电加热丝的性能分析

采用图15.12所对应的掩膜板在布料上打印一系列阻值不同的液态金属加热丝，并在室温环境下依次对其进行实际工作性能测试［3］。在通电过程中，为了测量液态金属的加热效果，将铜康铜热电偶置于加热丝的布料基底背面来进行实时温度监测。同时，为了对比阻值不同的液态金属电加热丝在微观结构上的差异，可将阻值为7Ω和18Ω的两个电阻丝分别取样，置于环境场扫描电子显微镜下观测，结果如图15.13所示。

从纤维上液态金属之间的相互黏附面积来看，小阻值样本的相互黏附面积要远大于大阻值样本。根据电镜观测估计，该布料基底上的总纤维厚度约为700 μm，而单根纤维的直径约为30 μm。因此，对于图15.13b上标注的区域而言，粘连在不同纤维上的液态金属会形成微米级别的液态金属桥。虽然电源接通时流过该样本的电流只有0.4A左右，但是这些微米级别的液态金属桥上的电流密度却很容易达到103～104A/cm2，因此会出现液态金属的电迁移现象。当布料基底上的这些液态金属微米桥都发生电迁移时，导致液态金属在纤维上的连接薄弱处同时断路，造成整个电加热丝的阻值成雪崩式增长。但是当纤维上的液态金属像图15.13a那样大面积呈现相互连接时，所构成的液态金属桥的宽度则相应增长到毫米尺度上；同样通过0.4 A的电流时，通过这些液态金属桥的电流密度就很难达到发生电迁移的阈值，因此不会对整个电加热丝的阻值造成明显影响。

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图15.13　电子显微镜下液态金属电热丝的形貌图［3］

a.阻值为7 Ω的电加热丝；b.阻值为18Ω的电加热丝。