一种温差换能器件界面设计结构制造技术

本实用新型专利技术属于温差换能器件界面设计领域，特别涉及一种温差换能器件界面设计结构。在热端电极和冷端电极之间，其中一侧从上至下设有PbTe热电材料制成的中温温差电单偶、TAGS热电材料制成的中温温差电单偶以及BiTe热电材料制成的低温温差电单偶；在该侧的PbTe热电材料与BiTe热电材料之间设有第一过渡阻挡层、TAGS热电材料和BiTe热电材料之间设有第二过渡阻挡层；另一侧从上至下设有PbTe热电材料制成的中温温差电单偶以及BiTe热电材料制成的低温温差电单偶，该侧的PbTe热电材料和BiTe热电材料之间设有第三过渡阻挡层。经检测，使用于温差换能器件的不同热电材料之间在高温工作中不发生扩散、易于连接。易于连接。易于连接。

【技术实现步骤摘要】
一种温差换能器件界面设计结构
[0001]本申请请求2021年06月25日递交的申请号为2021107104800、专利技术名称为“一种温差换能器件界面设计方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。


[0002]本技术属于温差换能器件界面设计
，特别是涉及一种高效率的温差换能器件界面设计结构。

技术介绍

[0003]同位素温差电池(RTG)是利用塞贝克效应将放射性同位素的衰变热直接转换成电能的换能装置，其优势在于：可靠性高、安全性好、寿命长，在宇宙空间条件下保持稳定的电输出参数，且无需维护、也不受环境影响。但目前热电转换效率低成为制约RTG发展的重要因素。要提高RTG的热电转换效率，主要从提高温差换能器件热电转换效率和提高电源系统结构效率两个方面入手。要提高换能器件的热电转换效率，一方面可从开展高热电性能温差电材料基础研究入手，另一方面将器件由使用单质材料元件改为使用多体系材料的功能梯度元件。功能梯度元件由中温、低温温差电材料制成，每种材料工作在最佳ZT值温度范围内。但是在高温工作过程中，不同材料之间相互扩散，使元件失效，在不同材料之间增加过渡阻挡层可有效防止材料扩散。此外，只有不同材料之间良好连接在一起，才能使整个换能器件具有较小的接触电阻，从而获得较高的热电转换效率。因此，温差换能器件界面的设计技术成为高热电转换效率换能器件研制的重要环节。
[0004]目前温差换能器件界面的制作多采用材料一体热压成型模式，即根据换能器件元件设计，将两种甚至多种热电材料与过渡层同时进行制备，制备后不同热电材料以及之间的过渡层形成一块材料锭块，锭块完成后只需按照温差电元件的尺寸进行切割即可装配成器件。但此种制作方法具有诸多技术局限性，例如，同时进行制备的热电材料工艺参数必须接近，对于材料的选取以及界面的设计造成了一定局限性；多质材料制备工艺较为复杂，需投入大量人力、物力进行制备工艺方法的研究，大大增加了温差换能器件的研制周期和研发成本。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述技术问题，本技术提供了一种制作成本低、可靠性高、制备工艺易于实现的温差换能器件界面设计结构，使用于温差换能器件的不同热电材料之间在高温工作中不发生扩散、易于连接。
[0006]本技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
[0007]一种温差换能器件界面设计结构，在热端电极和冷端电极之间，其中一侧从上至下依次设有PbTe热电材料制成的中温温差电单偶、TAGS热电材料制成的中温温差电单偶以及BiTe热电材料制成的低温温差电单偶；在该侧的PbTe热电材料与BiTe热电材料之间设有
第一过渡阻挡层、TAGS热电材料和BiTe热电材料之间设有第二过渡阻挡层；另一侧从上至下依次设有PbTe热电材料制成的中温温差电单偶以及BiTe热电材料制成的低温温差电单偶，该侧的PbTe热电材料和BiTe热电材料之间设有第三过渡阻挡层。
[0008]作为优选的技术方案，第一过渡阻挡层、第二过渡阻挡层以及第三过渡阻挡层的厚度均为0.1
‑
0.3mm。
[0009]作为优选的技术方案，过渡阻挡层的材料与换能器件电极材料相同。
[0010]作为优选的技术方案，所述第一过渡阻挡层为铁镀层。
[0011]作为优选的技术方案，所述第三过渡阻挡层包括连接在PbTe热电材料连接面上的铁镀层、以及连接在BiTe热电材料的连接面上的铜镀层。
[0012]作为优选的技术方案，所述第二过渡阻挡层包括连接在TAGS热电材料的连接面上的铁镀层、以及连接在BiTe热电材料的连接面上的铜镀层。
[0013]本技术具有的优点和积极效果：
[0014]与目前多质热电材料与界面采用一体成型模式相比，采用本界面设计结构后，形成的过渡阻挡层制作工艺简单，成本低且可靠性高；采用本技术界面设计结构制作的温差器件，工作3个月后未发现热电材料相互扩散现象，证明该设计结构的有效性；由于采用本技术的界面设计结构后，器件可选用的热电材料种类更多，可较大幅度提升温差换能器件的热电转换效率。
附图说明
[0015]图1是本技术中温差换能器件界面的位置标识图。
[0016]图中，1、PbTe热电材料；2、TAGS热电材料；3、BiTe热电材料；4、热端电极；5、冷端电极；6、第一过渡阻挡层；7、第二过渡阻挡层；8、第三过渡阻挡层。
具体实施方式
[0017]为能进一步了解本技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明如下：
[0018]本技术公开了一种温差换能器件界面设计结构，该结构是在热端电极和冷端电极之间设置如下温差电单偶：温差电单偶是温差换能器件的核心组成部件，如图1所示，在热端电极4和冷端电极之5间，其中一侧从上至下依次设有PbTe热电材料1制成的中温温差电单偶、TAGS热电材料2制成的中温温差电单偶以及BiTe热电材料3制成的低温温差电单偶；在该侧的PbTe热电材料1与BiTe热电材料3之间设有第一过渡阻挡层6、TAGS热电材料2和BiTe热电材料3之间设有第二过渡阻挡层7；另一侧从上至下依次设有PbTe热电材料1制成的中温温差电单偶以及BiTe热电材料3制成的低温温差电单偶，该侧的PbTe热电材料1和BiTe热电材料3之间设有第三过渡阻挡层8；三个过渡阻挡层的厚度均为0.1
‑
0.3mm。
[0019]为避免过渡阻挡层与热电材料发生反应而发生失效，过渡阻挡层选择与换能器件电极相同的材料，即铁、铜等材料作为过渡阻挡层材料；
[0020]为简化界面制作工艺，先将各热电材料按器件设计尺寸切割好，采用电镀或蒸镀等手段将过滤阻挡层材料附着于热电材料界面处，然后再通过真空钎焊手段等将热电材料连接在一起；
[0021]为减小界面产生的电阻，对阻挡层厚度进行设计，在保证阻挡层有效性的同时尽可能减小阻挡层厚度。
[0022]因此，本实施例中，所述第一过渡阻挡层6为铁镀层，具体是将PbTe热电材料与TAGS热电材料2按器件设计尺寸切割好，用蒸镀的方法在TAGS热电材料2与PbTe热电材料的连接面制作0.2mm厚度的铁镀层；采用真空钎焊的方法将PbTe热电材料与TAGS热电材料2进行连接，焊料采用碲化物合金。
[0023]所述第三过渡阻挡层8包括连接在PbTe热电材料1连接面上的铁镀层、以及连接在BiTe热电材料3的连接面上的铜镀层；具体是将PbTe热电材料1与BiTe热电材料3按器件设计尺寸切割好，用蒸镀的方法在PbTe热电材料1连接面制作0.1mm厚度的铁镀层，用电镀的方法在BiTe热电材料3的连接面制作0.1mm厚度的铜镀层；采用真空钎焊的方法将PbTe热电材料1与BiTe热电材料3进行连接，焊料采用银铜合金。
[0024]所述第二过渡阻挡层7包括连接在TAGS热电材料2的连接面上的铁镀层、以及连接在BiTe热电材料3的连接面上的铜镀层；具体是将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温差换能器件界面设计结构，其特征在于：在热端电极和冷端电极之间，其中一侧从上至下依次设有PbTe热电材料制成的中温温差电单偶、TAGS热电材料制成的中温温差电单偶以及BiTe热电材料制成的低温温差电单偶；在该侧的PbTe热电材料与BiTe热电材料之间设有第一过渡阻挡层、TAGS热电材料和BiTe热电材料之间设有第二过渡阻挡层；另一侧从上至下依次设有PbTe热电材料制成的中温温差电单偶以及BiTe热电材料制成的低温温差电单偶，该侧的PbTe热电材料和BiTe热电材料之间设有第三过渡阻挡层。2.如权利要求1所述的温差换能器件界面设计结构，其特征在于：第一过渡阻挡层、第二过渡阻挡层以及第三过渡...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈媛媛，刘锐，刘佳林，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：新型
国别省市：