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.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115224183A(43)申请公布日2022.10.21(21)申请号202210812597.4(22)申请日2022.07.11(71)申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人张继业林晨骆军陈加议(74)专利代理机构上海上大专利事务所(普通合伙)31205专利代理师顾勇华(51)Int.Cl.H01L35/02(2006.01)H01L35/34(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称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(57)摘要本发明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。CN115224183ACN115224183A权利要求书1/2页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Ag2S0.4Te0.6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Cr10Ni90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Al。7.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，所述柔性基板(6)、柔性封装体(5)的制备材料为聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷或Ecoflex硅胶。8.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，在热电单元阵列的热电臂中建立温差，实现温差发电。9.一种权利要求1‑8中任一项所述具有波浪形热电臂的可拉伸柔性热电器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)n型热电臂制备：Ag2S0.4Te0.6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；或采用Ag2S0.4Te0.6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；(2)p型热电臂制备：将Cr10Ni90合金通过熔炼甩带得到薄片，再通过切割得到p型热电臂；(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；(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；(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；2CN115224183A权利要求书2/2页(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