电热膜介绍
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一、电热膜的由来
二、电热膜的发热原理
三、电热膜的特点
四、电热膜的主要类型
五、电热膜的国内外发展状况
六、电热膜的应用前景
七、电热膜技术的研究方向和意义
一、电热膜的由来
人类自从学会用电以来，电除被用于照明、驱动机器之外，还被用来加热、烧水、煮饭、取暖。人类对电加热器的研究一直没停止过，对加热材料的发明也没有中断。人类最早用金属丝作为加热材料。后来为了提高电热丝的寿命，人们发现了钨、铜、铬、镍等高温难熔金属，用这些材料制成的电阻丝，寿命提高了十几倍。以后，人们又发明了无机非金属陶瓷加热材料、PTC材料，PTC是正温度系数材料，它的加热功率随着温度的变化而变化。为了使电加热器加热到更高的温度，人们发明了硅铜加热棒和硅碳加热棒。随着人类生产与生活的需要，为满足不同用途，人们又制造出象涂料一样方便使用的电热薄膜加热材料。
电热膜涂料是以导电涂料为基础，在近几年才开始开发和应用的新型功能性涂料。按它的导电类型可分为电阻涂料、电波吸收涂料、电发热涂料、电波屏蔽涂料等。电发热涂料按其固化成膜的方式又可分为两种：高温固化成膜的，通常称为电热膜；常温固化成膜的，称为电热涂料。电热膜的类型，从加热温度来分，有高温型和低温型两类，高温型用在加热温度较高的电热器具，如开水器、电火锅等；低温型要求加热温度在100℃以下，常用于冬季汽车挡风玻璃防箱或电冰箱自动除霜等。从其自身特点又可分为瓷釉远红外电热膜、直热式远红外电热膜和半导体透明电热膜等。
二、电热膜的发热原理
所谓薄膜加热材料是在绝缘材料表面经过一定的工艺加工后，在绝缘材料表面形成一层导电薄膜。导电粒子在绝缘层的表面形成网状晶格结构，薄膜中加入的各种助剂可以调节电热膜功率。通电后，这层薄膜就可以实现转换，于是人们又称它为电热膜，其发热原理如图1所示。
三、电热膜的特点
电热膜主要由导电物质和成膜物质或膜状材料组成。不同的导电物质和成膜基体可以形成许多种电热膜。其加工方法，有的是将膜直接制备在被加热载体上，在载体上形成的薄膜不能和载体分离，例如将导电物质和成膜物质混合成浆料后，涂覆在需加热物体上，进行干燥成膜、热解喷涂成膜等；有的是将电热膜元件化，例如将导电物质和成膜物质混合后挤压成型；也有的采用物理气相沉积、真空喷涂、离子喷涂、溅射等方法，
使导电物与膜状基片组成一体，或将电热膜浆料制成转印纸等。
电热膜日益为人们所重视，并得到越来越广泛的应用，这是因为它又许多传统电热元件所不可比拟的优点。电热膜主要有以下一些特点：
1、面状发热、热效率高，节能省电
电热膜是面状发热材料，与被加热体形成最大限度的导热面，传热热阻小。通电加热时热量可以很快传给被加热体，并且由于这种加热方式热传导性好，所以电热膜本身温度并不太高，没有发红、炽热现象产生，辐射热损失很小，因此用电热膜制成的电热器具，热效率相当高，一般都在90%左右。而传统的点热源由于散热面积小，与被加热体要靠其他物体间接传导，在电热转换过程中，电能所产生的热能不能很快传给被加热体，造成电热元件上热量过于集中，元件本身很快变得炽热，电能的很大一部分变成光能而散失，造成电热转换效率较低。
在对比实验中，用同样功率同样类型的容器，煮沸等量的水，电热膜电热锅比电炉要节电50%，电热膜搪瓷烧锅比电热管式烧锅要节电10%~20%，电热膜金属烧锅比一般电热管式烧锅要节电20%~40%，电热膜电热器具有明显的节能效果。
2、寿命长，不易损坏
一般的电热源总是在炽热的状态下使用，所以很容易产生氧化，造成接头断路。而电热膜工作时由于接触面大、导热快，所以自身温度较低，这就改善了电热膜材料在通电加热状态下的自身的氧化问题，延长了使用寿命。
另一方面，电热膜的物理化学性能极为稳定，如透明导电膜，其本身的耐磨性能良好，硬度为莫氏7一8级，相当于石英、黄玉的硬度，一般使用中的摩擦对膜毫无影响。脱卸式的电热锅可把带电热膜的锅体脱下来洗涤，不会损坏膜层。其自身的熔点在1000℃以上，在使用中的耐热温度很高，热稳定性好。把电热膜分别在浓盐酸、浓硝酸、60%的硫酸和1%的氢氧化钠中浸泡72小时，其性能无变化。在350℃的工作温度时，连续通电3000小时，无氧化现象，性能无变化。只要不猛力碰、摔采用电热膜的加热元件，电热膜几乎没有损坏的可能。
对于有机电热膜而言，其柔软性极好，耐弯折。电热膜的耐折寿命大于8000次。这个特点又是电热丝所不能比拟的。所以有机电热膜适用于电热丝所不能适用的需要经常弯曲折叠的产品，如电热服、电热围腰、电热垫、电热围肩等产品。
3、外型可选择性强、适用范围广
有机膜可做成膜状、线状、板状，能根据需要截取不同长度和大小，用包复、粘贴、缠绕等方法固定在被加热物表面。
无机膜直接涂复在玻璃、瓷器、涂有绝缘膜的金属或其他绝缘材料，不受基体表面形状的限制，各种复杂形状的器皿或工作表面均可涂复。电热膜的这种特点使电热膜的适用范围比传统电热元件广泛的多。
4、具有自限温特性
许多电热膜品种具有正温度系数电阻，也就是说具有限温特性。这种特性是电热丝所不具备的，这种特性使电热膜在出现厚度不均时，膜厚处电流较大，温度上升较快。膜厚处温度上升，电阻也随之增大，电阻增大，电流随之减小，温度下降。这种特点给电热膜带来了许多优点：
(1) 保证了电热膜各处的温度均匀
电热膜是面加热，对温度均匀要求高，自限温特性保证了各处的温度均匀避免出现各处温度不均的现象。
(2) 延长了电热膜的使用寿命
自限温特性可避免电热膜因厚度不均而出现局部高温烧毁的现象。还可在电网电源出现过电压、过电流时保护元件不被烧毁。而电热丝在过电压、过电流时就有烧毁之虑。
(3) 降低了电热膜生产的技术工艺要求
自限温特性使电热膜不会因厚度不均而出现发热不均、局部过热甚至烧毁的现象，所以降低了生产电热膜产品时对厚度均匀的要求。
5、加工工艺简单、成本低
用电热膜取代电热丝、电热管、电热盘等传统电热元件，可以省去云母片、石棉板、炉盘、管子等辅助
零部件，从而使元件结构大为简化，且制造工艺简单重量、厚度和成本可以大幅度降低。另一方面，电热膜的原材料都是普通工业原料，成本低廉。
6、无明火、安全可靠
电热膜在电热转换过程中不产生明火。当电热膜加热器处于加热至100℃沸水状态时，电热膜不会烧蝴纸张、棉花、火柴，与之接触也不会引燃。因此电热膜很适合于有些需要加热保温，而又不允许有明火的特殊场所应用。
四、电热膜的主要类型
薄膜加热材料按主要成份可分为金属薄膜加热材料、无机薄膜加热材料和有机薄膜加热材料。
(1)金属薄膜加热材料把金属材料或金属氧化物，如银、铂、锡、钨等，用气相生长、电弧等方法把金属材料涂到绝缘材料表面，形成薄薄的一层导电膜。金属膜加工工艺复杂，成本较高，是第一代薄膜加热材料。
(2)无机膜是将无机导电材料，如石墨、SiC、SiO2和其它硅酸盐材料，在无机导电材料中添加成膜剂、阻燃剂等助剂制成涂料，把这种涂料涂抹在绝缘材料的表面，经高温处理后，去除粘结材料，在绝缘材料表面形成一层导电膜。由于无机材料本身所拥有的特点，因此，它具有寿命长、成本低、耐高温的优点。但是，无机材料是脆性材料，它只能用于制作刚性薄膜。
(3)有机加热薄膜材料是在有机高分子材料中加入导电粒子，或用导电有机材料制成薄膜材料，也可以把有机材料涂在绝缘材料表面制成有机导电薄膜。例如：由聚四氟乙烯掺杂碳黑，制成一种类似塑料薄膜式的加热带，不须依附于任何基材，柔软可折叠，本身导电无绝缘层。使用时可采用聚酰亚胺薄膜作绝缘层，有机膜具有弯曲性能，可折叠，但一般只能在较低温度下使用。
导电薄膜材料不同，特点不同，一般可根据使用要求选择不同的导电薄膜材料。
目前行业内流行的电热膜大致分类列于表1，比较有实用价值的电热膜制品大致分类列于表2。
五、电热膜的国内外发展状况
在电加热领域里，有电阻加热、电磁感应加热和微波加热三种类型，其中使用最广泛的是电阻加热方式。电阻加热中有各种加热元件，如电热丝、电热管、电热板、石英管、PTC电热元件等，除PTC电热元件外，其他发热元件均以电热丝作为其内在热源，用电热丝加热的方式已延续了100多年。近几年电热膜作为加热元件的产品不断问世。其实，电热膜技术的开发应用已经有好几十年了，只是由于其进入民用领域比较晚，加上我国对电热膜技术的开发应用也比较晚，所以人们对电热膜及其产品才显得比较陌生。电热膜加热属于电阻加热方法，这种加热技术的构想是国外在五十年代初提出并开始研究的，当时一些工业发达国家提出了采用薄膜型电加热材料对石油输油管道、电线电缆等野外设施进行保温防冻。五十年代末，美国俄亥俄州的布列斯克加热用品公司在原来生产柔软加热带材的基础上发展了一种恒定功率的加热电传。这个发展使电热膜技术向实际应用提供了一个可行的方案。六十年代初，美国瑞侃公司开发了一种加热电缆，该产品采用一种半导电塑料，其电阻能随温度作非线性变化，并且有正温度系数特性(PTC特性)，从而自动调整热输出功率，以达到控温和保温的目的，这可以说是电热膜应用的最初产品。
当时，很多国家和企业都在进行电热膜技术的研究和开发，但由于制造电热膜的材料基本上都采用金、银、铂等贵金属或氧化锢氧化锡和锢锡氧化物掺杂的半导体材料，且制膜工艺要求高，制膜设备复杂，所以成本昂贵。至使电热膜技术主要应用于航天、航空、军事、石油开采等少数高耗费领域。
从七十年代起，随着对电热膜技术的不断深入研究，制膜工艺、导电介质的配置技术等逐步成熟，电热膜的可靠性和稳定性有明显的提高，制造成本逐渐降低，其应用范围也不断扩大。七十年代末，电热膜技术已在许多国家得到开发利用，八十年代中后期，电热膜技术的应用已经相当广泛。目前已应用到电子、医疗、交通，宇航，家用电器、化学工业、轻工、纺织工业等领域。日本松下电器公司开发了以聚烯烃、尼龙等为主体的电热膜，它利用结晶性高分子树脂晶体受热熔融时的体积膨胀特性，使导电复合材料具有实现电流控制的功能，从而使器材的发热更趋合理化和理想化。日本大金公司结合氟树脂产品的开发也研制成功了聚四氯乙烯电热膜，主要应用在电热地毯、保温器具等家用电器产品上。美国北方电器公司生产的电热膜电热毯，年产量达400万条。美国雷顿公司研制生产的电热电缆，年产量达6万公里。英国Salton公司生产的各种无机类电热膜玻璃保温器具，因其技术先进而成为高附加值产品而进入国际市场。
我国电热膜研制始于70年代，上海有机氟研究所等单位均研制过电热膜，但未得到应用和推广。1984