本发明专利技术涉及一种柔性可拉伸热电制冷器及其制备方法，所述热电制冷器底部为镂空可拉伸硅胶绝缘层，块体热电材料嵌入所述绝缘层中，并通过复合液态金属作为导电电极进行导通。本发明专利技术的器件结构使热电制冷器件具有高柔性与可拉伸性，在热电制冷领域有重要的科学价值和广阔的应用前景。广阔的应用前景。广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种柔性可拉伸热电制冷器及其制备方法
[0001]本专利技术属于热电制冷
，特别涉及一种柔性可拉伸热电制冷器及其制备方法。
技术介绍
[0002]人体在高温环境下会引起热应激效应，造成体能消耗过快，严重时会危害人体健康。为了保障高温环境作业人员的身体健康并提高工作效率，需要对高温作业人员采取有效的热防护措施。
[0003]热电材料具有塞贝克(seebeck)效应和帕贴耳(peltier)效应，因此可以应用于温差发电和固态制冷。温差发电器件和固态制冷器件具有体积小、无噪声、运行稳定等优点，目前已广泛应用到芯片制冷、便携式冰箱、红酒柜以及汽车尾气热发电等领域。基于热电器件的可穿戴制冷设备，因为具有制冷效果高效可靠、没有活动部件、不涉及化学反应等特点，在个人可穿戴制冷器件领域具有极大的发展潜力。例如CN104410331A公开的柔性自支撑型的温差发电结构已经具有柔性可穿戴特性，但其导电电极不具有伸缩性，导致在弯曲时极易造成导线断裂，这限制了热电器件在可穿戴领域的应用。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种柔性可拉伸热电制冷器及其制备方法，以在保证热电制冷器的制冷效果的情况下，使热电制冷器具有柔性可拉伸特性。
[0005]本专利技术提供了一种柔性可拉伸热电制冷器，所述热电制冷器底部为镂空可拉伸硅胶绝缘层，块体热电材料嵌入所述绝缘层中，并通过复合液态金属作为导电电极进行导通。
[0006]所述镂空可拉伸硅胶绝缘层的材质为共聚酯或者聚二甲基硅氧烷，尺寸为2～10cm X2～10cm X 0.1～1cm，镂空的个数为偶数对10～32X 10～32，每个镂空的尺寸为1.4～5mm X1.4～5mm X 1.4～5mm。
[0007]所述块体热电材料为P型和N型的半导体热电颗粒，尺寸为1.4～5mm X 1.4～5mm X1.6～10mm。
[0008]所述半导体热电颗粒包括但不限于Bi2Te或Bi2Te3为基的固溶体合金材料或PbTe为基的固溶体合金材料，交替嵌入所述绝缘层中。
[0009]所述复合液态金属为质量比为9:1
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1:1的液态金属与镍粉的复合物。
[0010]所述液态金属为镓基液态金属，包括但不限于镓铟合金或镓铟锡合金，其中镓铟合金的镓:铟质量比为80:20～70:30，镓铟锡合金的镓:铟:锡质量比为68.5:21.5:10。
[0011]本专利技术还提供了一种柔性可拉伸热电制冷器的制备方法，包括：
[0012](1)通过三维打印机打印模具，将共聚酯或者聚二甲基硅氧烷倒入模具中，浇铸镂空可拉伸硅胶绝缘层或浇铸整块硅胶绝缘层后挖出镂空；
[0013](2)通过匀浆机搅拌液态金属与镍粉，使其充分混合，制得柔性可拉伸导电电极；
[0014](3)在所述镂空可拉伸硅胶绝缘层内交替嵌入P型和N型半导体热电颗粒；
[0015](4)所述柔性可拉伸导电电极通过刷涂或喷涂方式将所述P型和N型半导体热电颗粒串联连接；
[0016](5)将涂好导电电极的一面用硅胶封装，然后用导电电极涂抹另一面，相同方式封装，使整个器件电路导通。
[0017]所述步骤(1)中的模具的尺寸为2～10cm X 2～10cm，模具所用材料为聚乳酸、ABS塑料、PETG中的至少一种。
[0018]所述步骤(2)中的匀浆机转速为1000～10000rad/s。
[0019]本专利技术还提供了一种柔性可拉伸热电制冷器在可穿戴领域中的应用。
[0020]有益效果
[0021](1)本专利技术使用硅胶绝缘层作为基底，使器件整体具有高柔性与可拉伸性；液态金属/镍粉复合材料作为电极材料，与半导体热电颗粒之间具有良好的粘附性，电连接更加稳定。
[0022](2)本专利技术的制备方法简单，成本低，适合规模化生产；所制得的柔性可拉伸热电制冷器具有良好的制冷效果，且制冷速度快，柔韧性好，具有良好的降温效果，这都使它在热电制冷领域并且在在可穿戴领域有重要的科学价值和广阔的应用前景。
附图说明
[0023]图1为本专利技术柔性可拉伸热电制冷器的剖面结构示意图；
[0024]图2为本专利技术柔性可拉伸热电制冷器拉伸前后的截面结构示意图；
[0025]图3为实施例1的柔性可拉伸热电制冷器拉伸时红外成像制冷效果对比图；
[0026]图4为实施例2的柔性可拉伸热电制冷器戴在手臂上的红外成像制冷效果图；
[0027]图5为实施例3的柔性可拉伸热电制冷器不同电压下制冷温度变化图。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0029]本专利技术实施例提供的柔性可拉伸热电制冷器可以应用于各种柔性设备，用于对柔性智能设备中的需冷却结构进行冷却，使需冷却构的温度保持在设定温度，以提高需冷却结构的工作效果和可靠性。现有技术中的热电制冷器多为刚性结构，其中基体和导电电极都是刚性的，因此，将基体和导电电极都变成柔性可拉伸材料，得到的热电制冷器可以实现柔性可拉伸性能。
[0030]实施例1
[0031]用三维打印机打印聚乳酸模具，模具尺寸为5cm X 5cm X 0.16cm，其上有阵列为16X 16的镂空，镂空的尺寸为1.4mm X 1.4mm X 1.6mm，称取共聚酯Ecoflex 00
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30(Smooth
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On)A液10g、Ecoflex 00
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30(Smooth
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On)B液10g，充分搅拌混合。得到的混合液体浇铸到聚乳酸模具中，室温固化10小时，固化后脱模得到镂空绝缘层。将1g镍粉倒入9g镓:铟:锡质量比为68.5:21.5:10的镓铟锡合金液态金属中，用匀浆机3000rad/s搅拌5分钟，使
其充分混合，得到液态金属/镍粉复合材料，作为柔性可拉伸导电电极。
[0032]将半导体热电颗粒包括P型碲化铋颗粒和N型碲化铋颗粒交替放置在绝缘层镂空孔中。通过刷涂方式连接两种半导体热电颗粒，如图1和图2所示，上述P型碲化铋颗粒和N型碲化铋颗粒通过液态金属/镍粉复合材料依次间隔串联电连接，每个液态金属/镍粉复合材料连接一个P型碲化铋颗粒的一端和相邻的一个N型碲化铋热电颗粒的一端，使半导体热电颗粒形成串联电连接的结构，该半导体热电颗粒具有热电效应，从而该热电制冷器在有温差情况下利用半导体热电颗粒塞贝克效应可产生电压，在通电后利用半导体热电颗粒帕尔贴效应实现制冷或者制热的功能。在完成一面电连接后，称取共聚酯Ecoflex 00
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30(Smooth
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On)A液1g、Ecoflex 00
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30(Smooth
‑<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种柔性可拉伸热电制冷器，其特征在于：所述热电制冷器底部为镂空可拉伸硅胶绝缘层，块体热电材料嵌入所述绝缘层中，并通过复合液态金属作为导电电极进行导通。2.根据权利要求1所述的热电制冷器，其特征在于：所述镂空可拉伸硅胶绝缘层的材质为共聚酯或者聚二甲基硅氧烷，尺寸为2～10cm X 2～10cm X 0.1～1cm，镂空的个数为偶数对10～32X 10～32，每个镂空的尺寸为1.4～5mm X 1.4～5mm X 1.4～5mm。3.根据权利要求1所述的热电制冷器，其特征在于：所述块体热电材料为P型和N型的半导体热电颗粒。4.根据权利要求3所述的热电制冷器，其特征在于：所述半导体热电颗粒为Bi2Te或Bi2Te3为基的固溶体合金材料或PbTe为基的固溶体合金材料，交替嵌入所述绝缘层中。5.根据权利要求1所述的热电制冷器，其特征在于：所述复合液态金属为质量比为9:1～1:1的液态金属与镍粉的复合物。6.根据权利要求5所述的热电制冷器，其特征在于：所述液态金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：张青红，徐云鹤，蔡宗富，侯成义，李耀刚，王宏志，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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