电子烟电阻雾化技术研究进展

黄波

摘要：从2004年开始，随着电子烟的商业推广，关于其雾化技术的研究也越来越多，但对于雾化技术的研究还很缺乏。作为其关键部分的雾化技术，雾化技术的好坏将会对其产生的雾化效果、气溶胶特性、功效和安全性产生重要的影响。随着FCTC要求对电子烟进行更严格的管理，以及中国在寻求更多关于电子烟的管理建议的情况下，对其进行深入的分析就变得非常有意义。

关键词：电子烟；电阻雾化；发展历程

1传统电阻丝加热雾化技术

1.1雾化组件

所组成的喷雾总成大多是由导油件外围的发热纤维或发热纤维的外围包裹着导油件组成，其大多是由自动纺丝机生产而成。主要的参数包括了：发热丝类型及阻值、线圈数（N）、发热丝直径（r）、发热丝长度（L）、雾化组件直径（R）、雾化组件长度（W）、发热丝间距（H）、导油长度、与导线连接方式等。当功率较大、电阻较低时，则发热丝所能供给的热量较多，则产生的烟气较多，相反，功率较低，烟气较少。发热线的平均距离，也叫距离，用来表示发热线在加热过程中有没有聚集，或者发热线的密度。

1.2发热丝材料

对于电烟热丝材，需要具有较高的抗高温性能，且在高温下不会产生有害物质。主要使用的材料有：铁铬铝合金丝、镍铬合金丝、不锈钢丝、镍丝、钦丝等。在这些材料当中，镍铬合金丝因为它拥有较高的电阻率、表面抗氧化性好、强度较高、加工性和可焊性良好、使用寿命长等特点而被使用最多。实验室利用电感藕合等离子质谱法对30多种市面上主流一次性和可换烟弹式小功率电子烟产品加热丝展开了成分分析，发现大部分电子烟发热丝使用的是镍铬丝，占被测试品种的85%，只有极少数为铁铬铝合金丝。

1.3导油材料

导油材料从最初的多孔金属镍网、钢丝网等，发展到后来的玻璃纤维绳、聚酷纤维绳、棉质纤维绳，还有现在的研究热点——多孔陶瓷芯导油，它的作用是导油、锁油。但其不足之处在于：镍丝具有迁移性，而且在受热后，其表面极易发生炭化和黑色，从而影响使用者的使用感受，同时其导油性也较差。玻纤绳，亦称高硅氧玻纤，具有超过14500℃的熔点，广西中烟草利用碳纳米管和石墨及其两者的复合强化增韧玻纤，克服了常规导油绳弹性差、易脆和易断裂等缺点，在提高其使用寿命的前提下，提高了玻纤的热传导性能，但玻纤在加热过程中容易发生降解，对人的身体造成伤害，而且容易碳化和焦化，影响口感，容易断裂，而且末端不易牢固。

1.4雾化性能分析

目前，对电子烟雾化性能的研究多采用反向方法，一是研究其释放特征，如烟雾量、单口稳定性、释放组分和理化性质，以及其释放的影响因子等。二是对烟雾中的烟雾进行了测试，并对烟雾中的烟雾进行了分析，为烟雾中的烟雾成分进行了分析，并对其进行了安全评估。通过红外热像仪，热电偶联合红外热像仪，但是以上的研究由于其自身的不足，无法准确地描述出电子烟吸入的真实情况，所以其可靠性并不高。

2非电阻丝雾化技术

现有的电阻线雾化工艺中，由于其加热过程中的温升不能精确控制，热分布不均匀，有效加热面积不足，容易积碳，零件离散组很难实现自动化，产品一致性较差，这使得新型的电阻线雾化工艺被开发出来，并逐渐被替代。根据加热部件的结构造型来划分，它可以将加热部件划分成：陶瓷厚膜雾化技术、金属网格雾化技术、片状雾化技术、管状雾化技术、泡沫和颗粒雾化技术等。其中，厚膜陶瓷雾化技术已经在电子烟产品中得到了大量的使用，它很有可能会替代传统的电阻丝雾化技术，片状雾化技术已经逐渐被使用，金属网格雾化技术等其它的电阻雾化技术正在进行着研究和专利布局。

2.1陶瓷厚膜雾化技术

相对于线状电阻式喷嘴，采用具有丰富微观结构的陶瓷材料，借助其内部的多个孔洞，借助其表面张力及毛细管效应，实现对喷嘴内液体的均匀浸润，从而实现对喷嘴内液体的高效喷射，具有耐高温、大面积、温度场分布均匀、易于组装等优势，是目前喷嘴喷嘴领域的一个研究热点。陶瓷厚膜加热器是由陶瓷与加热膜组成的，陶瓷是由高温烧结法、陶瓷发泡法、挤出法、有机泡沫塑料浸渍法、CVD浸渍法等制成的，加热膜由W、Pt、Mn等一种或数种不同的材料制成，加热膜由厚膜印刷或刻蚀技术制成，可以形成“S”型等不同形状的加热膜，对相同尺寸、不同阻值的制品，可以设计不同的加热路径，以增强加热膜的加热率。

2.2片状雾化技术

将电热丝+玻璃纤维的雾化部件替换为普通的电热丝+玻璃纤维的雾化部件，从而消除玻璃纤维的存在，不仅可以获得更大的存储面积和更大的加热面积，而且可以降低电子烟液的加工成本，同时也可以解决积碳和提高安全性的问题，它可以分为两类：一类是板状基的离体包覆发热膜，即pTC膜、发热涂料层或者是纳米金属膜，在发热膜产生热量时，可以将发热体全部加热，从而实现对烟液的雾化。二是加热元件由一个板状的底板构成，并且在靠近加热元件底板的外部设有一个加热器，当加热元件产生加热时，将热量直接传送到加热元件，从而将粘附在其上的烟雾雾化。

2.3金属网格雾化技术

这种网眼式加热器具有受热面积大，受热面积及受热面积可由调整网眼大小来调整。网格加热体的设计思想有两种：一种是将两条电线分别与金属网或者金属微孔洞相结合，但是随着金属网的网眼越来越高，丝的直径也越来越小，每一条线都会变得越来越多，但是这也增加了焊接或者铆接的困难，制造成本也会变得很高，而且还会有接触不好的危险。第二种方法是将电阻丝线编织为电阻丝网，再将其打印或喷洒为一种导电性糊剂，制成一张单晶网片。

2.4管状雾化技术

管状微孔的优点在于：具有更大的散热区域，并且其外表面与贮油体接触，可以生成适当数量的烟气，从而达到更好的口味。加热体上设有贯穿管壁的小孔，通过毛细作用对贮油器中的烟液进行吸附，从而增加了加热体的散热区域和与烟液的接触区域，使得加热体在加热体上的分布更加均匀，从而提升了雾化速度，还可以让烟液通过加热体的管壁，从而达到一边吸附，一边雾化，从而提升了雾化效果。

2.5泡沫和颗粒雾化技术

加热元件为金属泡沫、碳泡沫或碳泡沫或碳泡沫等，可将其上所粘附的烟气进行雾化。这种结构具有较大的贮存面积和较大的加热面积，使流体加热更加均匀，使粒子更加精细的雾化。微粒电阻式加热器，是通过微粒间的空隙，来导油和对电子烟液体进行加热，例如，菲莫使用的是几种融合在一起的微粒或微粒，每一种微粒或微粒的直径都在1毫米左右，这样就可以达到更好的受热效果。

结语

通过不断地进行创新与改良，在雾化效果和生产效率上都有了一定的进步，特别是新一代雾化技术的发展与应用。然而，目前的电子烟，其安全性、功效仍然受到人们的怀疑，在应对环境的时候也没有得到充分的关注。在此基础上，提出了一种新型的喷雾设备。此外，亦需强化喷雾技术之安全性与有效性之研究及质量控制。在此基础上，要强化电子烟的追踪与控制，并及时对电子烟的科技发展所产生的冲击进行评价。

参考文献

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