可预成型的热电器件制造技术

本实用新型专利技术提供了可预成型的热电器件，是在热端柔性基板和冷端柔性基板上分别设置图形化电极，然后将由多个交错且呈间隔排列组合的N型和P型半导体热电单元构成的热电元件之一端面与热端柔性基板上电极连接，再将热端柔性基板的另一表面与热源外表面贴合固定而使热端柔性基板预成型为与热源外表面适配的形状，然后将冷端柔性基板上电极与N型和P型半导体热电单元另一端面连接，而使N型和P型半导体热电单元构成电串联、热并联结构，同时冷端柔性基板形成与热端柔性基板一致的形状。本实用新型专利技术提供的可预成型的热电器件，由温度变化而产生的热应力小，与热源的结合较好，便于各种不同形式的热源的利用，且结构简单，成本低廉。

Prefabricated thermoelectric devices

The utility model provides a prefabricable thermoelectric device, in which graphical electrodes are respectively arranged on the hot-end flexible substrate and the cold-end flexible substrate, and then one end face of the thermoelectric element composed of several interleaved and spaced N-type and P-type semiconductor thermoelectric units is connected with the electrodes on the hot-end flexible substrate, and then the hot-end is connected with the electrodes on the hot-end flexible substrate. The other surface of the flexible substrate is fixed with the outer surface of the heat source, so that the flexible substrate at the hot end is preformed to fit the outer surface of the heat source, and then the electrodes on the cold-end flexible substrate are connected with the other end surface of the N-type and P-type semiconductor thermoelectric units, so that the N-type and P-type semiconductor thermoelectric units are electrically connected and thermally parallel. The shape of the cold end flexible substrate is consistent with that of the hot end flexible substrate. The thermoelectric device provided by the utility model has the advantages of small thermal stress caused by temperature change, good combination with heat sources, convenient utilization of various forms of heat sources, simple structure and low cost.

【技术实现步骤摘要】
可预成型的热电器件
本技术属于热电转换
，尤其涉及一种可预成型的热电器件。
技术介绍
目前，许多工业和交通运输过程中伴随着大量的废热产生，对地表的温度及环境有着很大的影响。随着对环境友好可再生能源的追求，废热温差发电将会使热电转换材料微器件对整个社会资源的重复利用和节约资源产生深远的意义。热电器件研究及应用对于合理有效利用能源和资源，更好地保护环境，符合人类可持续发展战略。由于这种热电发电装置可以灵活利用各种不同形式的热能，包括低温热源，只要存在温差，即可利用。因此利用热电材料温差发电既可以大大节约资源，减少污染，还可带来可观的经济效益。热电转换技术是将热能转换为电能，具有清洁无污染、无机械振动、可靠性高等优点。近年来热电转换作为环境友好的新能源技术，在国内外受到广泛关注与研究。其在工业余热、太阳能的红外热源、沙漠的地表热量、汽车尾气废热利用等领域具有非常广阔的应用前景。传统的热电器件是将交替排列的N型和P型热电元件集成在两个平行的陶瓷基板之间。然而，目前大量的汽车尾气废热，工业余热的热源皆为圆柱状，直角状等曲面形热源，陶瓷基板的不可弯曲特性，使得传统热电器件不能完全附着于热源上，热接触效果较差，不适用于非平行热源的利用。为改善热源的有效利用，国内外报道了一些环形的热电器件，利用扇形的N型和P型热电元件交替组合构成圆环状器件，或利用圆环状热电元件沿轴向排列组成环状热电器件等。然而，上述环形热电器件在制造及应用过程中存在许多问题：环形热电器件加工制造过程复杂，制造过程中产生的热应力不易消除，各热源表面弯曲形状各异，不合适规模化生产(不同尺寸的热源需要不同尺寸的材料与不同的制备工艺)等；因此该领域急需开发一种新的可以利用不同形状的热源，同时便于生产、具有优良性能的热电器件。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种可预成型的热电器件，与热源的结合较好，便于各种不同形式的热源的利用，且结构简单，成本低廉。本技术提供的可预成型的热电器件包括：热电元件，包括多个交错且呈间隔排列组合的N型半导体热电单元和P型半导体热电单元；热端柔性基板，其中一表面具有与各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元对应的第二电极，所述第二电极与各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元的一端面对应连接，所述热端柔性基板的另一相对的表面通过与热源模型外表面的贴合固定而使所述热端柔性基板预成型为与所述热源外表面适配的形状；冷端柔性基板，其中一表面具有与各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元对应、且相对所述第二电极错位排列的第一电极，所述第一电极与各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元的另一端面对应连接而使各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元构成电串联、热并联结构，且使所述冷端柔性基板形成与所述热端柔性基板一致的形状。作为本技术可预成型的热电器件可选的结构，所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元是采用Bi2Te3、MgSi2、Mg3Sb2、GeSi、PbTe或CoSb3材料制成的片状构件；或者是采用half-hesuler或有机热电材料制成的片状构件。作为本技术可预成型的热电器件可选的结构，所述N型和所述P型半导体热电单元尺寸为长0.1-5mm，宽0.1-5mm，高0.05-5mm。作为本技术可预成型的热电器件可选的结构，所述热端柔性基板和所述冷端柔性基板是采用聚酰亚胺柔性材料制成的板状构件。作为本技术可预成型的热电器件可选的结构，所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元通过焊接方式与所述热端柔性基板和所述冷端柔性基板连接固定。作为本技术可预成型的热电器件可选的结构，所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元与所述第二电极和所述第一电极连接的表面设有隔离层。进一步地，所述隔离层为Ni、Co、Fe、In、Pt、Ag、Au、Ti或Zn中任一种单质的金属层，或上述两种及两种以上金属组成的合金层。本技术提供的可预成型的热电器件，是由较小片状的热电材料单元组合构成，与现有的热电器件相比，由温度变化而产生的热应力小，无复杂的整体热电元件加工，简化了器件的加工制备工艺，且大大提高了器件工作的稳定性。本技术采用的柔性基底，既可按照热源的形状预成型，与热源的结合较好，便于各种不同形式的热源的利用，不仅可以根据需要在生产和加工过程中预成型为热源所需要的形状，以实现工业化批量生产的需要，而且还可根据现场需要即时变形为各种不同的形状，因而具有非常广泛的使用范围。同时，柔性基板还可作为热电元件的载体，可显著提高热电器件和热源的热交换效率，还可有效保护热电元件，防止了工作过程中的污染与机械损坏，延长了器件的使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术提供的可预成型的热电器件的结构实施例示意图；图2为本技术提供的热端柔性基板及热电单元排布结构实施例示意图；图3为本技术提供的冷端柔性基板及热电单元排布结构实施例示意图；图4为本技术提供的可预成型的热电器件的结构实施例制备流程图；图5为本技术提供的实施例之焊接尺寸示意图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。还需要说明的是，本技术实施例中的“长度方向”、“宽度方向”、“上”、“下”、“内”、“外”、“一表(端)面”或“另一表(端)面”等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，或者是基于附图展示的位置而参考的，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不应该认为是具有限制性的。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。参见图1-图3，本技术提供了一种可预成型为弧形的热电器件实施例结构，包括冷端柔性基板1、热端柔性基板3和热电元件5，所述热电元件5包括多个采用热电材料片切割形成的统一规格尺寸的N型半导体热电单元51和P型半导体热电单元52，所述N型半导体热电单元51和P型半导体热电单元52成对设置，且相互交错呈间隔排列，可同时纵向交错和横向交错间隔排列，排列后组合构成热电元件5，且沿其长度或宽度方向形成间隔相对的第一端面54和第二端面53；所述热端柔性基板3其中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可预成型的热电器件，其特征在于，包括：热电元件，包括多个交错且呈间隔排列组合的N型半导体热电单元和P型半导体热电单元；热端柔性基板，其中一表面具有与各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元对应的第二电极，所述第二电极与各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元的一端面对应连接，所述热端柔性基板的另一相对的表面通过与热源模型外表面的贴合固定而使所述热端柔性基板预成型为与所述热源外表面适配的形状；冷端柔性基板，其中一表面具有与各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元对应、且相对所述第二电极错位排列的第一电极，所述第一电极与各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元的另一端面对应连接而使各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元构成电串联、热并联结构，且使所述冷端柔性基板形成与所述热端柔性基板一致的形状。

【技术特征摘要】
1.可预成型的热电器件，其特征在于，包括：热电元件，包括多个交错且呈间隔排列组合的N型半导体热电单元和P型半导体热电单元；热端柔性基板，其中一表面具有与各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元对应的第二电极，所述第二电极与各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元的一端面对应连接，所述热端柔性基板的另一相对的表面通过与热源模型外表面的贴合固定而使所述热端柔性基板预成型为与所述热源外表面适配的形状；冷端柔性基板，其中一表面具有与各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元对应、且相对所述第二电极错位排列的第一电极，所述第一电极与各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元的另一端面对应连接而使各所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元构成电串联、热并联结构，且使所述冷端柔性基板形成与所述热端柔性基板一致的形状。2.如权利要求1所述的可预成型的热电器件，其特征在于，所述N型半导体热电单元和所述P型半导体热电单元是采用Bi2Te3、MgSi2、Mg3Sb2、GeS...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玮书，张双猛，刘勇，胡继真，赵盼盼，黄思雅，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：新型
国别省市：广东,44