段洣毅 張 俊 劉 洋 李 東

（北方交通大學(xué)計算所，北京 100029）

1 引言

電熱材料在生產(chǎn)、生活取暖、汽車等設(shè)備加溫防護、房屋保暖等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，帶來了可觀的經(jīng)濟效益，催生了美國、歐洲和韓國等國家的一些以高技術(shù)電熱材料為支柱的大產(chǎn)業(yè)集團。相應(yīng)地，電熱材料技術(shù)近年也得到了迅速發(fā)展。當前市場上電熱材料主要分為以下幾類：以美國的凱萊瑞克公司為代表的油墨加PET膜電熱材料；以韓國Lgheating暖房株式會社為代表碳纖維布材料；以中國中惠電采暖科技有限公司為代表的PET膜材料。此外還有電阻絲、陶瓷等電熱材料，由于其技術(shù)相對落后，已逐漸淡出市場。目前較為流行的電熱材料，存在耐折疊性、發(fā)熱均勻性和破壞性能較差的缺陷。本文介紹的納米遠紅外負氧離子新型電熱材料以純棉布為基材，以固液兩種形態(tài)制作載流條，并加入納米級遠紅外和負氧離子粉，不僅在發(fā)熱均勻性、抗破壞能力方面有了顯著提高，而且具有理療保健作用。

2 納米遠紅外負氧離子新型電熱材料的技術(shù)優(yōu)勢

2.1 以純棉布為基材的電熱材料

純棉布具有健康環(huán)保、耐折疊、耐高低溫等優(yōu)點，但其易燃性成為其作為電熱布基材的瓶頸。本文介紹的電熱材料在導(dǎo)電漿料的分子結(jié)構(gòu)上做了創(chuàng)新性發(fā)明，分子鏈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易斷裂，使得電熱轉(zhuǎn)換效率和發(fā)熱均勻性顯著提高，從而避免了電熱材料溫度不均勻、局面過熱現(xiàn)象的發(fā)生，有效解決了純棉布易燃的問題。

2.2 納米級遠紅外材料

遠紅外線是引起人體能量流脈動的最新能量療法，該療法安全、自然、方便，無任何副作用，早在1992年就納入了美國醫(yī)療界，并在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。新型電熱材料加入了納米級遠紅外材料，其輻射波長控制在4-14微米（與人體生命光線相匹配），可被人體全部吸收，并能與人體細胞產(chǎn)生和諧共振，這種生物共振能夠活化細胞組織，有效改善人體微循環(huán)，增強免疫功能，使新型電熱材料在保暖的同時具備醫(yī)療和保健功能。

2.3 納米級負氧離子材料

負氧離子是空氣中帶負電荷的氧離子，它不僅能促成人體合成和儲存維生素，而且能強化和激發(fā)人體的生理活動，對人體及其他生物的生命活動有著十分重要的影響，因此又被稱為"空氣維生素"。在醫(yī)學(xué)界負氧離子被確認是具有殺滅病菌及凈化空氣的有效手段。其機理主要在于負氧離子與細菌結(jié)合后，使之產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的改變或能量的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致細菌死亡。醫(yī)學(xué)研究表明，空氣中的負氧離子能使血液中含氧量增加，有利于血氧輸送、吸收和利用，具有促進人體新陳代謝、提高人體免疫力、增強人體肌能、調(diào)節(jié)肌體功能平衡等作用，對高原缺氧地區(qū)的人體醫(yī)療保健作用尤其顯著。目前市場上負氧離子粉是用納米級的鐵粉，通過電擊產(chǎn)生的負氧離子，其不足之處是有較強的電磁輻射。新型電熱材料的負氧離子粉是將天然石材經(jīng)浸泡研磨后，由離心機和超聲兩道工序處理，形成納米級負氧離子材料，它不僅健康環(huán)保，而且壽命長，能在70年內(nèi)無衰減地釋放負氧離子。

2.4 先進的生產(chǎn)工藝

新型電熱材料以高精度數(shù)控激光刻印技術(shù)實現(xiàn)了導(dǎo)電漿料的均勻涂抹，以全自動一體化工藝流程實現(xiàn)了高效生產(chǎn)，其先進的生產(chǎn)工藝為產(chǎn)品的先進性奠定了堅實的基礎(chǔ)。

3 新型電熱材料的優(yōu)點

3.1 熱轉(zhuǎn)換效率高

當前較先進的導(dǎo)電材料不可避免地存在分子鍵斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致熱轉(zhuǎn)換效率損失20%。而新型電熱材料充分利用了稀土等元素外圍富有軌道，能夠牢固地吸附電子，從而使導(dǎo)電漿料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，分子鍵不斷裂，發(fā)熱無衰減。因此新型導(dǎo)電漿料的熱轉(zhuǎn)換效率高達99%，僅有的少量能量損失于導(dǎo)線上。

3.2 發(fā)熱均勻

新型電熱材料以穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)和精密的加工工藝實現(xiàn)了其發(fā)熱的均勻性。一方面，發(fā)熱材料的分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性使電熱材料溫度分布均勻；另一方面，采用激光雕刻技術(shù)涂抹導(dǎo)電漿料，使導(dǎo)電漿料的厚度均勻性顯著提高，而厚度的均勻性直接影響發(fā)熱均勻性。因此相比于國內(nèi)外市場上的同類先進產(chǎn)品，新型電熱材料在發(fā)熱均勻性上具備一定優(yōu)勢。

3.3 可靠性高

新型電熱材料一方面發(fā)熱均勻，阻燃性好，大大提高了產(chǎn)品的安全性，另一方面以液態(tài)和固態(tài)兩種形式布設(shè)載流條，即使在電熱材料上剪出一個洞也不影響其正常發(fā)熱。而PET膜、碳纖維等材料一旦有一根折斷即無法發(fā)熱，因此新型電熱材料在具有可靠性高的優(yōu)點。

3.4 節(jié)能環(huán)保

新型電熱材料采用純棉布作為基材、納米級遠紅外和負氧離子材料均采自天然物質(zhì)、熱轉(zhuǎn)換效率高、無分子鏈斷裂帶來的能量損耗，因此具有節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。

4 新型電熱材料的主要用途

新型電熱材料可以制成電熱馬甲、電熱護膝、電熱手套、電熱鞋等產(chǎn)品，這些產(chǎn)品對人體具有熱敷、御寒、遠紅外保健、負氧離子保健等功能；

新型電熱材料也可以加工成睡袋、電熱帳篷、電熱方艙等，為人體御寒和保健、設(shè)備防寒提供可靠環(huán)境；

新型電熱材料還可以應(yīng)用于房屋、人防工程等的保暖材料，為人們工作和生活創(chuàng)造舒適的環(huán)境；

新型電熱材料可加工成任意形狀，在寒區(qū)，覆蓋在汽車點火器、飛機發(fā)動機或其它需要保溫的裝設(shè)備上，起到安全可靠的加溫防護作用。

5 結(jié)束語

電熱材料已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中，隨著人們健康意識、環(huán)保意識和節(jié)能意識的提高，對電熱材料在健康環(huán)保、節(jié)能高效、安全可靠方面的要求也不斷提高，本文介紹的新型電熱材料從加工工藝到導(dǎo)電漿料的研制均著眼于以上諸點，代表了電熱材料未來的發(fā)展方向。

[1]Kleshchik.Electric heating cloth method.USA patent,2007-4-17.

[2]Liu,et al.Flexible electrothermal composite and heating apparatus having the same.USA patent,2010-1-5.

[3]Pan,et al.Method of manufacturing an activated carbon fibersoftelectric heating product.USA patent,2010-11-9.

[4]Li,et al.Electric heating textile.USA patent,2011-2-8.

[5]王沛.一種導(dǎo)電發(fā)熱布及采用該導(dǎo)電發(fā)熱布的電熱地毯和墻紙.2010-7-8.