一种可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件及其制备方法技术

本发明专利技术属于热电器件领域，具体为一种可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件及其制备方法。本发明专利技术通过将聚合物溶液均匀涂覆在弹簧模板上，然后以此聚合物作为基底，在基底的四周分别自顶向下涂覆一层热电活性材料，通过剥离方法最后制备出具有柔性、透气、可拉伸性、可穿戴和良好且稳定导电性能的弹簧状热电器件。本发明专利技术由模板法得到的弹簧状无机热电器件由于制备工艺简单，易于规模化生产且可编织和集成，因而可穿戴领域具有良好的应用前景。

A stretchable wearable spring like thermoelectric device and its preparation method

The invention belongs to the field of thermoelectric devices, in particular to a stretchable wearable spring-shaped inorganic thermoelectric device and a preparation method thereof. In the invention, the polymer solution is uniformly coated on the spring template, and then the polymer is used as the substrate, and a layer of thermoelectric active material is coated from top to bottom around the substrate. Finally, the spring-like heat with flexible, breathable, tensile, wearable and good and stable conductivity is prepared by peeling method. Electrical appliances. The spring-shaped inorganic thermoelectric device obtained by the template method has a good application prospect in the wearable field because of its simple preparation process, easy large-scale production, weaving and integration.

【技术实现步骤摘要】
一种可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件及其制备方法
本专利技术属于热电器件
，具体涉及一种可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件及其制备方法。
技术介绍
柔性可拉伸及可穿戴电子器件已经成为现代电子学的发展趋势。它们在电子皮肤，可穿戴显示器，智能衣服，医疗传感等领域有着广泛地应用。因此，迫切需要研发出一个与之匹配的提供能量转换的系统如热电器件，并且要求其具有质轻、柔性、透气、可拉伸等性能。传统的热电器件通常利用导电材料连接块体的P/N型热电材料制得，由于无机材料本身的刚性，不能满足上述的要求。近年来，基于柔性的有机聚合物热电材料相继被开发出来用于制备热电器件，然而由于其性能仍低于传统的无机热电材料，在一定程度上限制了其发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种透气、可拉伸、可穿戴的弹簧状无机热电器件及其制备方法。本专利技术提供的弹簧状无机热电器件，利用模板法，在作为模板的螺丝上均匀涂覆聚合物作为基底，再在此基础上涂覆热电活性材料。作为模板的螺丝可选用各种合适的商用螺丝。所述的聚合物为聚氨酯，但不限于此。所述的热电活性材料为P型热电材料碲化铋（Bi2Te3）和N型热电材料硒化铋（Bi2Se3），但不限于此。本专利技术提供的可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件的制备方法，具体步骤如下：（1）制备聚合物溶液：取作为基底的聚合物粒料3.5-4.5克，加入4-6毫升N,N-二甲基甲酰胺，70-90℃油浴下加热并搅拌溶解30-60分钟，得到聚合物的粘溶液；（2）制备聚合物基底：步骤（1）所制备的聚合物粘液均匀涂覆在模板螺丝上，待溶液在螺丝表面流平后，放入烘箱70-90℃干燥8-12小时，随后室温冷却得到聚合物基底；（3）制备弹簧状无机热电器件：将100-300毫克P型热电材料和100-300毫克N型热电材料分别用1-3滴粘结剂粘合，并自顶向下均匀地涂覆在步骤（2）所得到聚合物基底表面的两侧，在70-90℃烘箱干燥10-20分钟，冷却后再用导电银浆将P型热电材料和N型热电材料连接，在70-90℃烘箱干燥10-20分钟后，沿着螺丝螺纹方向剥离活性材料附着的聚合物基底，得到弹簧状无机热电器件。由本方法得到的可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件，具有良好的热电性能及优异的可拉伸可穿戴性能和持久的稳定性。首先，热电活性材料在聚合物基底表面实现了均匀、稳定的粘附，且易于根据螺纹方向进行剥离得到器件，该方法简单通用，成本低廉，具有较强的普适性和实用性。其次，弹簧状无机热电器件由于每一条腿之间存在间隙，能满足可穿戴器件对透气的需求。最后，制得的热电器件在不同拉伸比例下输出电压下降较少，且在经历多次拉伸后输出电压较初始状态均没有明显下降，稳定性强，同时，其可附着在人体皮肤表面，用于废热收集，因而在可穿戴领域具有良好的应用前景。附图说明图1为可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件的制备方法示意图。图2为可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件的实物图。其中，a为无机热电器件的实物图，b为无机热电器件局部放大图，c为无机热电器件的截面图像。图3为可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件的热电性能测试数据。其中，a为热电器件的输出电压和输出功率与温差的关系曲线，b为热电器件在温差50℃时的输出电压-电流与输出功率-电流关系曲线，c为热电器件的输出电压的变化与拉伸量的关系曲线，d为热电器件的输出电压随拉伸次数的变化关系。图4为可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件的不同拉伸比例的红外成像图像。其中，a为热电器件未拉伸的图像，b为热电器件拉伸至约40%的图像，c为热电器件拉伸至约60%的图像。图5为可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件用于收集生活中废热的光学照片。其中，a为热电器件贴附在皮肤表面的光学照片，b为热电器件弯成手环戴在手指的光学照片，c为热电器件的贴附在热水杯表面的光学照片。具体实施方式（1）制备聚合物溶液：取作为基底的聚氨酯粒料4克，加入5毫升N,N-二甲基甲酰胺，70℃油浴下加热并搅拌溶解40分钟，得到聚氨酯的粘溶液；（2）制备聚合物基底：将步骤（1）所制备的聚氨酯的粘溶液均匀涂覆在螺距为3毫米的螺丝上，待溶液在螺丝表面流平后，放入烘箱80℃干燥8小时，随后室温冷却得到聚合物基底；（3）制备可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件：将200毫克的P型热电材料碲化铋粉末和200毫克N型热电材料硒化铋粉末分别用2滴粘结剂粘合自顶向下均匀地涂覆在步骤（2）所得到聚合物基底表面的两侧，在80℃烘箱干燥20分钟，冷却后再用导电银浆将P型热电材料和N型热电材料连接，在80℃烘箱干燥15分钟后沿着螺丝螺纹方向剥离活性材料附着的聚合物基底，得到可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件。该器件在拉伸过程中输出性能稳定，且多次循环拉伸测试，性能保持稳定，如图3（c）和3（d）。另外，将该器件贴附在人体的皮肤上，能产生8.9mV的电压，如图5（a）所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）制备聚合物溶液：取作为基底的聚合物粒料3.5‑4.5克，加入4‑6毫升N,N‑二甲基甲酰胺，70‑90℃油浴下加热并搅拌溶解30‑60分钟，得到聚合物的粘溶液；（2）制备聚合物基底：步骤（1）所制备的聚合物粘液均匀涂覆在模板螺丝上，待溶液在螺丝表面流平后，放入烘箱70‑90℃干燥8‑12小时，随后室温冷却得到聚合物基底；（3）制备弹簧状无机热电器件：将100‑300毫克P型热电材料和100‑300毫克N型热电材料分别用1‑3滴粘结剂粘合，并自顶向下均匀地涂覆在步骤（2）所得到聚合物基底表面的两侧，在70‑90℃烘箱干燥10‑20分钟，冷却后再用导电银浆将P型热电材料和N型热电材料连接，在70‑90℃烘箱干燥10‑20分钟后，沿着螺丝螺纹方向剥离活性材料附着的聚合物基底，得到弹簧状无机热电器件。

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）制备聚合物溶液：取作为基底的聚合物粒料3.5-4.5克，加入4-6毫升N,N-二甲基甲酰胺，70-90℃油浴下加热并搅拌溶解30-60分钟，得到聚合物的粘溶液；（2）制备聚合物基底：步骤（1）所制备的聚合物粘液均匀涂覆在模板螺丝上，待溶液在螺丝表面流平后，放入烘箱70-90℃干燥8-12小时，随后室温冷却得到聚合物基底；（3）制备弹簧状无机热电器件：将100-300毫克P型热电材料和100-300毫克N型热电材料分别用1-3滴粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭慧胜，徐晓婕，左勇，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31