热电器件及其制造方法技术

公开了热电器件，所述热电器件包含柔性基底以及热电材料线；所述柔性基底具有锯齿形构造，其中，该锯齿形构造的一个表面的长度方向上的垂直横截面包含峰和谷；所述热电材料线位于该柔性基底上并被配置成包含交替且连续地设置的n型热电材料和电极材料中的任一种以及p型热电材料，其中，n型热电材料和电极材料中的任一种在峰和谷处与p型热电材料接触。具有锯齿形构造的所述热电器件是高度柔韧和轻质的，并且处于膜形式的热电材料可被用来实现垂直温度差，并因此可以不管膜的厚度而对该器件的厚度自由调整，从而即使没有散热装置，也能容易保持大的温度差。

【技术实现步骤摘要】
热电器件及其制造方法
本专利技术涉及热电器件及其制造方法，并且更具体地涉及具有锯齿形(zigzag)构造(包含峰和谷)的热电器件及其制造方法。
技术介绍
热电转换表示热能和电能之间的能量转换。当电流被允许流入热电材料时，在其相对着的端之间形成温度差，热电转换由Peltier效应表示；相反地，当在热电材料的相对着的端之间存在温度差时产生电，由Seebeck效应表示。当应用Seebeck效应时，计算机、汽车发动机、工业设备等产生的热量可以转化为电能。使用此类Seebeck效应的热电发电可被利用作为可再生能源。近来，随着对新能源开发、废能回收和环境保护的兴趣的增加，热电器件受到关注。目前有用的高性能热电材料主要由半导体金属材料或陶瓷材料组成。此类材料具有优异的热电特性，但大多具有高密度，因此它们较重，当大量使用以产生高功率时是不利的。此外，几乎所有的半导体金属材料或陶瓷材料都是昂贵的，且其工艺包括高温和高压过程，因此增加了工艺成本，使得难以实现大面积生产。因此，使用相应材料的此类热电器件的重量可减轻并且其形状可改变的程度是有限的，并且由于其高脆性而可能在振动或冲击时发生击穿(breakdown)，这是不期望的。
技术实现思路
因此，本专利技术考虑到在相关技术中遇到的问题而做出，并且本专利技术旨在提供热电器件，其中包含峰和谷的锯齿形构造被引入到该器件，因此，即使当热电材料较薄时，该器件的厚度也可能增加，并且其可以利用垂直温度差，且其是高度柔韧和轻质的。此外，本专利技术旨在提供制造热电器件的方法，该方法使得能够使用溶液工艺(solutionprocess)在低加工成本下进行大面积生产。因此，本专利技术的一个方面提供热电器件，该热电器件包含柔性基底以及热电材料线；所述柔性基底具有锯齿形构造，其中，所述锯齿形构造的一个表面的长度方向上的垂直横截面包含峰和谷；所述热电材料线位于所述柔性基底上并被配置成包含n型热电材料和电极材料中的任一种以及p型热电材料，所述n型热电材料和电极材料中的任一种以及p型热电材料在柔性基底的一个表面的长度方向上交替且连续地设置，其中，n型热电材料和电极材料中的任一种在峰和谷处与p型热电材料接触。热电器件还可包含热绝缘体，热绝缘体位于各个谷之间和各个峰之间。热绝缘体可以包括选自如下中的至少一种：聚氨酯泡沫、二氧化硅气凝胶、聚二甲基硅氧烷泡沫、聚苯乙烯、玻璃纤维和软木。热电材料线可以被配置以使得n型热电材料和电极材料中的任一种在柔性基底的一个表面的宽度方向上与p型热电材料间隔开。p型热电材料可以包括选自如下中的至少一种：PEDOT:PSS(聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐)、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚咔唑、聚苯撑乙烯和碳纳米管。n型热电材料可以包括选自如下中的至少一种：碲化铋(Bi2Te3)、碲化锑(Sb2Te3)、碲化铅(PbTe)、锑化钴(CoSba)、TTF-TCNQ(四硫富瓦烯-四氰基醌二甲烷)、聚(金属1,1,2,2-乙烯四硫醇盐)(poly(metal1,1,2,2-ethenetetrathiolate))和二硫化钛。电极材料可以包括选自如下中的至少一种：钛(Ti)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、铜(Cu)、铂(Pt)、铬(Cr)、铝(Al)、锌(Zn)和铁(Fe)。柔性基底可以包括选自如下中的至少一种：PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)、PC(聚碳酸酯)、PAR(聚芳酯)和PES(聚醚砜)。本专利技术的另一方面提供了制造热电器件的方法，所述方法包括：(a)将柔性基底图案化，以使n型热电材料和电极材料中的任一种以及p型热电材料交替且连续地设置在其上，由此制备图案化的柔性基底；以及(b)将图案化的柔性基底成形以使得具有锯齿形构造，其中，该锯齿形构造的一个表面的长度方向上的垂直横截面包含峰和谷，从而形成热电器件，其中，n型热电材料和电极材料中的任一种在峰和谷处与p型热电材料接触。在步骤(b)之后，该方法还可包括(c)将热绝缘体定位在热电器件的各个谷之间和各个峰之间。热绝缘体可以包括选自如下中的至少一种：聚氨酯泡沫、二氧化硅气凝胶、聚二甲基硅氧烷泡沫、聚苯乙烯、玻璃纤维和软木。p型热电材料可以包括选自如下中的至少一种：PEDOT:PSS(聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐)、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚咔唑、聚苯撑乙烯和碳纳米管。n型热电材料可以包括选自如下中的至少一种：碲化铋(Bi2Te3)、碲化锑(Sb2Te3)、碲化铅(PbTe)、锑化钴(CoSba)、TTF-TCNQ(四硫富瓦烯-四氰基醌二甲烷)、聚(金属1,1,2,2-乙烯四硫醇盐)和二硫化钛。电极材料可以包括选自如下中的至少一种：钛(Ti)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、铜(Cu)、铂(Pt)、铬(Cr)、铝(Al)、锌(Zn)和铁(Fe)。柔性基底可以包括选自如下中的至少一种：PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)、PC(聚碳酸酯)、PAR(聚芳酯)和PES(聚醚砜)。根据本专利技术，热电器件具有锯齿形构造(包含峰和谷)，并因此可以利用处于膜形式的热电材料来实现垂直温度差，并且不管膜的厚度可以自由调节器件的厚度，即使不使用散热装置也易于保持大的温差。此外，该器件是高度柔韧和轻质的。此外，本专利技术所述的制造热电器件的方法使得能够使用溶液工艺以低加工成本进行大面积生产。附图说明图1A和图1B示意性地示出了本专利技术的两个实施方式所述的热电器件；图2A和图2B示出了实施例1和实施例2中制造的热电器件的功率输出特性的测量结果；图3A和图3B示出了在实施例1和实施例2中制造的热电器件的温度梯度的模拟结果；以及图4A和图4B示出了在实施例2中制造的热电器件的柔韧性的测试结果。具体实施方式本专利技术可以以许多不同的形式具体化，并且不应该被解释为仅限于在本文中阐述的实施方式，而是应当被理解为覆盖落入本专利技术的构思和技术范围内的所有的修改、等同或替代。在本专利技术的描述中，当可能使得本专利技术的要点不清楚时，将省略并入本文中的相关已知技术的详细描述。如本文使用的，术语“第一”、“第二”等可以用于描述各种要素，但是这些要素不受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个要素和另一要素。例如，第一要素可以被称为第二要素，并且类似地，第二要素可以被称为第一要素，而不会偏离本专利技术的范围。此外，将理解的是，当要素被提及在另一要素“上”“形成”或“成层”时，该要素可以形成或成层以使得直接连接到另一要素的一个表面或整个表面，或者介于中间的要素可以存在于二者之间。除非另有说明，否则单数表述包括复数表述。在本申请中，术语“包含/包括/含有”或“具有”用于指出申请文件中所述的特征、数字、步骤、操作、要素、部分或其组合的存在，并且应理解为不排除一个或多个不同的特征、数字、步骤、操作、要素、部分或其组合的存在或另外可能的存在。图1A示意性地示出了本专利技术的一个实施方式所述的热电器件，并且图1B示意性地示出了本专利技术的另一实施方式所述的热电器件。本文中，热电器件的所有数值例如长度、高度等都是以举例的方式给出的，而本专利技术不限于此，并且仅由所附权利要求的范围来限定。下文中，参照图1A和图1B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电器件，所述器件包含：柔性基底，所述柔性基底具有锯齿形构造，其中，所述锯齿形构造的一个表面的长度方向上的垂直横截面包含峰和谷；以及热电材料线，所述热电材料线位于所述柔性基底上并被配置成包含n型热电材料和电极材料中的任一种以及p型热电材料，所述n型热电材料和电极材料中的任一种以及p型热电材料在所述柔性基底的一个表面的长度方向上交替且连续地设置，其中，所述n型热电材料和电极材料中的任一种在所述峰和所述谷处与所述p型热电材料接触。

【技术特征摘要】
2017.03.10 KR 10-2017-00307481.一种热电器件，所述器件包含：柔性基底，所述柔性基底具有锯齿形构造，其中，所述锯齿形构造的一个表面的长度方向上的垂直横截面包含峰和谷；以及热电材料线，所述热电材料线位于所述柔性基底上并被配置成包含n型热电材料和电极材料中的任一种以及p型热电材料，所述n型热电材料和电极材料中的任一种以及p型热电材料在所述柔性基底的一个表面的长度方向上交替且连续地设置，其中，所述n型热电材料和电极材料中的任一种在所述峰和所述谷处与所述p型热电材料接触。2.如权利要求1所述的热电器件，所述热电器件还包含热绝缘体，所述热绝缘体被定位在各个谷之间和各个峰之间。3.如权利要求2所述的热电器件，其中，所述热绝缘体包括选自如下中的至少一种：聚氨酯泡沫、二氧化硅气凝胶、聚二甲基硅氧烷泡沫、聚苯乙烯、玻璃纤维和软木。4.如权利要求1所述的热电器件，其中，所述热电材料线被配置以使得所述n型热电材料和电极材料中的任一种在所述柔性基底的所述一个表面的宽度方向上与所述p型热电材料间隔开。5.如权利要求1所述的热电器件，其中，所述p型热电材料包括选自如下中的至少一种：PEDOT:PSS(聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐)、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚咔唑、聚苯撑乙烯和碳纳米管。6.如权利要求1所述的热电器件，其中，所述n型热电材料包括选自如下中的至少一种：碲化铋(Bi2Te3)、碲化锑(Sb2Te3)、碲化铅(PbTe)、锑化钴(CoSba)、TTF-TCNQ(四硫富瓦烯-四氰基醌二甲烷)、聚(金属1,1,2,2-乙烯四硫醇盐)和二硫化钛。7.如权利要求1所述的热电器件，其中，所述电极材料包括选自如下中的至少一种：钛(Ti)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、铜(Cu)、铂(Pt)、铬(Cr)、铝(Al)、锌(Zn)和铁(Fe)。8.如权利要求1-7中任一项所述的热电器件，其中，所述柔性基底包...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵吉元，金大建，朱德玹，
申请(专利权)人：纳米基盘柔软电子素子研究团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR