本发明专利技术公开了一种具有波浪形热电臂的可拉伸柔性热电器件及其制备方法，该器件包括热电单元、柔性基板、柔性封装体。热电单元中的n、p型热电臂为波浪形，用电极连接成一字型热电臂对，再连接于导热柱上形成T型结构热电单元。将热电单元电串联形成热电单元阵列，并封装于柔性基板中，柔性基板贴合于热源表面用于收集热量，热电单元阵列顶端的水平热电臂阵列封装形成柔性封装体，作为热电器件冷端，柔性基底与柔性封装体间留有间隙，作为自然隔热层，确保垂直热源热流方向大部分集中于导热柱内，此器件构型结合了面内型和面外型热电器件优势，在热电臂中建立有效温差的同时保证了器件低厚度及高柔性，能应用于大曲率的热源表面的热量收集利用。量收集利用。量收集利用。
【技术实现步骤摘要】
一种具有波浪形热电臂的可拉伸柔性热电器件及其制备方法
[0001]本专利技术涉及热电器件邻域，涉及一种具有波浪形热电臂的可拉伸柔性热电器件及其制备方法。
技术介绍
[0002]近年来，中国智能可穿戴设备行业呈现井喷之势发展。伴随社会经济的发展与居民可支配收入的提高，居民的购买力逐渐增强，良好的经济环境推动了中国智能可穿戴产品的普及。常见的商业级智能可穿戴设备包括智能手环、智能手表、3D眼镜等。在医疗健康邻域，智能可穿戴设备的身影也屡见不鲜，包括：血压测量仪、脉搏计、血氧计、体温监控仪等。巨大的市场规模促使智能可穿戴设备向微型化、集成化和网络化进一步迈进，而优化器件供能方式、简化器件构成已经成为该领域亟需解决的关键问题之一。
[0003]因此，近年来以可穿戴式、植入式为代表的新一代智能微纳电子系统迫切需求开发微瓦
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毫瓦级自供电技术代替传统充电电池，以满足其向微型化、高密度化、高稳定性和可靠性发展的技术需求。理论上可完美解决上述电子设备能耗需求的电池应该兼具柔性和自供电两种功能，因此微型柔性自供电电池的研究和开发受到广泛关注。
[0004]目前，研究者已开发了基于光电、压电、摩擦电、热电效应等自供电的电池。其中，基于热电效应的自供电电池，是通过塞贝克效应实现热能到电能的直接转换，具有清洁、无运动部件、结构紧凑等优点。人体很大一部分的能量是以热能的形式向外界散失，利用热能实现可穿戴设备的自供电。现有柔性热电器件中，平面状的面内型薄膜热电器件虽然具有轻薄的特点，但贴合于人体皮肤无法建立有效温差，导致器件无法正常工作。而刚性热电颗粒结合柔性封装材料制得的面外型热电器件虽然可以有效建立温差，但厚度过大且柔韧性欠佳。因此，开发一种可靠性高、厚度薄、体积小、柔韧性好、性能优秀的热电器件，具有重要的研究和应用价值，其开发成功将对智能可穿戴设备的发展产生深远影响。
技术实现思路
[0005]为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有波浪形热电臂的可拉伸柔性热电器件及其制备方法，所制备的热电器件具有优异的柔韧性，可进行弯曲以及拉伸，并且可实现在热电臂中建立有效温差，实现温差发电，能够应用于大曲率的热源表面的热量收集利用。
[0006]为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种具有波浪形热电臂的可拉伸柔性热电器件，该热电器件包括热电单元、柔性基板、柔性封装体；由波浪形热电臂连接构成热电单元，再由热电单元连接构成的热电单元阵列，热电单元阵列的热电臂与导热柱连接，热电单元阵列连接的导热柱底端封装于柔性基板中；柔性基板贴合于热源表面，用于热量收集，热源产生的热量通过封装于柔性基板中的导热柱传导到热电臂中，热电单元阵列顶端的水平热电臂阵列采用柔性封装材料封装，形成柔性封装体，作为热电器件的冷端。
[0008]优选地，热电单元包括n型热电臂、p型热电臂、电极、导热柱；在热电单元中，n型热电臂与p型热电臂水平放置，通过电极连接实现电串联，构成一字型热电臂对；一字型热电臂对中部垂直粘接或焊接导热柱形成T型结构热电单元。
[0009]优选地，n型热电臂与p型热电臂为波浪形，且沿波浪方向可拉伸。
[0010]优选地，热电单元阵列至少包含两个热电单元，通过热电单元连接成热电单元阵列。
[0011]优选地，柔性基板与柔性封装体之间留有宽度不低于0.5mm的间隙，作为自然隔热层，确保垂直热源的热流方向大部分集中于导热柱内。
[0012]优选地，所述n型热电臂材料为Ag2S
0.4
Te
0.6
柔性非晶热电材料或其性能优化后的热电材料；所述p型热电臂材料为Cr
10
Ni
90
合金；所述电极材料为Cu，所述导热柱材料为具有高导热系数的材料Cu。
[0013]优选地，所述柔性基板、柔性封装体的制备材料为聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷或Ecoflex硅胶。
[0014]本专利技术柔性热电器件，包括热电单元、柔性基板、柔性封装体。其中热电单元包括：n型热电臂、p型热电臂、电极、导热柱。且n、p型热电臂为波浪形，沿波浪方向可拉伸。两型热电臂用电极连接成一字型热电臂对，再通过粘接或焊接方式固定于导热柱一端，形成T型结构热电单元。而后按照特定的排布方式将多个热电单元电串联形成热电单元阵列。热电单元阵列底端封装于柔性基板中，柔性基板贴合于热源表面用于收集热量，热源产生的热量通过封装于柔性基板中的导热柱传导到热电臂中。热电单元阵列顶端的水平热电臂阵列采用柔性封装材料封装，形成柔性封装体，作为热电器件的冷端。柔性基底与柔性封装体之间留有间隙，作为自然隔热层，确保垂直热源的热流方向大部分集中于导热柱内。该构型结合了面内型和面外型热电器件的优势，在热电臂中建立有效温差的同时保证了器件的低厚度及高柔性。优选地，在热电单元阵列中建立不小于5K的温差，实现温差发电。
[0015]一种本专利技术具有波浪形热电臂的可拉伸柔性热电器件的制备方法，包括如下步骤：
[0016](1)n型热电臂制备：
[0017]Ag2S
0.4
Te
0.6
柔性非晶热电材料或其热电性能优化后的热电材料，通过固相烧结得到铸锭，再通过切割得到n型热电臂；
[0018]或采用Ag2S
0.4
Te
0.6
柔性非晶热电材料或其热电性能优化后的热电材料粉末，通过放电等离子烧结进行热压，得到薄片，再通过切割得到n型热电臂；
[0019](2)p型热电臂制备：将Cr
10
Ni
90
合金通过熔炼甩带得到薄片，再通过切割得到p型热电臂；
[0020](3)将得到的n型热电臂或p型热电臂再通过模具压制成波浪形；
[0021](4)将n型热电臂与p型热电臂沿波浪方向水平放置，通过电极连接，实现电串联，构成一字型热电臂对，热电臂对导热柱中部垂直粘接或焊接于导热柱顶端，形成T型结构热电单元；
[0022](5)将多个热电单元通过电极连接在一起，实现电串联，构成热电单元阵列；
[0023](6)热电单元阵列顶端的水平热电臂阵列端面采用柔性材料进行封装，构成柔性封装体；
[0024](7)热电单元阵列的导热柱底端离水平热电臂阵列设定距离处，采用柔性材料进行封装，构成柔性基板，最终得到的柔性基板与柔性封装体间留有一定的间隙。
[0025]优选地，在步骤(5)或步骤(6)中，所述的柔性材料包括聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷或Ecoflex硅胶。
[0026]本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
[0027]1.本专利技术的n型热电臂、p型热电臂具有优异的柔韧性，可实现弯折；
[0028]2.本专利技术的热电臂制作成波浪形，沿波浪方向可实现拉伸；
[0029]3.本专利技术的热电器件可以弯折以及拉伸，具有可靠性高、厚度薄、体积本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有波浪形热电臂的可拉伸柔性热电器件，其特征在于，该热电器件包括热电单元、柔性基板(6)、柔性封装体(5)；由波浪形热电臂连接构成热电单元，再由热电单元连接构成的热电单元阵列，热电单元阵列的热电臂与导热柱(3)连接，热电单元阵列连接的导热柱(3)底端封装于柔性基板(6)中；柔性基板(6)贴合于热源表面，用于热量收集，热源产生的热量通过封装于柔性基板(6)中的导热柱(3)传导到热电臂中，热电单元阵列顶端的水平热电臂阵列采用柔性封装材料封装，形成柔性封装体(5)，作为热电器件的冷端。2.根据权利要求1所述的具有波浪形热电臂的可拉伸柔性热电器件，其特征在于，热电单元包括n型热电臂(1)、p型热电臂(2)、导热柱(3)、电极(4)；在热电单元中，n型热电臂(1)与p型热电臂(2)水平放置，通过电极(4)连接实现电串联，构成一字型热电臂对；一字型热电臂对中部垂直粘接或焊接导热柱(3)形成T型结构热电单元。3.根据权利要求2所述的具有波浪形热电臂的可拉伸柔性热电器件，其特征在于，n型热电臂(1)与p型热电臂(2)为波浪形，且沿波浪方向可拉伸。4.根据权利要求1所述的具有波浪形热电臂的可拉伸柔性热电器件，其特征在于，热电单元阵列至少包含两个热电单元，通过热电单元连接成热电单元阵列。5.根据权利要求1所述的具有波浪形热电臂的可拉伸柔性热电器件，其特征在于，柔性基板(6)与柔性封装体(5)之间留有宽度不低于1mm的间隙，作为自然隔热层，确保垂直热源的热流方向大部分集中于导热柱(3)内。6.根据权利要求2所述的具有波浪形热电臂的可拉伸柔性热电器件，其特征在于，所述n型热电臂(1)材料为Ag2S
0.4
Te
0.6
柔性非晶热电材料或其性能优化后的热电材料；所述p型热电臂(2)材料为Cr
10
Ni
90
合金；所述电极(4)材料为Cu，所述导热柱(3)材料为具有高导热系数的材料Cu或...
【专利技术属性】
技术研发人员：张继业，林晨，骆军，陈加议，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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