柔性热电模块制造技术

本公开的至少一些方面涉及一种柔性热电模块。热电模块包括柔性基板、多个p型热电元件和多个n型热电元件、第一组连接器、以及第二组连接器。基板包括填充有导电材料或热电元件的多个通孔。在一些情况下，多个p型热电元件和多个n型热电元件设置在柔性基板上。

Flexible Thermoelectric Module

At least some aspects of the present disclosure relate to a flexible thermoelectric module. Thermoelectric modules include flexible substrates, multiple p-type thermoelectric elements and multiple n-type thermoelectric elements, the first group of connectors, and the second group of connectors. The substrate comprises a plurality of through holes filled with conductive materials or thermoelectric elements. In some cases, a plurality of p-type thermoelectric elements and a plurality of n-type thermoelectric elements are arranged on flexible substrates.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】柔性热电模块
本公开涉及热电模块、装置、以及带。
技术介绍
对热电发电机已有研究，以利用温度梯度进行电能生成。传统上，热电发电机具有n型和p型材料，其根据温度梯度或通过n型和p型材料的热通量产生电势。已作出各种努力在广泛的应用中收获可再生能源的热废料。例如，如果热能从管道中耗散，那么可以直接从管道的表面收集能量。此外，所收获的能量可用于操作无线传感器，所述无线传感器能够检测连接部和沿管道的各种位置上的渗漏。
技术实现思路
本公开的至少一些方面涉及一种柔性热电模块，其通过包括以下步骤的方法制成：提供具有第一表面和相背对的第二表面的柔性基板；将第一图案化导电层施加至柔性基板的第一表面，其中第一导电层的图案形成第一连接器阵列并且每个连接器具有两个端部；通过从柔性基板上移除材料在柔性基板上产生多个通孔，其中通孔中的至少一些被定位成与第一连接器阵列的端部相对应；用热电材料填充通孔中的至少一些；将第二图案化导电层施加至柔性基板的第二表面，其中第二导电层的图案形成第二连接器阵列并且每个连接器具有两个端部，并且其中第二连接器阵列的端部中的至少一些被定位成与通孔中的至少一些相对应。本公开的至少一些方面涉及一种柔性热电模块，其通过包括以下步骤的方法制成：提供具有第一表面和相背对的第二表面的柔性基板；将第一图案化导电层施加至柔性基板的第一表面，其中第一导电层的图案形成第一连接器阵列并且每个连接器具有两个端部；通过从柔性基板上移除材料在柔性基板上产生多个通孔，其中通孔中的至少一些被定位成与第一连接器阵列的端部相对应；用导电材料填充通孔中的至少一些；将热电元件放置在基板的第二表面上，与通孔对齐；将第二图案化导电层印刷在热电元件的顶部，其中第二导电层的图案形成第二连接器阵列并且每个连接器具有两个端部，并且其中第二连接器阵列的端部中的至少一些被定位成与热电元件中的至少一些相对应。附图说明附图并入本说明书中且构成本说明书的一部分，并且附图与描述一起解释本专利技术的优点和原理。在附图中，图1A为热电模块的一个示例性示意性实施方案的透视图；图1B为图1A所示的热电模块的顶视图；并且图1C为图1A所示的热电模块的横截面视图；图1D为热电模块的另一个示例性实施方案的横截面视图；图1E为热电模块的另一个示例性实施方案的横截面视图；图2A为热电模块的一个示例性实施方案的横截面视图；图2B为热电模块的另一个示例性实施方案的横截面视图；图2C为热电模块的另一个示例性实施方案的横截面视图；图3A-3E示出热电带的一个实施方案以及它可如何使用；以及图4A-4D示出制备热电模块的示例性工艺的流程图。在附图中，相似的附图标号指示相似的元件。虽然可能未按比例绘制的以上附图示出了本公开的各种实施方案，但还可以设想其它实施方案，如在具体实施方式中所指出。在所有情况下，本公开以示例性实施方案的表示的方式而非通过表述限制来描述当前所公开的公开内容。应当理解，本领域的技术人员可想出许多其它修改和实施方案，这些修改和实施方案落在本公开的范围和实质内。具体实施方式除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中所使用的表达特征尺寸、量和物理特性的所有数在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望特性而变化。由端点表述的数值范围的使用包括该范围内的所有数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任何范围。除非内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一个/种”和“所述”涵盖了具有多个指代物的实施方案。除非内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求书中使用的，术语“或”通常以其包括“和/或”的意义采用。为了便于描述，本文中使用的空间相关的术语(包括但不限于“下”、“上”、“在……下方”、“在……下面”、“在……上面”和“在……顶部”)用于描述(多个)元件相对于另一元件的空间关系。除了附图中描绘和本文所述的特定取向外，此类空间相关的术语涵盖装置在使用或操作时的不同取向。例如，如果附图中所描绘的对象翻转或倒转，则先前描述的在其它元件下面或下方的部分此时将在那些其它元件上面。如本文所用，例如当元件、组件或层描述为在另一元件、组件或层“上”、“连接到”、“耦合到”或“接触”另一元件、组件或层时，其可能是直接在后者之上、直接连接到后者、直接耦合到后者或直接接触后者，或例如居间的元件、组件或层可能在特定元件、组件或层之上，或连接到、耦合到或接触特定元件、组件或层。当元件、部件或层例如被称为“直接在另一元件上”、“直接连接到”另一元件、“直接耦合到”另一元件或“直接与另一元件接触”时，例如不存在中介元件、部件或层。热电装置，也称为热电模块，可用作可穿戴装置和无线传感器的功率源，以及用于温度控制应用的冷却源。热电模块将温差转换为电功率并且通常包括电连接以产生电功率的多个n型和p型热电元件。例如，热电模块可利用体热生成用于可穿戴电子器件诸如健康护理监测手表的功率。此外，热电模块可用作贴片型传感器的功率源，所述贴片型传感器附接在动物或人身体上以监测健康信号，例如心电图(ECG)监测。热电装置和模块可用于电功率生成或冷却应用。本公开的一些方面涉及柔性热电模块。在一些实施方案中，热电模块薄，例如具有不超过1mm的厚度。在一些情况下，热电模块的热阻与热源的热阻相匹配，以使实现最佳电功率转换。在一些实施方案中，柔性热电模块的单位面积热阻为约0.5K-cm2/W，其接近通常与液体换热器相关联的单位面积热阻的值。在一些实施方案中，柔性热电模块的单位面积热阻小于1.0K-cm2/W。由于柔性热电模块可匹配液体换热器的(相对低的)单位面积热阻，因此柔性热电模块即使利用这些相对高通量的热源也可有效地产生电功率。本公开的一些方面涉及热电带，其中每个带具有多个热电模块。在一些情况下，热电带包括并联连接的多个热电模块。在一些情况下，热电带的区段可与带分开并且用作功率源。在一些情况下，热电带包括可用于输出所产生的功率的两条导线。图1A为热电模块100A的一个示例性示意性实施方案的透视图；图1B为热电模块100A的顶视图；并且图1C为热电模块100A的横截面视图。在一些情况下，热电模块100A是柔性的。热电模块100A包括基板110、多个热电元件120、第一组连接器130、以及第二组连接器140。在一些实施方案中，基板110是柔性的。在图1A所示的实施方案中，基板110包括多个通孔115。在一些情况下，用导电材料117填充通孔中的至少一些。柔性基板110具有第一基板表面111和与第一基板表面111相背对的第二基板表面112。多个热电元件120包括多个p型热电元件122和多个n型热电元件124。在一些实施方案中，多个热电元件120设置在柔性基板的第一表面111上。在一些实施方案中，多个p型和n型热电元件(122,124)中的至少一部分电连接至多个通孔，其中p型热电元件122与n型热电元件124相邻。在一些情况下，第一组连接器130(也称为电极)设置在基板110的第二表面112上，其中第一组连接器中的每一个电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性热电模块，其由包括以下步骤的方法制成：提供具有第一表面和相背对的第二表面的柔性基板；将第一图案化导电层施加至所述柔性基板的所述第一表面，其中第一导电层的图案形成第一连接器阵列并且每个连接器具有两个端部；通过从柔性基板上移除材料在所述柔性基板上产生多个通孔，其中所述通孔中的至少一些被定位成与第一连接器阵列中的端部相对应；用热电材料填充所述通孔中的至少一些；将第二图案化导电层施加至所述柔性基板的所述第二表面，其中第二导电层的图案形成第二连接器阵列并且每个连接器具有两个端部，并且其中所述第二连接器阵列中的至少一些端部被定位成与所述通孔中的至少一些相对应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.23 US 62/353,7411.一种柔性热电模块，其由包括以下步骤的方法制成：提供具有第一表面和相背对的第二表面的柔性基板；将第一图案化导电层施加至所述柔性基板的所述第一表面，其中第一导电层的图案形成第一连接器阵列并且每个连接器具有两个端部；通过从柔性基板上移除材料在所述柔性基板上产生多个通孔，其中所述通孔中的至少一些被定位成与第一连接器阵列中的端部相对应；用热电材料填充所述通孔中的至少一些；将第二图案化导电层施加至所述柔性基板的所述第二表面，其中第二导电层的图案形成第二连接器阵列并且每个连接器具有两个端部，并且其中所述第二连接器阵列中的至少一些端部被定位成与所述通孔中的至少一些相对应。2.根据权利要求1所述的柔性热电模块，其中所述热电材料包括粘结剂材料。3.根据权利要求2所述的柔性热电模块，其中所述方法还包括以下步骤：加热所述热电模块以移除所述粘结剂材料。4.根据权利要求1所述的柔性热电模块，其中所述方法还包括以下步骤：在所述第二图案化导电层上施加导热粘合剂材料。5.根据权利要求1所述的柔性热电模块，其中施加第一图案化导体层的步骤在用热电材料填充通孔中的至少一个的步骤之前。6.根据权利要求1所述的柔性热电模块，其中所述热电模块的厚度不大于1mm。7.根据权利要求1所述的柔性热电模块，其中所述柔性热电模块的单位面积热阻不大于1.0K-cm2/W。8.根据权利要求1所述的柔性热电模块，其中所述热电材料包括硫属元素化物、有机聚合物、有机复合材料、以及多孔硅中的至少一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李在容，罗杰·W·巴顿，埃米莉·L·鲍恩，多纳托·G·凯瑞格，加雷思·A·休斯，拉维·帕拉尼斯瓦米，詹姆斯·F·波奇，迈克尔·W·多尔扎尔，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US