一种柔性热电器件及其制备方法技术

一种柔性热电器件，包括：至少两个依照设计图案排布的发电单元；所述发电单元包括依次设置的第一电极组、热电腿组和第二电极组；所述热电腿组具有至少两个间隔设置的热电腿对，每个热电腿对包括一对尺寸相同的第一型热电腿和第二型热电腿；每对第一型热电腿和第二型热电腿的一端分别与对应的同一第一柔性电极电连接；所述第二电极组包括与热电腿对内的第一型热电腿一一对应的第二柔性电极以及与第二型热电腿一一对应的第三柔性电极，所述第一型热电腿的另一端与对应的第二柔性电极电连接，第二型热电腿的另一端与对应的第三柔性电极电连接；至少两个发电单元依次串联。上述柔性热电器件具备双面弯曲和拉伸的能力，与热源的结合较好。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性热电器件及其制备方法
本专利技术涉及热电
，具体涉及一种柔性热电器件及其制备方法。
技术介绍
随着物联网时代的出现，以及可以随时随地进行通信的电子设备的广泛使用，人们对可穿戴电子系统的兴趣也越来越浓厚，可穿戴电子系统在人体假肢、电子皮肤、机器人等领域有着重要的应用前景。但在可穿戴电子系统被广泛应用之前，必须克服其需要频繁充电的问题。解决这一问题最有效的方法是将能量收集设备与可穿戴电子设备相结合，使其成为一个自供电系统。上述自供电系统中，热电器件(TEG)被认为是能量收集设备中优良的能源供应模块。热电器件可以通过赛贝克(Seebeck)效应的热电技术，将人体产生的热量转化为电能，该热电转换技术具有清洁无污染、无机械震动以及可靠性高等优点，被认为是实现自供电可穿戴系统的一种特别有吸引力的方式。当热电器件用于自供电的可穿戴系统中时，要求热电器件具有较强的灵活性，以便在人体和热电器件之间提供适应人体表面的热接触，对于较大尺寸的热电器件尤其如此。当前的热电器件都使用刚性的陶瓷基板为基体，利用焊料将交替排列的P型和N型半导体集成在两块陶瓷板之间。虽然陶瓷等刚性材料具有高的导热性，但是刚性材料还具有不可拉伸性和脆性大等特性，这些缺陷使得当前热电器件不能与各种形状和复杂曲面进行严密的贴合，导致热电器件不能充分利用人体的产热，限制了热电器件的应用范围。为了实现柔性热电器件结构，国内外技术人员开发了一些柔性热电器件，如已授权专利CN106206923B中提出一种将传统商业陶瓷硬基板换成导热硅胶以及利用纺织纱布增韧的热电器件，但是该热电器件在焊接过程中通常需要高温环境，而高温作用下，纺织棉通常会变性从而失去其支撑作用；已授权专利CN104410331B中提出一种在柔性PDMS模板打孔，并将N型和P型热电材料与粘结剂混合填充进孔内浇灌成热电腿，通过这种方法能够有效的获得器件的柔性，但是这样会损失热电器件的热电性能，导致输出功率较低；已授权专利CN107046092B提出一种镂空结构基底的柔性穿戴器件，通过将基板镂空设置能够使得整个器件具有一定的柔性，但是由于器件中所使用的热电材料十分脆弱，当热电器件在经受反复弯曲变形时会在电极与热电腿的界面处发生断裂。因此，本领域急需开发一种结构稳定、便于生产且具有优良性能的柔性热电器件。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种弯曲和拉伸能力强的柔性热电器件，该柔性热电器件能与不同弯曲条件的热源进行更好的贴合。根据第一方面，一种实施例中提供一种柔性热电器件，包括：至少两个按照设计图案排布的发电单元；所述发电单元包括依次设置的第一电极组、热电腿组和第二电极组；所述热电腿组具有至少两个间隔设置的热电腿对，每个热电腿对包括一对尺寸相同的一第一型热电腿和一第二型热电腿，其中，第一型热电腿为P型热电腿或N型热电腿，第二型热电腿为与第一型热电腿类型不同的N型热电腿或P型热电腿；所述第一电极组包括与热电腿对一一对应的第一柔性电极，每个热电腿对的第一型热电腿和第二型热电腿的一端分别与对应的同一第一柔性电极电连接；所述第二电极组包括与热电腿对内的第一型热电腿一一对应的第二柔性电极以及与第二型热电腿一一对应的第三柔性电极，所述第一型热电腿的另一端与对应的第二柔性电极电连接，第二型热电腿的另一端与对应的第三柔性电极电连接；沿热电腿对的排列方向，上一热电腿对对应的第二柔性电极与下一热电腿对对应的第三柔性电极电连接；相邻发电单元之间设有电连接件，使得至少两个发电单元依次串联；沿发电单元的排布方向，该电连接件的一端与上一热电腿对对应的第二柔性电极相连，该电连接件的一端与下一热电腿对对应的第三柔性电极相连。根据第二方面，一种实施例中提供一种柔性热电器件的制备方法，包括步骤：制备第一型热电腿和第二型热电腿步骤，切割热电材料，得到预设尺寸与数量的第一型热电腿和第二型热电腿，所述第一型热电腿和第二型热电腿用于组成至少两个热电腿组，该热电腿组具有至少两个间隔的热电腿对，每个热电腿对包括一对尺寸相同的第一型热电腿和第二型热电腿，其中，第一型热电腿为P型热电腿或N型热电腿，第二型热电腿为与第一型热电腿类型不同的N型热电腿或P型热电腿；制备第一柔性电极层与第二柔性电极层步骤，其中，所述第一柔性电极层包括用于与热电腿组一一对应的第一电极组，所述第一电极组包括用于与热电腿对一一对应的第一柔性电极，每个第一柔性电极分别用于与对应热电腿对内的第一型热电腿和第二型热电腿的一端电连接；所述第二柔性电极层包括电连接件和热电腿组一一对应的第二电极组，所述第二电极组包括用于与热电腿组内的第一型热电腿一一对应的第二柔性电极，以及用于与第二型热电腿一一对应的第三柔性电极，所述第二柔性电极用于与对应第一型热电腿的另一端电连接，所述第三柔性电极用于与对应第二型热电腿的另一端电连接，沿热电腿对的预设排列方向，上一热电腿对对应的第二柔性电极与下一热电腿对对应的第三柔性电极电连接；对应的所述第一电极组、热电腿组和第二电极组用于组成发电单元，沿发电单元的预设排布方向，所述电连接件的一端与上一热电腿对对应的第二柔性电极相连，该电连接件的一端与下一热电腿对对应的第三柔性电极相连；组装柔性热电器件步骤，将第一型热电腿与第二型热电腿的一端分别焊接于对应第一柔性电极上，将第一型热电腿的另一端焊接于对应第二柔性电极上，将第二型热电腿的另一端焊接于第三柔性电极上，完成柔性热电器件的组装；封装柔性热电器件步骤，采用柔性绝缘绝热介质，对组装好的柔性绝缘器件进行封装，使得第一型热电腿和第二型热电腿分别包裹于柔性绝缘绝热介质内，且第一电极组内的空隙以及第二电极组内的空隙分别被所述柔性绝缘绝热介质所填充。上述柔性热电器件，设计了若干热电腿组成的发电单元，发电单元的上下两侧分别与柔性电极电连接，与传统器件相比去除了位于热电器件表面陶瓷基板，使得其成本更低，使用寿命更长，佩戴者佩戴该器件也更为舒适。并且，解除陶瓷基板约束的发电单元通过电连接件实现串联，为柔性热电器件的形变预留了足够的空间，使得整个柔性热电器件具备双面弯曲和拉伸的能力，从而可以应用于不同弯曲条件的热源。而该柔性热电器件的制备方法，过程简单，可操作性强。附图说明图1为本申请实施例的柔性热电器件的结构示意图；图2为本申请实施例的发电单元的结构示意图；图3为本申请实施例的第一柔性电极层的结构示意图；图4为本申请实施例的第二柔性电极层的结构示意图；图5为本申请实施例的一种异型电连接件的结构示意图；图6为本申请实施例的另一种异型电连接件的结构示意图；图7为本申请实施例的保护套的结构示意图；图8为本申请实施例的柔性热电器件的制备流程图；图9本申请实施例的柔性热电器件在20℃环境温度条件下，人体穿戴发电的电流-电压曲线以及输出功率曲线图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性热电器件，其特征在于，包括：/n至少两个按照设计图案排布的发电单元；/n所述发电单元包括依次设置的第一电极组、热电腿组和第二电极组；/n所述热电腿组具有至少两个间隔设置的热电腿对，每个热电腿对包括一第一型热电腿和一第二型热电腿，其中，第一型热电腿为P型热电腿或N型热电腿，第二型热电腿为与第一型热电腿类型不同的N型热电腿或P型热电腿；/n所述第一电极组包括与热电腿对一一对应的第一柔性电极，每个热电腿对的第一型热电腿和第二型热电腿的一端分别与对应的第一柔性电极电连接；/n所述第二电极组包括与热电腿对内的第一型热电腿一一对应的第二柔性电极以及与第二型热电腿一一对应的第三柔性电极，所述第一型热电腿的另一端与对应的第二柔性电极电连接，第二型热电腿的另一端与对应的第三柔性电极电连接；/n沿热电腿对的排列方向，上一热电腿对对应的第二柔性电极与下一热电腿对对应的第三柔性电极电连接；/n相邻发电单元之间设有电连接件，使得至少两个发电单元依次串联；/n沿发电单元的排布方向，该电连接件的一端与上一热电腿对对应的第二柔性电极相连，该电连接件的另一端与下一热电腿对对应的第三柔性电极相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性热电器件，其特征在于，包括：
至少两个按照设计图案排布的发电单元；
所述发电单元包括依次设置的第一电极组、热电腿组和第二电极组；
所述热电腿组具有至少两个间隔设置的热电腿对，每个热电腿对包括一第一型热电腿和一第二型热电腿，其中，第一型热电腿为P型热电腿或N型热电腿，第二型热电腿为与第一型热电腿类型不同的N型热电腿或P型热电腿；
所述第一电极组包括与热电腿对一一对应的第一柔性电极，每个热电腿对的第一型热电腿和第二型热电腿的一端分别与对应的第一柔性电极电连接；
所述第二电极组包括与热电腿对内的第一型热电腿一一对应的第二柔性电极以及与第二型热电腿一一对应的第三柔性电极，所述第一型热电腿的另一端与对应的第二柔性电极电连接，第二型热电腿的另一端与对应的第三柔性电极电连接；
沿热电腿对的排列方向，上一热电腿对对应的第二柔性电极与下一热电腿对对应的第三柔性电极电连接；
相邻发电单元之间设有电连接件，使得至少两个发电单元依次串联；
沿发电单元的排布方向，该电连接件的一端与上一热电腿对对应的第二柔性电极相连，该电连接件的另一端与下一热电腿对对应的第三柔性电极相连。


2.如权利要求1所述的柔性热电器件，其特征在于，所述发电单元还包括保护套，该保护套为刚性结构且位于第一电极组和第二电极组之间；
所述保护套上设有贯穿保护套的通孔，通孔的数目与保护套对应发电单元包含的第一型热电腿和第二型热电腿的总数匹配，所述第一型热电腿和第二型热电腿分别嵌设于对应的通孔内。


3.如权利要求1所述的柔性热电器件，其特征在于，所述电连接件为异型结构，该异型结构包含至少一个拉伸弯折部。


4.如权利要求3所述的柔性热电器件，其特征在于，所述拉伸弯折部的数目为至少两个，至少两个拉伸弯折部依次相连于两个发电单元之间，至少两个拉伸弯折部的凸起侧依次交替朝向电连接件的两侧。


5.如权利要求3所述的柔性热电器件，其特征在于，所述拉伸弯折部的数目为两个，两个拉伸弯折部对称且两端分别与两个发电单元相连。


6.如权利要求1所述的柔性热电器件，其特征在于，还包括柔性封装层，所述柔性封装层位于发电单元内，该柔性封装层内填充有柔性绝缘绝热介质，所述第一型热电腿和第二型热电腿分别包裹于柔性绝缘绝热介质内，且第一电极组内的空隙以及第二电极组内的空隙分别被所述柔性绝缘绝热介质所填充。


7.如权利要求6所述的柔性热电器件，其特征在于，还包括绝缘层，所述绝缘层分别附着于第一柔性电极、第二柔性电极、第三柔性电极以及电连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玮书，邓彪，张澎祥，李君，张文清，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44