[发明专利]溶剂流延式电热聚合物膜

说明书

本发明提供了一种制造电热元件的方法，所述方法包括将电热聚合物溶解或分散于在1个大气压下具有小于100℃的沸点的有机溶剂中以形成包含所述电热聚合物的液体组合物。在衬底上流延所述液体组合物的膜，并且将所述有机溶剂蒸发以形成所述电热聚合物的膜。从所述衬底移除所述膜并且将所述膜设置在电导体之间以形成电热元件。

发明背景

存在用于冷却应用的各种各样的技术，包括但不限于：蒸发冷却、对流冷却或诸如电热冷却的固态冷却。用于住宅和商用制冷以及空气调节的最流行的技术之一是蒸气压缩制冷剂传热回路。这些回路通常使具有适当的热力学性质的制冷剂循环穿过包括压缩机、排热换热器(即，换热器冷凝器)、膨胀装置和吸热换热器(即，换热器蒸发器)的回路。蒸气压缩制冷剂回路在各种环境中能有效地提供冷却和制冷，并且在一些情况下可以反过来作为热泵运行。然而，许多制冷剂会带来环境危害，诸如臭氧消耗潜势(ODP)或全球变暖潜势(GWP)，或可能是有毒的或易燃的。另外，蒸气压缩制冷剂回路在缺乏足以驱动制冷剂回路中的机械压缩机的备用电源的环境中可能是不切实际的或不利的。例如，在电动车辆中，空调压缩机的电力需求会导致明显缩短的车辆电池寿命或可行驶里程。类似地，压缩机的重量和电力需求在各种便携式冷却应用中可能是有问题的。

因此，开发作为蒸气压缩制冷剂回路的替代方案的冷却技术一直受到人们的关注。已提出了各种技术，诸如场激活热或电流响应式传热系统，所述传热系统依赖于材料，诸如电热材料、磁热材料或热电材料。然而，许多提议已被实现为可缩放性能力或批量生产受限的小型示范。

已提出诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)的电热聚合物来供传热系统使用。然而，当为了实现诸如与常规蒸气压缩传热系统相当的温升的性能参数而在极薄的膜系统中制作时，所述电热聚合物存在许多潜在问题。诸如热塑膜挤出法的常规聚合物膜制作技术往往并不产生对于电热性能而言最优的聚合物晶体结构。溶剂流延法可用作替代的膜制作技术。然而，溶剂流延法会产生多孔膜，所述多孔膜在暴露于电场时会产生电弧放电而在膜中诱导电热效应，这进而会导致过早的膜击穿。

发明简述

在本公开的一些实施方案中，一种制造传热系统的方法包括将电热聚合物溶解或分散于在1个大气压下具有小于100℃的沸点的有机溶剂中以形成包含电热聚合物的液体组合物。在衬底上流延液体组合物的膜，并且将有机溶剂蒸发以形成包含电热聚合物的膜。从衬底移除膜并且将所述膜设置在电导体之间以形成电热元件。在电热元件与热源或散热器之间提供流体流动路径以在电热元件与热源或散热器之间进行受控的传热。

在一些实施方案中，一种制造电热元件的方法包括将电热聚合物溶解或分散于在1个大气压下具有小于100℃的沸点的有机溶剂中以形成包含电热聚合物的液体组合物。在衬底上流延液体组合物的膜，并且将有机溶剂蒸发以形成包含电热聚合物的膜。从衬底移除膜并且将所述膜设置在电导体之间以形成电热元件。

在任何以上实施方案中，溶剂在1个大气压下具有小于80℃的沸点。

在任何以上实施方案中，溶剂在1个大气压下具有小于70℃的沸点。

在任何以上实施方案中，溶剂在1个大气压下具有至少50℃的沸点。

在任何以上实施方案中，基于液体组合物的总重量，液体组合物包含0.1重量％至50重量％的电热聚合物。

在任何以上实施方案中，电热聚合物是聚偏二氟乙烯或液晶聚合物。

在任何以上实施方案中，在＝10atm、但更具体地＝3atm、但更具体地＝1atm下在0℃至100℃的温度下将所述有机溶剂蒸发。

在任何以上实施方案中，在有机溶剂的蒸发之后使所述膜退火1分钟至1000小时。

在任何以上实施方案中，在有机溶剂的蒸发之后在0℃至200℃的温度下使所述膜退火。

在任何以上实施方案中，所述膜具有至少10V/μm的击穿强度。