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(佳木斯大學材料科學與工程學院 黑龍江 佳木斯 154007)

0 引 言

手機電池通常為鋰離子電池， 在正常溫度下使用，電池內(nèi)的鋰離子會保持很好的活性，電解液通過化學反應進行遷移和填補，在電池的正負極出現(xiàn)電勢差進而產(chǎn)生電流。而在低溫環(huán)境下，電池內(nèi)會產(chǎn)生鋰離子沉積現(xiàn)象，也就是說它的活性逐漸變低、擴散性變差，不再和物質發(fā)生化學反應，導致電阻變大、電池的放電能力變?nèi)?。電池實際工作電壓的降低，依靠電池供電的手機就會出現(xiàn)“跳電”情況，甚至觸發(fā)低溫保護機制，手機自動關機[1]。對于東北的氣候，冬季的時間明顯偏長，室外的溫度基本在零度以下，若長期在寒冷的環(huán)境下使用手機，而沒有對手機的電池進行妥當?shù)谋Ｗo，會使手機的使用性能下降。而且手機功能正常操作情況下鋰電池的使用溫度區(qū)間在0℃至零上40℃之間，在0℃以下，電池容量減少，零下20℃基本自動關機。在東北大部分地區(qū)，冬季室外溫度基本持續(xù)在零下20℃以下，甚至零下30℃，因此手機在室外低溫條件下基本不能較長時間使用，同時也就不能在冰雪景區(qū)內(nèi)留下更多的影音照片。

手機保護殼的材質有很多有，如硅膠、TPU、PC材質、ABS、皮革、金屬材質。手機保護殼作用有以下幾點：1、保護手機，以防硬物在手機屏幕或機身上留下劃痕；2、手機保護殼上可以印上各種花色；3、硅膠殼可以防止指甲長時間與按鍵接觸刮花、磨壞，有保護屏幕和按鍵的作用；4、硅膠殼有防滑的作用；5、蘋果手機套，還具有增強信號的作用，因為某些手機外殼與金屬接觸后形成磁場干擾了手機信號，給手機穿上絕緣的手機殼，就可以增強信號了。目前，國內(nèi)普遍生產(chǎn)的手機殼材料有PC，簡稱聚碳酸酯也就是工程塑料。PC材料是一種綜合性能優(yōu)良的非晶型熱塑性樹脂，具有優(yōu)異的延伸性、尺寸穩(wěn)定性及耐化學腐蝕性，還具有較高的強度[2]。然而，尚沒有一款適用于針對特殊條件下延續(xù)電池壽命的手機殼。為解決特殊環(huán)境條件下延續(xù)電池壽命，提高手機續(xù)航能力，設計了一種帶保溫加熱功能的手機殼，它在連接外置電源(例如充電寶)后加熱，內(nèi)部保溫，保證了鋰電池的正常使用，從而可以長時間的使用打電話，拍照等功能。從外觀上，可以添加多元素的繪制圖案吸引顧客消費；從外形上，采用橡膠材料可以有效增加手機的抗摔能力；從性能上，有特殊的加熱裝置能夠使手機在低溫狀態(tài)下保持正常工作并一定程度上提高手機電池的使用率和安全性。

1 實驗材料及方法

1.1 材料選擇

采用丁基橡膠、ABS塑料、皮革制成手機殼殼體，殼體內(nèi)部注入玻璃纖維，以取得防滑、抗摔、保溫的效果和良好的手感。加熱模塊選擇硅橡膠加熱板，硅橡膠加熱板是一種通電即發(fā)熱的薄片，標準厚度為1.8mm。加熱元件采用鎳鉻絲或用厚度0.05 mm～0.10mm的鎳鉻箔蝕刻成一定的形狀，兩面包以導熱絕緣材料，經(jīng)高溫模壓成形及老化熱處理而成，殼體結構如圖1所示。

圖1 手機殼體結構示意圖

1.2 實驗方法

實驗手機殼用丁基橡膠、ABS塑料、皮革等制成，殼體1部雕刻凹凸花紋以達到防滑的效果;加熱板2用鎳鉻合金電熱絲，鎳鉻合金電熱絲均勻的鋪設在殼體1內(nèi)部，電熱絲外設有保護層防止電熱絲損傷，鋪設時避開手機主要發(fā)熱元件如CPU，電熱絲的直徑為0.08mm，工作電壓為5V，功率為10w;在加板2集成溫度控制模塊，控制手機溫度保持在10℃-20℃之間；導線4用銅質薄片排線，銅質導線可外接電源進行供電，外置電源5優(yōu)選充電寶。實驗用手機為蘋果7，分別采用丁基橡膠、ABS工程塑料、皮革進行鑄造成手機殼，殼厚度為5毫米，內(nèi)部植入玻璃纖維，按照電池位置，削減出一個硅膠加熱板位置，將硅膠加熱板分別粘置于三種材料不同的手機殼上，連接好USB線，測試手機置于零下20℃下，將電量為100%的未佩戴與佩戴保溫加熱功能的手機殼續(xù)航時間進行對比。

2 實驗結果及分析

不同手機殼材料在零下20℃的環(huán)境下續(xù)航時間如圖2所示。實驗結果表明，沒有佩戴手機殼手機在低溫環(huán)境下15min左右后，手機便啟動低溫保護裝置，導致手機功能無法使用，并且在17min時手機電量已降至1%，在19min手機自動關機。對比佩戴保溫加熱功能的手機殼的手機在零下20℃的環(huán)境下，30min后仍然使用，且ABS材質的手機殼耗電量最快。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于ABS塑料材質的導熱系數(shù)為0.25W/(m·k),保溫效果相對較差,導致手機在低溫狀態(tài)下使用30min后手機電量下降20%左右；皮革(導熱系數(shù)為0.18W/(m·k))材質的手機殼保溫效果相對較好，測得30min后手機電量下降10%左右，而丁基橡膠(導熱系數(shù)為0.09W/(m·k))材質的手機殼保溫加熱效果最佳，測得30min后手機電量僅下降3%左右，屬于正常使用耗電量，說明在實驗條件下，丁基橡膠材質的保溫加熱手機殼在低溫狀態(tài)下，維持手機電量的效果最好，能保持長的續(xù)航時間。

圖2 電量與續(xù)航時間關系圖(-20℃)

3 結 論

1)皮革、ABS塑料及丁基橡膠三種材質制備的保溫加熱功能的手機殼都可起到保溫加熱效果，可有效提高手機在低溫狀態(tài)下的續(xù)航時間。

2)丁基橡膠手機殼保溫加熱效果最好，續(xù)航時間最長，可選用丁基橡膠材質來制備保溫加熱功能手機殼。

參考文獻:

[1] 吳東方 .蘋果手機為何沒有安卓手機耐凍[J] .大眾用電，2016(03)

[2] 范雪嬌 .論手機殼的制作及其市場經(jīng)濟探討[J]. 現(xiàn)代交際，2017(18).