一种制备热电器件用印刷油墨及利用其制备热电器件的方法技术

本发明专利技术属于热电器件制备领域，尤其涉及一种制备热电器件用印刷油墨及利用其制备热电器件的方法。本发明专利技术提供了一种制备热电器件用印刷油墨，其由N型或P型热电材料的粉末与粘结剂混合后得到，所述粘结剂为甲基纤维素，还公开了利用上述印刷油墨制备热电器件的方法，采取了简单的冷压固化和退火工艺。本发明专利技术采用简单的丝网印刷工艺，可以大规模印刷，成本低，不需要太高精端和昂贵的仪器。本发明专利技术的热电器件可以实现多对热电腿的串联，并集成在一个基底上，速度快。同时器件形状和大小可以根据自己的需求定制。同时，该工艺可以适用于任意无机热电材料的印刷。热电材料的印刷。

【技术实现步骤摘要】
一种制备热电器件用印刷油墨及利用其制备热电器件的方法


[0001]本专利技术属于热电器件制备领域，尤其涉及一种制备热电器件用印刷油墨及利用其丝网印刷法制备热电器件的方法。

技术介绍

[0002]热电器件是一种能将热能和电能相互转换的器件，并可实现器件的发电和制冷。热电器件通常至少由一对以上的P
‑
N型热电腿交替串联组成。目前热电器件主要是通过将棒状的热电块材切割成小粒子，再一个个P型和N型小粒子交替组装连接，具有工艺制备复杂，耗时长，成本高等缺点。另外，组装的块体热电器件更加笨重，不利于携带和使用。最重要的一点是，组装的热电器件实现大规模和大面积制备更加困难。
[0003]目前，也有一些文献公开了使用油墨印刷的方式制备热电器件，但是基本都用了有毒且易挥发的粘结剂，在印刷时对人体伤害较大，另外，在制备工艺上，一般都采用了传统的热压烧结工艺，这个过程不仅操作比较繁琐，而且还需要昂贵仪器，以上不足限制其应用前景。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种简单的丝网印刷技术，可以快速且大规模、低成本的制备的热电器件。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种制备热电器件用印刷油墨，其由以下方法制备得到：将N型或P型热电材料的粉末与粘结剂进行混合，获得N型热电油墨或P型热电油墨，所述粘结剂为甲基纤维素，所述甲基纤维素质量占N型或P型热电材料的粉末质量的0.3％
‑
1.5％(优选为0.5％)。
[0007]作为优选，将N型或P型热电材料的粉末与粘结剂进行混合时，需要先将粘结剂溶解于体积比为1：(0.8
‑
1)的无水乙醇与水的混合溶液中后投入使用。作为优选，所述P型热电材料为Bi
x
Sb2‑
x
Te3，其中x＝0～0.5；所述N型热电材料为Bi2Te
2.7
Se
0.3
、Bi2Te3或Ag2Se，更优选地，所述P型热电材料为Bi
0.5
Sb
1.5
Te3；所述N型热电材料为Bi2Te
2.7
Se
0.3
。
[0008]本专利技术还涉及一种利用上述印刷油墨制备得到的热电器件，所述热电器件包括基底以及设在基底上的若干对相互串联的P
‑
N型热电腿，每对P
‑
N型热电腿均包括底部电极、顶部电极、由上述P型热电油墨制作的P型热电腿以及由上述N型热电油墨制作的N型热电腿，P型热电腿和N型热电腿均设置在底部电极上，P型热电腿底部和N型热电腿的底部是非导通的，P型热电腿的顶部通过顶部电极与相邻一对P
‑
N型热电腿中的N型热电腿的顶部串联。
[0009]作为优选，所述P型热电腿与N型热电腿之间的间隔是(0.5
‑
2)cm。
[0010]作为优选，所述P型热电腿与N型热电腿的形状均可以为圆形、方形、三角形或多边形。
[0011]作为优选，所述顶部电极和底部电极所用的电极材料均是金属材料或非金属材
料；所述金属材料是金浆、银浆或铜浆；所述非金属材料是碳浆。
[0012]作为优选，所述P型热电腿和N型热电腿之间均填充低导热绝缘材料，所述低导热绝缘材料为聚二甲基硅氧烷或商业紫外光固化油墨。
[0013]作为优选，所述基底的材料为纸张、聚酰亚胺、二氧化硅或氧化铝。
[0014]作为优选，所述顶部电极通过焊料或导电粘结剂分别与P型热电腿顶部以及相邻一对热电腿中的N型热电腿顶部相连；更优选地，所述导电粘结剂是银浆、铜浆或锡膏；所述焊料为Sn
42
Bi
58
低温锡膏。
[0015]本专利技术还提供了一种丝网印刷法制备上述热电器件的方法，包括以下步骤：
[0016](1)底部电极和顶部电极的制备：
[0017]1.1)根据需要确定底部电极和顶部电极的大小，确定顶部电极和底部电极之间的间距，控制所述间距不小于0.5mm；
[0018]1.2)利用矢量图软件将顶部电极和底部电极绘制好以后定制合适目数的网板；
[0019]1.3)将网板置于基底上，将电极材料涂在网板上，利用刮刀将电极材料涂在基底上，刮完后拿开网板，将电极材料烘干，得到底部电极和顶部电极；
[0020](2)将配制好的P型和N型热电油墨分别印刷得到P型热电腿和N型热电腿：
[0021]将预先设计好的网板固定在底部电极上并控制网板的镂空与电极的位置对齐，分别将上述P型热电油墨以及N型热电油墨印刷在网板适当位置(所述印刷可采取交替重复的方式进行)，直至合适的高度为止，即得到固定于底部电极1上的P型热电腿和N型热电腿，印刷是丝网印刷；
[0022](3)P型和N型热电腿的冷压与固化：
[0023]将步骤(2)印刷好的热电器件在1MPa
‑
2MPa下冷压，然后于真空、90℃～120℃条件下加热固化10
‑
90分钟(优选为在1MPa下冷压，然后放入真空烘箱中，在110℃下固化30分钟)；
[0024](4)将步骤(3)固化后的热电器件放入真空炉中，在保护气气氛下、280～305℃退火(优选为在300℃下退火20分钟)；
[0025](5)将步骤(4)退火后的器件进行封装处理：
[0026]用低导热绝缘材料对热电器件中P型热电腿和N型热电腿的间隙进行填充，至稍低于热电腿高度以后固化(当低导热绝缘材料选择聚二甲基硅氧烷时进行烘干固化；当低导热绝缘材料选择商业紫外光固化油墨时，用365nm波长的紫外光照射固化)；
[0027](6)顶部电极的连接：
[0028]在顶部电极表面印刷一层焊料或导电粘结剂，顶部电极的两端分别与一对P
‑
N型热电腿中P型热电腿的顶部以及相邻一对P
‑
N型热电腿中N型热电腿的顶部连接；
[0029](7)重复步骤(1)
‑
步骤(6)，形成多对P
‑
N型热电腿；将多对P
‑
N型热电腿串联，形成完整的热电器件，所得到的热电器件在相邻热电腿之间的间隙均按照步骤(5)进行封装处理。
[0030]作为优选，本专利技术所采用的保护气体可以为氮气、氩气或氮气与氩气的组合。
[0031]作为优选，所述步骤(6)中在顶部电极表面印刷一层焊料，然后以真空焊接方式将其与P型热电腿的顶部与N型热电腿连接，更优选的，所述真空焊接的焊接温度为160～180℃，焊接时间为5～30分钟。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的优点和有益效果是：
[0033]本专利技术采用简单的丝网印刷工艺，不需要复杂的制作工艺，可以大规模印刷，成本低，不需要太高精端和昂贵的仪器。本专利技术的热电器件可以实现多对热电腿的串联，并集成在一个基底上，速度快本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备热电器件用印刷油墨，其由以下方法制备得到：将N型或P型热电材料的粉末与粘结剂进行混合，获得N型热电油墨或P型热电油墨，所述粘结剂为甲基纤维素，所述甲基纤维素质量占N型或P型热电材料的粉末质量的0.3%
‑
1.5%。2.根据权利要求1所述的制备热电器件用印刷油墨，其特征在于，将N型或P型热电材料的粉末与粘结剂进行混合时，需要先将粘结剂溶解于体积比为1：（0.8
‑
1）的无水乙醇与水的混合溶液中后投入使用。3.根据权利要求1所述的制备热电器件用印刷油墨，其特征在于，所述P型热电材料为Bi
x
Sb2‑
x
Te3，其中x=0~0.5；所述N型热电材料为Bi2Te
2.7
Se
0.3
、Bi2Te3或Ag2Se。4.一种利用权利要求1所述的印刷油墨制备得到的热电器件，所述热电器件包括基底（6）以及设在基底（6）上的若干对相互串联的P
‑
N型热电腿，每对P
‑
N型热电腿均包括底部电极（1）、顶部电极（2）、由上述P型热电油墨制作的P型热电腿（4）以及由上述N型热电油墨制作的N型热电腿（5），P型热电腿（4）和N型热电腿（5）均设置在底部电极（1）上，P型热电腿（4）的底部和N型热电腿（5）的底部是非导通的，P型热电腿（4）的顶部通过顶部电极（2）与相邻一对P
‑
N型热电腿中的N型热电腿（5）的顶部串联。5.根据权利要求4所述的热电器件，其特征在于，所述P型热电腿（4）与N型热电腿（5）之间的间隔是（0.5
‑
2）cm；所述P型热电腿（4）与N型热电腿（5）的形状均可以为圆形、方形、三角形或多边形。6.根据权利要求4所述的热电器件，其特征在于，所述P型热电腿（4）和N型热电腿（5）之间均填充有低导热绝缘材料（3），所述低导热绝缘材料（3）为聚二甲基硅氧烷或商业紫外光固化油墨；所述顶部电极（2）和底部电极（1）所用电极材料均是金属材料或非金属材料；所述金属材料是金浆、银浆或铜浆；所述非金属材料是碳浆；所述基底（6）的材料可以为纸张、聚酰亚胺、二氧化硅或氧化铝。7.根据权利要求4所述的热电器件，其特征在于，所述顶部电极（2）通过焊料或导电粘结剂分别与P型热电腿（4）顶部以及相邻一对P
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴中，王自昱，吴伟，梁静，孙晓龙，余翔，熊锐，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：