浆料。6.在本发明的一个或多个实施方式中，基底结构包括相互成层叠设置的第一基底和第二基底，电热结构中的第一引线极区、第二引线极区以及加热结构至少有部分设置于第一基底和第二基底之间所形成的空间；第一基底和第二基底中至少一个在其延展方向和/或法向具有柔性或可延展性等。这里假设第一基底与第二基底沿纸面方向延展时，这里则可以指其沿纸面的延展方向或者垂直纸面方向具有柔性的可延展恢复(回缩)能力。7.加热结构和/或第一引线极区和/或第二引线极区中至少部分设置于层叠的第一基底和第二基底之间的空间，可以包括加热结构的一部分或者第一引线极区的一部分或者第二引线极区的一部分，也包括加热结构或第一引线极区或第二引线极区其一的整体的情形，当然也包括了三者全部被包括的情形。8.在本发明的一个或多个实施方式中，构件部分包括至少在一个方向具有弯曲结构的导体丝或导体线。9.在本发明的一个或多个实施方式中，构件部分在加热结构和/或第一引线极区和/或第二引线极区中形成有若干个重复的单元结构。10.在本发明的一个或多个实施方式中，加热结构和/或第一引线极区和/或第二引线极区中的相邻两个单元结构之间具有电连接。11.在本发明的一个或多个实施方式中，加热结构和/或第一引线极区和/或第二引线极区的各自的单元结构为可重复的或者不可重复的。也就是说加热结构中可以具有可重复的单元结构或具有不可重复的单元结构。第一引线极区中可以具有可重复的单元结构或具有不可重复的单元结构。第二引线极区中可以具有可重复的单元结构或具有不可重复的单元结构。12.在本发明的一个或多个实施方式中，第一基底、第二基底中至少一种为透明材质或者半透明材质的形成的面结构。优选的，第一基底、第二基底至少有部分具有伸缩性。13.在本发明的一个或多个实施方式中，第一基底、第二基底中至少一种的材质为pdms膜或ecoflex膜或sebs膜或sbs膜或pu膜或tpu膜。也就是第一基底可以为pdms膜或ecoflex膜或sebs膜或sbs膜或pu膜或tpu膜中一种形成的单层膜结构或者多层膜结构，也可以为几种膜形成的多层膜结构。第二基底可以为pdms膜或ecoflex膜或sebs膜或sbs膜或pu膜或tpu膜中一种形成的单层膜结构或者多层膜结构，也可以为几种膜形成的多层膜结构。14.本发明的共形电热组件的制备方法，包括如下步骤：15.准备加热结构：在预先成型的薄层导电材料上形成导电金属材料以构建具有可拉伸结构的加热结构；16.成型：将加热结构转移到第一基底上，并在加热结构两端分别形成第一引线极区和第二引线极区，并在加热结构的另一侧设置第二基底，此时加热结构位于第一基底与第二基底之间的空间。加热结构的转移可以为包括而不限于绕折、超声剥离、机械剥离、利用胶粘等粘附转移、真空吸附等。17.在本发明的一个或多个实施方式中，第一引线极区和/或第二引线极区为在预先成型的薄层导电材料上形成导电金属材料以构建具有可拉伸结构。18.在本发明的一个或多个实施方式中，具有可拉伸结构的第一引线极区和/或第二引线极区为与加热结构一体成型的。19.本发明的共形电热产品，包括用于向功能结构供电的电源组件以及如前述的共形电热组件，电源组件电连接到共形电热组件中的第一引线极区和第二引线极区。20.与现有技术相比，本发明方案具有以下的优点：21.首先，本发明的共形电热产品具有高的透光性、驱动电压低、响应速度快、加热均匀、导热性好、且温度可以精确的调节和控制等优势；同时稳定性好，加热均匀性好，加热温度在5℃偏差内；22.其次，具有良好的拉伸和形变适应性能，在人体皮肤的拉伸和变形条件下，可保持稳定的加热均匀性和功率；同时对不同表面(如动物皮肤、玻璃、硅胶)贴附性和共形性好，并能防水透汽，可应用于人体的温度管理；23.再次，制作工艺简单、在拉伸与变形条件下结构稳定性好、且适用于不同拉伸强度的应用需求。附图说明24.图1是根据本发明共形电热组件的一实施方式的平面结构示意图；25.图2是图1实施方式的截面示意图；26.图3是根据本发明实施方式中几种单元结构的重复结构示意图，其中a为4个蛇形单元的组合，b为4个波浪形单元的组合，c为4个马蹄形单元的组合，d为曲线形，e为波浪网形；27.图4是根据本发明共形电热组件的又一实施方式的平面结构示意图；28.图5是图4实施方式的截面示意图；29.图6是根据本发明共形电热组件的又一实施方式的平面结构示意图；30.图7是图6实施方式的截面示意图；31.图8是本发明实施方案共形电热组件的一种制作方法的流程图；32.图9是本发明实施方案共形电热组件的又一种制作方法的流程图；33.图10是本发明实施方案共形电热组件的又一种制作方法的流程图；34.图11是本发明实施方案共形电热组件的又一种制作方法的流程图；35.图12是本发明实施方案共形电热组件的第一基底采用具有柔性结构时的实现示意图。具体实施方式36.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。37.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。38.本发明实施例中的用于热疗的共形电热组件，包括基底结构以及设置于基底结构上的电热结构，电热结构包括第一引线极区11和第二引线极区12以及加热结构20，加热结构20电连接在第一引线极区11和第二引线极区12之间，加热结构20、第一引线极区11、第二引线极区12中至少其一包括有可伸展的构件部分，构件部分的两端在伸展状态下的间距大于该构件部分被被伸展前两端的间距。这里的限定指构件部分经过非受力形变地拉伸展开而具有平直结构后的两端间距大于展开前的两端间距，即直观地讲由弯曲形态非受力形变性的展开后的两端间距大于展开前(弯曲形态)的两端间距。如图1、3、4、6中所展示的具有弯曲形态部分。39.本发明实施例中，构件部分包括至少在一个方向具有弯曲结构的导体丝或导体线。这里的导体丝或者导体线可以为用于导电的导电金属丝或者导电金属线或者导电非金属丝或者导电非金属线等，如铜线、石墨烯线等。即这可以是被用于第一引线极区11和第二引线极区12以及其它导电连接结构；还可以是用于加热结构20进行发热的电热丝等。40.本发明实施例中，构件部分在加热结构20和/或第一引线极区11和/或第二引线极区12中形成有若干个重复的单元结构21。当然需要注意的是，在同一结构中其中的单元结构21可以是全部为可重复的；也可以为被划分为若干具有可重复单元结构21的部分，而各部分之间是不可重复的。如图1、6中所展示的，加热结构20展示了全部为可重复单元结构21情形；而图4则额外地展示了第一引线极区11和第二引线极区12也具有全部为可重复单元结构21情形，但是其中加热结构20的可重复单元结构21与第一引线极区11和第二引线极区12的可重复单元结构21不一致；也就是说加热结构20、第一引线极区11、第二引线极区12三者中可以独立地具有单元结构21或者三者全部具有单元结构21，而这些单元结构21中可以为可重复的，也可以为不可重复的，此时即便在同一结构如加热结构20中其单元结构21也可以为不具有可重复性。41.本发明实施例中，加热结构20和/或第一引线极区11和/或第二引线极区12中的相邻两个单元结构21之间具有电连接。42.本发明实施例的用于热疗的电热组件中，包括如前述可拉伸电热结构以及第一基底31和第二基底32，第一基底31和第二基底32共同形成层叠结构，加热结构20和/或第一引线极区11和/或第二引线极区12中至少部分设置于层叠的第一基底31和第二基底32之间的空间。也就是这里的限定情形包括加热结构20的一部分或者第一引线极区11的一部分或者第二引线极区12的一部分，也包括加热结构20或第一引线极区11或第二引线极区12其一的整体的情形，当然也包括了三者全部被包括的情形。也就是说，可以通过在整体呈层状结构的电热结构两侧分别设置第一基底31和第二基底32，此时第一基底31和第二基底32分别在各自的一侧全部或者部分地覆盖限定电热结构在该侧的面积。如图1、4、6所示的，展示了电热结构包括第一引线极区11和第二引线极区12以及加热结构20均被覆盖地限定在第一基底31和第二基底32内的情形。此时可以看作，电热结构被保护在第一基底31和第二基底32之间。当然此时第一基底31和第二基底32在电热结构的周边可以被形成有封闭的结构。43.本发明实施例中，第一基底31、第二基底32中至少一种为透明材质或者半透明材质的形成的面结构，也就是第一基底31或第二基底32中任一独立地具有透明形态而另一个则不作限定，也可以第一基底31、第二基底32两者均具有透明形态。44.为了满足透明形态和可拉伸性能的实现，本发明实施例中可以采用，第一基底31、第二基底32中至少一种为pdms膜或ecoflex膜或sebs膜或sbs膜或pu膜或tpu膜。这里的第一基底31、第二基底32各自可以为单一材质的层结构，也可以为多层不同材质的复合膜结构。对材质以及复合形式的选择不做限定，只要能够满足本技术需求即可。第一基底31材料与第二基底32材料相同或不同。此外，两种基底可以各自独立地具有延伸恢复性能即其材质具有柔性，也可以为两者均满足延伸恢复性能。45.当然，本发明实施例中，第一基底31与第二基底32的柔性功能和可拉伸性的实现也可以是通过多块活动连接的模块结构实现的。如图12所示的，其中展示了，第一基底31由若干阵列设置的基底模块形成，相邻两个基底模块之间采用活动连接件如绳索或者橡胶绳之类的连接形成，此时依托活动连接件的形态实现了第一基底的柔性弯曲能力。此时，基底模块可以为刚性的，也可以为如前述的柔性材料的。46.在本发明的可拉伸电加热热疗产品的实施例中，包括用于向功能结构供电的电源组件以及功能结构，功能结构为如前述的可拉伸电热结构或如前述的电热组件，电源组件电连接到功能结构中的第一引线极区11和第二引线极区12。也就是在产品中应用了本发明方案涉及的电热结构或电热组件，如应用了这种功能结构或组件的电热包、热疗包等。此时电源组件可以为具有电池结构的内置电源结构，由电池向第一引线极区11和第二引线极区12供电，当然电池可以是采用更换的形式也可以是采用由外接式的市电充电的形式，也可以为采用外接插头连接到市电电源向第一引线极区11和第二引线极区12的结构。47.在本发明的实施例中，还可以在连接到第一引线极区11和第二引线极区12的供电电路上设置用于对功率或温度等进行控制的控制器和传感器，通过传感器监控温度或电流电压，向控制器进行反馈，而对加热结构20的工作状态进行控制，从而提高应用的安全性和舒适性等。48.本发明方案中(如图1-2、4-7所示)，包括：加热结构20、引线电极区(包括对应连接到加热结构20两极的第一引线极区11和第二引线极区12)、第一基底31和第二基底32；加热结构20与引线电极区相互导电连通，加热结构20与引线电极区夹于第一基底31与第二基底32中间。49.加热结构20为可拉伸金属线网络，透光率为40％-90％；如图3所示，可拉伸金属线网络的形状可以为蛇形、马蹄形、波浪形、折线形等(图3仅给出示例形状，不仅限于此)；可拉伸金属线网络的金属线线宽为3μm-100μm，金属线厚度为3μm-100μm，网络周期为20μm-2mm。这些形态的设置均满足具有屈曲结构，使得屈曲部分的自然展开状态两端的间距大于屈曲状态两端的间距，也就是可以在非自身形变的情况下，被进行展开。加热结构20也可以为非金属导电线网络，如石墨烯纤维网络或导电陶瓷网络或导电聚合物网络等，即可以通过导电非金属线对前述的金属线进行全部或者部分的替代，以满足电热功能即可。50.图3中展示的每个单元均由在主体结构总体在两个方向(两个方向如图中虚线所示意)进行延伸的具有弯曲或者屈曲结构的导体丝或者导体线构造而成。此时，每个可重复的单元中，两个方向的导体丝或者导体线是相互连接的，这种连接可以是一种电连接关系，当然也可以是一种结构连接。当然，每个单元还可以由更多的不同方向延伸的导体丝或者导体线构成。51.当然加热结构20也可以为如图3d所示的一个方向延伸的屈曲结构形成。52.引线电极区也可以为可拉伸金属线网络(如图4和图5所示)或可拉伸导电浆料如银浆(如图6-9所示的情形)，可拉伸金属线网络金属线线宽为3μm-100μm，金属线厚度为3μm-100μm，网络周期为20μm-500μm；可拉伸导电浆料通过丝网印刷、喷涂、转印或刮涂方法获得。引线电极区也可以为非金属导电线网络，如石墨烯纤维网络或导电陶瓷网络或导电聚合物网络等，即可以通过导电非金属线对前述的金属线进行全部或者部分的替代，以满足导电功能即可。53.一般而言，引线电极区的导电性是加热结构20导电性的3-10倍。54.第一基底31与第二基底32的形成方法为浇筑、贴附、压印、喷涂、旋涂等。55.在本方案的实施中，其一种实施例的制作方法，如图8所示：56.s1、提供一种具有可拉伸凹槽网络结构的柔性衬底；57.s2、在柔性衬底的可拉伸网络结构底部形成薄层导电材料，薄层导电材料厚度为凹槽网络深度的1/10-1/2。。58.s3、在薄层导电材料上形成导电金属材料，从而形成可拉伸金属线网络；导电金属材料凸出柔性衬底表面0.1-100μm；59.s4、对可拉伸金属线网络转移到薄膜上，转移方法包括而不限于绕折、超声剥离、机械剥离、薄膜粘附转移、真空吸附转移等，这里的转移方法的选择可以视材料的性能以及操作便利性等方面的不同而进行选择，同时该列举仅仅为举例，而非对转移方式的范围进行限定。60.薄膜可以包括pu膜、pe膜、pvc膜、pet膜、pdms膜、ecoflex膜、sebs膜、sbs膜、tpu膜等中的一种或者几种的复合膜。61.s5、s4步骤中的薄膜为不可拉伸的薄膜时，在转移的可拉伸金属线网络表面附上第一基底31；再把薄膜揭开，再在可拉伸金属线网络两端形成可拉伸导电浆料作为引线电极区，并在可拉伸金属线网络的另一面形成第二基底32。62.其一种实施例的制作方法中，如图9所示，s4步骤中的薄膜为可拉伸的薄膜时，此时薄膜作为第一基底31；再在可拉伸金属线网络两端形成可拉伸导电浆料作为引线电极区，并在可拉伸金属线网络的另一面形成第二基底32。63.其一种实施例的制作方法中，s5’、对于引线电极区为可拉伸金属线网络的可拉伸透明电加热系统，其引线电极区如采用可拉伸金属线网络，与加热结构20的可拉伸金属线网络的制作同步完成，步骤如同s1-s4；引线电极区和加热结构20同时转移到薄膜上后，如图10所示若薄膜为不可拉伸的薄膜时，在转移的可拉伸金属线网络表面形成第一基底31；再把薄膜揭开，并在可拉伸金属线网络的另一面形成第二基底32。64.其一种实施例的制作方法中，如图11所示，若薄膜为可拉伸的薄膜时，此时薄膜作为第一基底31；再在可拉伸金属线网络的另一面形成第二基底32。65.以下举例而言，该举例仅仅是为了对本方案进行说明，而非限定。首先在可拉伸凹槽网络底部形成薄层银纳米颗粒，并在薄层银纳米颗粒上形成铜金属材料，这里可以通过电镀等方式实现，从而形成的金属线网络线宽8μm，厚度8μm，然后通过超声与机械剥离相结合方法，把可拉伸金属线网络转移到可拉伸pu薄膜(第一基底31)上，并通过刮涂方法在可拉伸金属线网络两端形成可拉伸银浆，作为引线电极区，再附上pu薄膜(第二基底32)，最终形成与皮肤共形的可拉伸透明电加热系统。取样测试，与皮肤共形的透明电加热系统具有83％的透光率，对于加热结构20面积为1cm*2cm的样品，在0.4v驱动电压下，可加热到50℃，且稳定性好，加热均匀，温度可精准控制和调节，在60％内的拉伸与变形下，加热均匀性和加热功率几乎没有变化；并且具有优异的防水透汽性能和皮肤共形性。66.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。









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