常州-纳米电热膜技术简介 梅健

高温透明纳米晶体膜技术及产业化
第一章项目概述
一、项目概述
晶体膜技术可广泛应用于航空、航天、电子、电工、冶金、化工、交通、汽车、家用电器、军工等需要加热的领域，具有温度精确调节、加热均匀、节能环保、不污染环境的特点，市场前景十分广阔。

但目前市场上的晶体膜产品普遍存在不耐高温、不耐干烧、功率衰减的缺点，成为限制晶体膜技术市场应用的瓶颈。

本项目团队通过前期攻关，攻克并掌握了耐高温晶体膜的三大核心技术：（1）精准的晶体膜多元化学成分配方；（2）可连续生产的在线式高温气相镀膜设备；（3）晶体膜产品批量化制造工艺流程。

同时，还申请了发明专利和实用新型专利超过100项。

在此基础上，已经开发出多款可实用化的高温晶体膜产品，与市场同类技术和产品相比，我们开发的晶体膜技术及产品具有以下独有的特点和优势：
（1）独特的材料配方：制备晶体膜的多元核心组份配方多达9种，粒度只有数十纳米，均匀致密，与载体结合力超强，即使长时间工作在高温下也不会脱落，且厚度只有几微米，完全透明，可直接制作在窗口材料上，既可用于航空航天等高端领域，也可用于家用电器等民用市场。

（2）独特的动态成膜技术：采用一种自主开发的动态成膜技术，可将晶体膜直接制作在任意形状的载体表面，包括各种曲面和平板，即使是大尺寸平板，晶体膜的膜厚和电导率分布也非常均匀，不会出现局部电流过大导致发热不均，乃至晶体膜烧毁的情况。

（3）优异的高温性能：可加热至450℃高温，最高甚至可达600℃，控温精确，可大面积加热且发热均匀，最大亮点是可长时间在高温下连续干烧，远非市场同类产品可比。

（4）稳定性好：晶体膜材料的物理性能好，硬度高，不易损伤，其化学特性也十分稳定，耐酸碱腐蚀，即使在高温下长时间连续干烧，晶体膜材料也不会氧化和脱落，寿命长，是传统电热丝加热器的10倍以上。

（5）安全性高：无明火，不漏电，即使直接往晶体膜表面泼水也能正常工
作。

（6）节能：交直流供电均可，热响应速度快，传热面积大，热惯性小，电热转换效率高，比传统电热丝加热器省电30%，在特定环境下可以省电50%，而且工作时无碳排放，节能环保。

（7）成本低：生产成本只有电热丝加热器的二分之一，而且维护相对简单。

通过本项目的实施，将突破限制其性能进一步提升、产能进一步扩大的技术瓶颈，产品将在工业、家用、军用、航空、航天等国内市场占据举足轻重的地位，并将走出国门，走向世界。

二、技术概述
本项目中的耐高温纳米晶体膜技术和产品可广泛应用于航空、航天、军工、工业、民用等各类需要快速加热的领域，市场需求量十分巨大。

仅以家用电加热取暖器市场为例，每年国内销售额就达到数十亿元人民币，另外每年还出口创汇超过10亿美元。

随着中国新型城镇化发展规划的提出和实施，各类新建和在建的住宅、办公楼、宾馆、商场、学校、医院、轨道交通等民用建筑和公共场所为电加热技术和产品提供了更大的市场空间。

电加热技术主要有电热丝和晶体膜两种，前者因技术门槛较低，因此生产厂家和产品种类众多，在各类应用领域已经存在多年，其缺点是电热丝的电感效应以及辐射的可见光会额外增加电能损耗，且热惯性大，加热不均匀，寿命较短等。

晶体膜技术是一种新的技术，无电感效应，热惯性小，热响应速度快，电热转换效率高，传热面积大，理论上比电热丝加热器省电30%以上，是取代电热丝产品的理想选择。

目前虽然已有几家企业正在生产晶体膜产品，但普遍存在不耐高温、不耐干烧、功率衰减的缺点，成为限制晶体膜技术大规模市场应用的障碍。

本项目团队通过前期攻关，已经掌握了具有自主知识产权的耐高温晶体膜的三大核心技术，即：晶体膜化学成分配方，在线式连续生产设备，批量化制造工艺流程。

已经研发成功的晶体膜产品最高能加热至450℃高温，可长时间在高温下连续干烧，控温精确，发热均匀，而且晶体膜厚度只有几微米，完全透明，可直接制作在窗口材料上，既可用于航空航天等高端领域，也可用于量大面广的家用电器等民用市场，它比传统电热丝加热器省电30%，在特定环境下可以省电50%，不仅运行成本低，而且工作时无可见光辐射，零碳排放，节能环保，技术
性能指标处于国内领先水平。

我国正在不断推进的节能减排环保战略，从政策层面为这种节能、环保、零碳排放、低运行成本的新型晶体膜技术和产品提供了新的机遇，本项目团队已经突破了其核心技术瓶颈，短期内即可形成规模并将在国内市场占据举足轻重的地位，在为企业自身带来可观利润的同时，还将大大促进我国晶体膜技术的发展和产品应用，并逐步取代现有的高能耗电热丝产品，从而为我国节能减排战略做出应有的贡献。

第二章创业者及创办企业
一、项目领导人
孔德义，男，1966年12月生，博士，研究员，中国科学技术大学博士生导师，合肥工业大学兼职教授，中国微米纳米技术学会理事，中国仪器仪表学会传感器分会理事，安徽省电子学会常务理事。

1990年7月毕业于合肥工业大学应用物理系并获得学士学位；同年9月免试推荐到中国科学技术大学物理系进行研究生阶段学习，并于1993年5月获得该校硕士学位。

1993年5月至1995年8月，在中国科学院合肥物质科学研究院参加科研工作。

1995年9月至1999年9月，在东南大学电子工程系攻读博士学位，并于1999年10月获得该校博士学位。

1999年10月至2014年6月，在中国科学院合肥物质科学研究院从事微纳技术方面的科研工作，其中：1999年10月至2000年4月，被聘为助理研究员；2000年5月至2004年11月，被聘为副研究员；2004年12月开始，被聘为研究员，期间于2006 年12月至2007年1月，在加拿大Dalhousie大学电子工程系作为高级访问学者，参加对方的课题研究；于2011年2月至2011年5月，获得中国-瑞士政府间科技合作计划人才交流项目资助，在瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）微纳技术研究所，从事合作课题研究。

申报人参加科研工作期间，作为负责人先后承担了国家973课题1项、国家863课题3项、国家自然科学基金课题3项、中瑞国际合作课题1项、江苏省科技攻关课题1项、安徽省科技攻关课题1项、安徽省自然科学基金课题2项等多项国家及省部级科研项目，共发表学术论文超过100篇，获得发明专利授权和受理超过20项。

目前致力于耐高温纳米晶体膜技术开发及产业化工作。

二、团队成员
总经理邱洁华研究员。

1996年毕业于河海大学电器自动化控制专业，1996-1997年：任职南京南化集团公司建设公司电气工程师，并派遣至苏州太仓刘家港美孚润滑油生产基地的电气施工及建设；1997-2003年：创建丹阳市科桥电脑有限公司、双华工贸通讯公司、华杰计算机散热器厂任总经理；2003-2014年：针对于晶体膜技术，在江苏丹阳创立江苏爱家电器有限公司，用12年的时间重新研发第二、三、四代晶体膜的技术与生产设备，与2009年正式启动晶体膜项目，在市场上销售取得良好回应。

有十多年纳米晶体膜技术和产品的开发经历，拥有发明专利、实用新型专利、外观专利合计共195项，为江苏新爱家电器有限公司创始人，有长达9年的企业创办与经营经验。

技术总监林新华博士，副研究员。

1997年6月毕业于安徽师范大学化学系并获得学士学位；1997年9月至2000年6月在中科院兰州化学物理研究所材料物理与化学专业攻读硕士学位，并于2000年7月获得硕士学位；2000年9月至2003年12月在中科院上海硅酸盐研究所材料科学与工程专业攻读博士学位，并于2003年12月获得博士学位；2004年1月至2006年4月，在意大利国家研究会博罗尼亚分部纳米材料研究所从事博士后研究工作。

2006年5月至2014年6月，在中国科学院合肥物质科学研究院从事功能材料与薄膜以及微纳器件方面的科研工作，被聘为副研究员。

参加科研工作期间，作为负责人先后承担了国家863课题、国防课题、江苏省自然科学基金课题等多项，在国内外期刊上共发表学术论文20 多篇，其中以第一作者身份发表的论文已被他引200多次，申请国家发明专利10项。

在本项目中负责总体技术方案的设计与实施。

纳米晶体膜材料研发部负责人陈池来博士，副研究员。

2000年6月毕业于安徽大学物理系并获得学士学位；2000年7月至2003年6月，在江西理工大学理学院任教，教授大学本科物理课程；2003年9月至2006年6月，在中国科学技术大学材料科学与工程系攻读硕士学位，并于2006年6月获得该校硕士学位；2008年9月至2011年6月，在中国科学技术大学精密机械及精密仪器系攻读博士学位，并于2011年6月获得该校博士学位。

2012年7月至2014年6月，
在中国科学院合肥物质科学研究院从事耐高温纳米材料与器件方面的科研工作，被聘为副研究员。

参加科研工作期间，作为负责人先后承担了国家自然科学基金面上项目、青年项目等多项课题，在国内外期刊上共发表学术论文20 多篇，申请国家发明专利9项。

在本项目中负责更新一代超高温（600℃）纳米晶体膜材料研发。

纳米晶体膜产品研发部负责人王焕钦博士，副研究员。

2004年6月毕业于中国科学技术大学物理系并获得学士学位；2004年9月至2009年6月保送中国科学技术大学微电子学与固体电子学专业硕博连读，并于2009年6月获得该校博士学位。

2009年7月至2014年6月，在中国科学院合肥物质科学研究院从事器件和系统级开发工作，2012年7月起被聘为副研究员。

参加了与美国微软西雅图总部合作的“激光多普勒测速跟踪研究”、“基于单模VCSEL自混合效应的激光测距研究”、“基于LED照明的双镜头大视角二维三角法测距研究”、“三维激光测距成像技术研究”等6项国际合作研究项目，这些项目均向微软公司交付了原型样机产品并顺利通过微软公司验收，特别是“激光多普勒跟踪”项目取得的结果优于荷兰飞利浦公司的同期研究结果，获得了微软总裁比尔·盖茨先生的好评。

作为骨干成员还参与了国家973项目“量子通信与量子信息技术”以及国家科技部重大科学研究计划“量子调控”项目“量子通信与量子计算的物理实现”等，负责高速量子保密通讯中使用的亚纳秒级脉冲DFB激光器光源的驱动设计和制作，为2009年5月我国在安徽芜湖市实现“世界首个量子政务网”做出了重要贡献。

此外，还参与了与山西乐百利特和嘉士朗公司合作的多个横向项目，设计和制作了多个高效节能的大功率白光LED驱动电路，并成功运用在型号为KL4LM(A)、DGS18/127(A)和DGS12/127L(A)的LED矿灯、巷道灯、路灯等产品上，这些产品被广泛应用于我国许多大中型煤矿中，获得了较大的社会效益和经济效益。

在国内外期刊上共发表学术论文20 多篇，申请国家发明专利6项，另外还参与了3项美国发明专利的申请。

在本项目中负责耐高温纳米晶体膜温控系统及整机产品的研发。

营销总监冯明河海大学常州分校经济管理专业1996年毕业
1998年北京燕捷体育资讯有限公司营销总监野外生存企业培训中国第
一人国家户外运动高级培训师，
2001年上海寅天电脑科技有限公司营销总监
2007年常州韦米克电子设备有限公司总经理
2013年常州中科天虹新材料科技有限公司营销总监
三、团队创业能力
我们的创业团队聚集了一批在技术开发、产品研发、企业管理、市场营销等方面有较深造诣的专家，其中多人有海外留学、工作、参加国际合作项目的经历，掌握了先进的国际尖端技术，并有承担大项目的经验（如国家973项目、国家863项目等），尤其重要的是，本项目团队经过长达十多年的艰苦攻关以及数百万元的经费投入，突破并掌握了具有自主知识产权的耐高温晶体膜核心技术，并开发成功晶体膜系列产品，目前最高能加热至450℃高温，并可在此高温下连续不间断干烧数月（无水冷却），无可见光辐射，零碳排放，节能环保，其技术性能指标处于国内领先水平，国内尚无其他同类产品能与之相媲美。

我们的产品已经开始试用于皮鞋烘胶、香菇烘制、汽车烤漆等行业，为相关企业节省了30%以上的电费开支。

本项目中我们将研发新的晶体膜产品，通过改进耐高温纳米晶体膜材料配方和制作工艺，将最高加热温度从450℃提升至600℃，从而向更多的应用领域扩展，包括量大面广的家电领域。

本项目团队中总经理邱洁华研究员具有多年市场开拓和销售的经验，在现阶段就已经成功地将我们生产的晶体膜产品试用于皮鞋烘胶、香菇烘制、汽车烤漆等相关企业，由于我们的产品不仅性能好，而且运行成本低，为这些企业节省电费30%以上，通过降低其生产成本而直接增加了这些企业的利润，因此产品一经推出就供不应求，在这些制造行业已经初步打开局面，建立了产品销售渠道，有了相对稳定且在不断扩大的客户群，形成了我们的知名度和影响力。

基于我们产品国内领先的技术性能和较低的运行成本，以及从军工到民用如此巨大的电加热市场需求，只要营销策略得当，不难占领更大的市场份额，并使企业得到快速发展，最终成为晶体膜加热行业的领头羊。

首先，根据从军工到民用各应用领域的不同功能需求特点，将用户分为高端、中端、低端三大群体，分别研发高档、中档、低档晶体膜产品，每档产品的性价比都大大优于同类其他产品，具有很强的市场竞争力。

其次，建立全面且完
善的营销管理体系，包括：生产订单、原料购入、产品生产、产品销售、产品配送、安装调试、售后服务等，成立市场部、销售部、运营管理中心等相关的职能部门或机构。

进而，建立多级分布式的区域管理体系，在国内一些重点城市设立营销、展销、物流配送、售后服务分中心，组建全国销售网络。

在此基础上，建立外贸以及全国总代理制的产品出口体系，开拓国际市场。

此外，与国内著名电商平台如京东商城、国美电器等进行战略合作，打造24小时全天候网上直销平台。

创新是企业不断发展壮大的核心竞争力，因此在产品技术层面上，我们将秉持“产销一代，研发一代，预研一代”的发展理念，不断创新，做到“人无我有，人有我好，人好我精”，始终占据市场先机和主动。

【融资能力：介绍团队的融资策划能力、融资渠道等。

】
本项目团队与投资界人士有广泛的联系，目前我们已经与一些风险投资公司，如苏州景风正德股权投资管理合伙企业，江苏九州创业投资管理有限公司等进行了洽谈，已初步达成合作意向。

见《投资框架协议》
四、拟办（已创办）企业
第三章项目技术方案
一、项目总体技术概述
（一）总体技术方案
传统的电加热技术中，发热部件是盘绕成密集线圈形式的电热丝，通电时因存在电感效应，并且辐射可见光，因此会额外增加电能损耗，且热惯性大，加热不均匀，寿命较短。

本项目中的晶体膜技术，其核心发热部件是一层制作在绝缘材料表面的导电薄膜，当电流通过该导电膜时，通过电热转换迅即发热，因此被称为晶体膜，如图1所示。

图1：晶体膜工作原理示意图
虽然晶体膜与电热丝的工作原理相同，都是基于电热能量转换效应，但晶体膜不存在电感效应，所以电热转换效率高，并且热惯性小，热响应速度快，是取代电热丝产品的理想选择。

晶体膜的工作原理比较简单，在实验室内制作出用于演示用途的晶体膜样品也不是太难，但是要研制出实用化的产品，并且达到批量化生产及商业化应用程度并非易事，不仅要解决晶体膜产品在高温工作条件下的可靠性和稳定性，还要攻克晶体膜产品的批量化制作工艺，从而保证各批次生产的晶体膜产品性能的一致性。

目前国内虽然已经出现了一些晶体膜产品，但在性能上普遍存在不耐高
温、不耐干烧、功率衰减的缺点，其问题关键在于没有找到理想的耐高温晶体膜材料化学成分配方，以及使晶体膜材料物理性能和化学成分分布均匀一致的批量化制作工艺。

本项目团队通过前期攻关，找到了一种较为理想的耐高温晶体膜材料配方，其化学成分多达9种，均为纳米尺度颗粒，均匀致密，与衬底结合力超强，且厚度只有几微米，完全透明。

通过这9种纳米材料配方在物理和化学特性上的优势互补，使其兼有高电导率、热效高、粘附力强、耐高温、抗升华、温升曲线好、高稳定性的优点，其最大特点是可以在450℃高温下连续不间断数月干烧，工作寿命远远领先于其它同类晶体膜产品。

此外，我们还研制了在线式连续生产设备，可将晶体膜直接制作在任意形状的载体表面，包括各种曲面和平板，即使是大尺寸平板，不同生产批次间的晶体膜膜厚和电导率分布也非常均匀，不会出现局部电流过大导致发热不均，乃至晶体膜烧毁的情况。

本项目中我们将改进晶体膜配方，研究超高温晶体膜产品及其批量化制造工艺，将最高加热温度从450℃提升至600℃，向更多的应用领域扩展。

【主要技术与性能指标：】
本项目的目标是面向市场需求，开发实用化的耐高温纳米晶体膜技术，并研制出系列化产品，实现其产业化应用，以逐步替代市场上高能耗的电热丝产品。

本项目中开发的晶体膜产品的功能特点是：
1）功率密度大；最高可达25W/cm2；
2）启动快，加热速度高；
3）机械强度高，抗振动、抗热冲击能力强；
4）制作元件不受形状限制可以制作在各种基材上；
5）加热元件功率密度易实现微分化设计；
6）易实现控温材料与电热材料共平面化设计；
7）节能，比传统电热元件节能10-30%；
8）高效，纳米半导晶体膜加热效率一般高达93以上、特殊的结构设计可以提高到98%；
9）寿命长，可达150000-200000小时以上；
10）抗电气高压，其载体石英或者玻璃是优异的电绝缘材料，漏电和耐压
强度高；
11）耐高温高压：其载体石英是晶体材料，结构稳定致密，不容易破裂，厚度1.2mm可耐40公斤高压，软化温度高达1650ºC，耐高温性能强，膨胀系数为0，温度变化不影响结构和尺寸。

12）独特的温度曲线，具有自身限温功能；
13）便于采用各种加热方式满足其使用性能要求；
14）成本低；其成本按功率单位仅为传统电热丝的4分之一（强）
15）热惯性小、反应速度快，加热即热，断电即冷；
16）热效率比传统电热丝高出14%以上；
17）功率不易衰减，不存在传统电阻元件氧化而导致功率衰减的问题
18）加热均匀，较其他传统电加热模式更易实现精确控温，精度可达±1度；
19）安全系数高，属于低温加热，无明火；
本项目中开发的晶体膜产品的主要技术性能指标是：
（1）晶体膜纳米导电材料膜厚小于5微米，不均匀性小于5%（20cm×30cm 样品），可制作在任意形状基底表面，既可以是平面，也可以是曲面；
（2）纳米晶体膜的电阻率低于0.01Ω•cm，导电性能好；
（3）晶体膜的透光率大于90%；
（4）单片晶体膜产品（20cm×30cm）的加热功率不低于2KW，在30秒内能迅速加热至450℃，60秒内能加热至600℃；
（5）电热转换效率大于90%，比相同功率的电热丝加热器省电30%以上；
（6）可连续长时间干烧（无水冷却），在高温下可连续干烧6个月以上；
（7）工作寿命大于10年。

本项目中开发的晶体膜产品的产业化指标：
面向皮鞋烘胶、香菇烘制、汽车烤漆等相关企业的需求，研发相应的晶体膜器件和整机产品，晶体膜器件年产200万套，晶体膜整机产品年产10万台，年产值达到2000万元。

我们还将继续研发新的晶体膜产品，在量大面广的家电领域占据一席之地。

在此基础上，继续改进耐高温纳米晶体膜材料配方和制作工艺，将最高加热温度从450℃提升至600℃，从而向更多的应用领域扩展。

（二）项目创新内容
（1）攻克并掌握了耐高温晶体膜的多元化学成分配方
目前市场上一些其他的晶体膜产品，其晶体膜化学成分以氧化锡为主，另外还添加了氧化锌、氧化锑、氧化铝等少数几种成分，其缺点是不耐高温，不耐干烧，晶体膜与基底之间的粘附力差，在干烧情况下晶体膜易脱落而导致产品缺陷或失效。

本项目团队通过针对性地添加一些微量元素成分，并经过上千次的反复实验探索和验证，确定了一种较为理想的耐高温晶体膜多元成分配方，其化学成分多达9种，且均为纳米尺度颗粒（图2），均匀致密，与衬底结合力超强，且厚度只有几微米（图3），完全透明。

通过这9种纳米材料配方在物理和化学特性上的优势互补，使其兼有高电导率、热效高、粘附力强、耐高温、抗升华、温升曲线好、高稳定性的优点，目前已能加热至450℃高温，并能在此温度下连续不间断干烧数月，工作寿命远远领先于其它同类晶体膜产品。

本项目中将继续改进晶体膜配方，将最高加热温度从450℃提升至600℃，向更多的应用领域扩展。

图2：组成晶体膜的颗粒均为纳米尺度
图3：晶体膜厚度不到3微米
（2）研制出可连续生产的在线式高温气相镀膜设备
在攻克了耐高温晶体膜的核心化学成分配方之后，下一个难题就是将晶体膜均匀沉积在基底材料上的批量化制造工艺。

为此，我们研制了一台在线式高温气相镀膜设备（图4），将纳米材料喷涂、印刷、离子水处理、干燥、隧道烧结等多种功能集成于一体，成为一套全自动晶体膜制备流水工艺线，尤其是研制出耐腐蚀、耐高温的纳米材料喷头，以及耐高温转动炉芯，这样可在600℃高温下，将晶体膜直接制作在任意形状的载体表面，包括各种曲面和平板，即使是大尺寸平板，不同生产批次间的晶体膜膜厚和电导率分布也非常均匀，不会出现局部电流过大导致发热不均，乃至晶体膜烧毁的情况，解决了晶体膜产品批量化生产的
难题。