一种高长径比方钴矿热电器件制备制造技术

本发明专利技术涉及一种高长径比方钴矿热电器件以及制备方法。该器件包括n型和p型方钴矿电偶臂，电偶臂间隙之间填充耐高温无机胶粘剂，热电器件的冷热端有微电极，冷端有引出导线。其制备包括以下过程：(1)方钴矿原材料的第一次切割；(2)方钴矿薄片热电阵列的胶粘组装；(3)单排方钴矿阵列的切割；(4)多排方钴矿阵列的胶粘组装；(5)切除模具；(6)制备掩膜；(7)制备微电极；(8)焊接引出导线。本发明专利技术的高长径比方钴矿热电器件，其电偶臂长度与横截面积比值大，热端使用温度可达到450℃，能够有效保持热电器件冷、热端温差，构型紧凑，在较小的横截面积内集成数量较多的电偶臂，使热电器件能够在小面积内产生大电压。

Preparation of a high length diameter pyroelectric device

【技术实现步骤摘要】
一种高长径比方钴矿热电器件制备
本专利技术属于温差电器件领域，具体涉及一种高长径比方钴矿热电器件及其制备。
技术介绍
热电器件是一种利用Seebeck效应将温差转换为电能的能量转换部件。具有静态、无振动、无排放、无污染、不需维护、可靠性高、寿命长等优点。可用于工厂等场合废热发电。还可以用于核电源中，充当能量转换部件，将同位素热源产生的热能直接为电能。在深空探测器、深海信标、极地电子设备等环境恶劣中是不可或缺的长寿命电源。不同的应用背景对热电器件的输出功率和电压有不同的需求。在某些使用场合下，要求热电器件的电功率满足要求的同时，需要热电器件能够在有限的横截面积内产生足够大的电压，以带动电子设备的运行。此时需要热电器件中电偶臂长度较大，以保持热电器件冷端和热端之间的温差；同时电偶臂的横截面积尽量小、排布紧凑，以便在有限的横截面积内集成对数较多的电偶臂，保证热电器件产生足够大的电压。因此，需要一种高长径比的热电器件，即电偶臂长度与电偶臂横截面积比值较大。现有中高温热电器件的长径比普遍较小，不能保持发电器内有足够的温差；且电偶臂横截面积和间隙较大，在有限的面积内集成的电偶臂数量有限，热电器件的电压达不到要求。高长径比热电器件制备过程中存在的技术困难包括：电偶臂强度不够，加工和使用过程中容易断裂；有限横截面积内集成多对热电偶臂操作困难；电偶臂横截面积和间隙较小，对于中高温热电器件难以使用传统钎焊工艺制备微电极。方钴矿热电材料使用温度可达到500～600℃，且具有优异的热电性能，n型和p型方钴矿的ZT值都可以达到1以上。因此方钴矿是一种极具应用潜力的中温热电材料。已经被制成热电器件，有望在深空探测、军用长寿命电源、废热发电等领域利用。但目前还没有高长径比的方钴矿热电器件。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种电偶臂横截面积小、长度大、结构紧凑的高长径比方钴矿热电器件。为达此目的，具体采用如下方案：一种方钴矿热电器件，包括p型方钴矿热电偶臂、n型方钴矿热电偶臂、及位于所述的电偶臂两端的微电极，所述的p型方钴矿热电偶臂、n型方钴矿热电偶臂间隔有电偶臂间隙。所述的电偶臂的长径比≥25。所述的电偶臂间隙≤1mm。所述的电偶臂间隙填充有高温无机胶粘剂。所述的微电极由接触层和电极层组成。所述的接触层为金属薄膜层。所述的电极层为铜薄膜层。所述的方钴矿热电器件还包括引出导线。本专利技术的方钴矿热电器件电偶臂横截面积小、长度大、结构紧凑、电偶臂排布规整，热电器件的热端使用温度可达到450℃，冷热端能够保持足够大的温差，在有限横截面积内能够产生较大的电压。本专利技术还提供一种使电偶臂横截面积小、长度大、结构紧凑的方钴矿热电器件的制备方法。为达此目的，具体采用如下方案：一种方钴矿热电器件的制备方法，所述的方法包括以下步骤：(1)获取方钴矿薄片：将n型和p型方钴矿块体原材料分别切割成若干薄片；(2)获取方钴矿薄片热电阵列：由若干n型方钴矿薄片和p型方钴矿薄片组成的方钴矿薄片热电阵列，在由相邻的n型方钴矿薄片和p型方钴矿薄片形成的间隙中填充无机胶粘剂，并进行胶粘固化；(3)获取单排方钴矿阵列：将步骤(2)所得方钴矿薄片热电阵列在垂直于薄片方向、且平行于薄片长度方向进行切割，切割成由若干n型和p型方钴矿电偶臂交替排布组成的单排方钴矿阵；(4)获取多排方钴矿阵列：将步骤(3)所得若干单排方钴矿热电阵列形成多排方钴矿阵列，在相邻单排方钴矿热电阵列之间填充耐高温无机胶粘剂，并进行胶粘固化；(5)切除模具：将步骤(4)所得带有模具的多排方钴矿阵列外围的模具切除；(6)制备掩膜：在步骤(5)所得多排方钴矿阵列的冷端面、热端面分别制备掩膜；(7)制备微电极：在多排方钴矿热电阵列的冷端面、热端面制备微电极，获得带有微电极的方钴矿热电阵列；(8)在步骤(7)所得带有微电极的方钴矿热电阵列的冷端电偶臂上连接引出导线(8)，得到方钴矿热电器件。所述的步骤(2)具体为：将n型方钴矿薄片和p型方钴矿薄片交替放置在粘接模具中，使用粘接模具固定所述的n型方钴矿薄片和p型方钴矿薄片，以得到间隙均匀的方钴矿薄片热电阵列。所述的步骤(3)中电偶臂的长径比≥25。所述的步骤(4)具体为：将若干单排方钴矿热电阵列按照n型和p型电偶臂交替排列方式放置在粘接模具中，使用粘接模具固定所述的若干单排方钴矿热电阵列，以得到间隙均匀的多排方钴矿热电阵列。所述的步骤(7)包括，将步骤(6)所得覆盖有掩膜的多排方钴矿热电阵列放入磁控溅射仪中，使用磁控溅射方法在热端面和冷端面沉积接触层和电极层，除去掩膜，形成方钴矿热电阵列冷端面、热端面的微电极。所述的接触层成分为钛或镍，电极层成分为铜。本专利技术提供的制备高长径比方钴矿热电器件的方法能够制备出电偶臂横截面积小、长度大、结构紧凑的方钴矿热电器件，使热电器件的热端使用温度可达到450℃，冷热端能够保持足够大的温差，并满足有限横截面积内产生较大的电压。附图说明：图1本专利技术高长径比方钴矿热电器件侧视图；图2本专利技术热电器件俯视图，即为热电器件热端；图3本专利技术热电器件仰视图，即为热电器件冷端；图4本专利技术多排方钴矿阵列侧视图；图5本专利技术多排方钴矿阵列府视图；图6本专利技术方钴矿热电器件制备工艺流程图；图7本专利技术4×8方钴矿热电器件的电流-电压曲线和电流-功率曲线；图8本专利技术8×8方钴矿热电器件的电流-电压曲线和电流-功率曲线；1.n型方钴矿电偶臂2.p型方钴矿电偶臂3.电偶臂间隙4.无机胶粘剂5.接触层6.电极层7.微电极8.引出导线9.单排方钴矿阵列。具体实施方式下面结合附图1-8对本专利技术做出进一步解释。包括p型方钴矿热电偶臂1、n型方钴矿热电偶臂2、及位于所述的电偶臂两端的微电极7，所述的p型方钴矿热电偶臂1、n型方钴矿热电偶臂2间隔有电偶臂间隙3。所述的电偶臂的长径比≥25，即电偶臂长度：横截面积≥25:1。这种高长径比的方钴矿电偶臂在加工、制备器件和使用过程中容易损坏，因此采用传统制造方法不容易制备。本专利技术采用先胶粘制备方钴矿阵列，再制备电极的方法。使无机胶粘剂对电偶臂起到机械支撑、电绝缘、隔热的作用，使高长径比方钴矿电偶臂在加工和使用过程中不易断裂，热电器件具有良好的机械强度。所述的电偶臂间隙3≤1mm。所述的电偶臂间隙3填充有高温无机胶粘剂4。所述的微电极7由接触层5和电极层6组成。所述的接触层6为金属薄膜层，成分包括钛或镍。所述的电极层7为铜薄膜层。所述的方钴矿热电器件还包括引出导线8。本专利技术的方钴矿热电器件电偶臂横截面积小、长度大、结构紧凑、电偶臂排布规整，热电器件的热端使用温度可达到450℃，冷热端能够保持足够大的温差，在有限横截面积内能够产生较大的电压。一种方钴矿热电器件的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方钴矿热电器件，其特征在于：包括p型方钴矿热电偶臂(1)、n型方钴矿热电偶臂(2)、及位于所述的电偶臂两端的微电极(7)，所述的p型方钴矿热电偶臂(1)、n型方钴矿热电偶臂(2)间隔有电偶臂间隙(3)。/n

【技术特征摘要】
1.一种方钴矿热电器件，其特征在于：包括p型方钴矿热电偶臂(1)、n型方钴矿热电偶臂(2)、及位于所述的电偶臂两端的微电极(7)，所述的p型方钴矿热电偶臂(1)、n型方钴矿热电偶臂(2)间隔有电偶臂间隙(3)。


2.根据权利要求1所述的方钴矿热电器件，其特征在于：所述的电偶臂(2)的长径比≥25。


3.根据权利要求1所述的方钴矿热电器件，其特征在于：所述的电偶臂间隙(3)≤1mm。


4.根据权利要求1所述的方钴矿热电器件，其特征在于：所述的电偶臂间(3)隙填充有高温无机胶粘剂(4)。


5.根据权利要求1所述的方钴矿热电器件，其特征在于：所述的微电极(7)由接触层(5)和电极层(6)组成。


6.根据权利要求1所述的方钴矿热电器件，其特征在于：所述的接触层(5)为金属薄膜层。


7.根据权利要求1所述的方钴矿热电器件，其特征在于：所述的电极层(6)为铜薄膜层。


8.根据权利要求1所述的方钴矿热电器件，其特征在于：所述的方钴矿热电器件还包括引出导线(8)。


9.一种方钴矿热电器件的制备方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)获取方钴矿薄片：将n型和p型方钴矿块体原材料分别切割成若干薄片；
(2)获取方钴矿薄片热电阵列：由若干n型方钴矿薄片和p型方钴矿薄片组成的方钴矿薄片热电阵列，在由相邻的n型方钴矿薄片和p型方钴矿薄片形成的间隙中填充无机胶粘剂，并进行胶粘固化；
(3)获取单排方钴矿阵列：将步骤(2)所得方钴矿薄片热电阵列在垂直于薄片方向、且平行于薄片长度方向进行切割，切割成由若干n型和p型方钴矿电偶臂交替排布组成的单排方钴矿阵；
(4)获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静，向清沛，韩军，席治国，迮仁德，郭小峰，王宁，向永春，郝樊华，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51