一种集成微通道水冷的柔性嵌入式可拉伸热电器件及其制备方法技术

该发明专利技术公开了一种集成微通道水冷的柔性嵌入式可拉伸热电器件及其制备方法，属于热电器件制备技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种集成微通道水冷的柔性嵌入式可拉伸热电器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于热电器件制备
，具体涉及一种集成微通道水冷的柔性可拉伸热电器件的制备方法
。

技术介绍

[0002]柔性电子是一种创新性的电子
，其核心概念是将电子元件
、
电子电路和传感器等集成到柔软的基底上，从而赋予这些电子器件可弯曲
、
可折叠
、
可拉伸等柔性特性
。
这种技术的发展旨在克服传统硬性电子器件的局限性，为电子设备在更广泛的应用场景中提供灵活性和适应性
。
[0003]热电器件是一类能够将热能转化为电能
(
热电效应
)
或者将电能转化为热能
(
热效应
)
的器件
。
它们基于热电效应和热效应原理，可以在温差存在时产生电压或者电流，或者在电流通过时产生温差
。
这些器件在多种领域具有应用潜力，包括能量收集
、
温度调节
、
环境监测等
。
[0004]柔性热电器件是将热电技术与柔性电子技术相结合的产物，具备柔软的特性，能够在弯曲
、
折叠和拉伸等情况下工作，为温度调节
、
能源收集等领域提供了新的可能性
。
它们在可穿戴设备
、
智能皮肤
、
便携式能源收集等应用中具备广阔的前景
。
[0005]但是目前柔性热电期间仍然存在散热性能差
、
可拉伸性较差等问题，现有的柔性热电器件需要搭配大型散热片才能发挥较好性能，大大限制了其柔性和轻便的特性；同时传统的柔性热电器件柔性材料的拉伸性能可能受限，可能导致在实际使用中出现损坏
。
[0006]因此，研究出一种成本低
、
拉伸性能好
、
制冷性能好
、
集成度高的柔性嵌入式可拉伸热电器件对于可穿戴柔性热电器件领域的实际应用有十分重要的意义
。

技术实现思路

[0007]针对
技术介绍
中所存在的可穿戴热电制冷器件拉伸性能差
、
不便携带
、
制冷性能较差的问题，本专利技术的目的在于提供一种集成微通道水冷的柔性可拉伸热电器件的制备方法
。
本专利技术设计了一种新型的可穿戴热电制冷器件，通过集成微通道水冷技术解决柔性热电器件散热问题，使得器件本身更加轻便，提升制冷性能，通过嵌入式热电臂技术提高器件的导热性能，提升散热性能，通过可拉伸器件形状设计提高器件拉伸性能
。
最终制备的器件具有高度柔性化
、
高度集成化
、
体积小巧
、
制冷性能好的特点
。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的制备方案如下：一种集成微通道水冷的柔性嵌入式可拉伸热电器件，该器件包括：柔性基板
、N
型热电臂
、P
型热电臂，所述柔性基板上设置有微流道，微流到包括输入流道
、
热交换流道
、
输出流道，所述热交换流道包括由外到内的多层流道，每层流道整体呈正六边形，但正六边形的每条边的流道为往复的“S”形，有正六边形的中心引出一条虚拟的直线时，虚拟直线上相邻的热交换流道的“S”形弯曲方向相反；输入流道与输出流道穿过正六边形的一对对角直接联通，正六边形的中心点为分界点，一侧为输
入流道，另一为输出流道，输入流道从输入口开始每经过一层热交换流道后流道的宽度减小，输出流道从连接输入流道的端口开始每经过一层热交换流道后流道的宽度变大；所述热交换流道的两侧依次间隔设置
N
型热电臂和
P
型热电臂，
N
型热电臂和
P
型热电臂为柱形，一半埋设于柔性基底内，
N
型热电臂和
P
型热电臂的设置位置都对应热交换流道的“S”形的凹陷处；
N
型热电臂和
P
型热电臂的底部和顶部都设置有金属贴片，相邻的
N
型热电臂和
P
型热电臂的底部金属贴片或顶部金属贴片采用“S”形电极联通，最终实现所有的
N
型热电臂和
P
型热电臂间隔串联在一起
。
[0009]进一步的，所述
N
型热电臂和
P
型热电臂的联通方式为：首先将每一圈内热电臂串联，然后在将各圈串联
。
[0010]进一步的，所述柔性基板的材料为：
PDMS
：
AlN
：固化剂比例为
10
：4：1的混合材料，
S”形电极为铜箔，总厚度不超过
50
μ
m。
[0011]一种集成微通道水冷的柔性嵌入式可拉伸热电器件的制备方法，该方法包括：
[0012]步骤
1.
通过
3D
建模软件设计微通道互补模具进行
3D
打印，得到打印后的模具进行模具预处理，将柔性基板分为下层和上层，下层和上层结构完全相同；采用同一模具制备；具体步骤为将模具用酒精擦净残留大量树脂后，浸泡在酒精中使用超声清洗清除残留树脂，再将模具放置在烘箱烘烤，最后使用紫外光固化得到可灌注的模具；
[0013]步骤
2.
将
PDMS
：
AlN
：固化剂混合，得到掺杂
AlN
的
PDMS
，再将得到的掺杂
AlN
的
PDMS
灌注到步骤1中得到的模具中后，放置在烘箱中固化，固化后的掺杂
AlN
的
PDMS
从模具中脱离出来得到一半的基板；
[0014]步骤
3.
将步骤2中掺杂
AlN
的
PDMS
均匀涂抹在喷涂脱模剂的玻璃片上，在匀胶机上旋涂后得到未固化的掺杂
AlN
的
PDMS
薄膜，采用该薄膜粘合两张步骤2制备的基板，等待薄膜固化后得到所需要的带有微通道的柔性基底；
[0015]步骤
4.
采用步骤3相同的方法制造掺杂
AlN
的
PDMS
薄膜，然后将薄膜放置在烘台上加热得到固化掺杂
AlN
的
PDMS
薄膜，将粘合聚酰亚胺的铜箔粘在水溶胶带上，再将水溶胶带固定在玻璃片上，使用紫外激光雕刻机刻蚀出器件所需要的蛇形电路和热电臂的电极，再将刻蚀后的电路转印到制备好的
PDMS
薄膜上后加热，洗净水溶胶后得到印制电路
PDMS
薄膜；
[0016]步骤
5....

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种集成微通道水冷的柔性嵌入式可拉伸热电器件，该器件包括：柔性基板
、N
型热电臂
、P
型热电臂，所述柔性基板上设置有微流道，微流到包括输入流道
、
热交换流道
、
输出流道，所述热交换流道包括由外到内的多层流道，每层流道整体呈正六边形，但正六边形的每条边的流道为往复的“S”形，有正六边形的中心引出一条虚拟的直线时，虚拟直线上相邻的热交换流道的“S”形弯曲方向相反；输入流道与输出流道穿过正六边形的一对对角直接联通，正六边形的中心点为分界点，一侧为输入流道，另一为输出流道，输入流道从输入口开始每经过一层热交换流道后流道的宽度减小，输出流道从连接输入流道的端口开始每经过一层热交换流道后流道的宽度变大；所述热交换流道的两侧依次间隔设置
N
型热电臂和
P
型热电臂，
N
型热电臂和
P
型热电臂为柱形，一半埋设于柔性基底内，
N
型热电臂和
P
型热电臂的设置位置都对应热交换流道的“S”形的凹陷处；
N
型热电臂和
P
型热电臂的底部和顶部都设置有金属贴片，相邻的
N
型热电臂和
P
型热电臂的底部金属贴片或顶部金属贴片采用“S”形电极联通，最终实现所有的
N
型热电臂和
P
型热电臂间隔串联在一起
。2.
如权利要求1所示的一种集成微通道水冷的柔性嵌入式可拉伸热电器件，其特征在于，所述
N
型热电臂和
P
型热电臂的联通方式为：首先将每一圈内热电臂串联，然后在将各圈串联
。3.
如权利要求1所示的一种集成微通道水冷的柔性嵌入式可拉伸热电器件，其特征在于，所述柔性基板的材料为：
PDMS
：
AlN
：固化剂比例为
10
：4：1的混合材料，
S”形电极为铜箔，总厚度不超过
50
μ
m。4.
如权1所述的一种集成微通道水冷的柔性嵌入式可拉伸热电器件的制备方法，该方法包括：步骤
1.
通过
3D
建模软件设计微通道互补模具进行
3D
打印，得到打印后的模具进行模具预处理，将柔性基板分为下层和上层，下层和上层结构完全相同；采用同一模具制备；具体步骤为将模具用酒精擦净残留大量树脂后，浸泡在酒精中使用超声清洗清除残留树脂，再将模具放置在烘箱烘烤，最后使用紫外光固化得到可灌注的模具；步骤
2.
将
PDMS
：
AlN
：固化剂混合，得到掺杂
AlN
的
PDMS
，再将得到的掺杂
AlN
的
PDMS
灌注到步骤1中得到的模具中后，放置在烘箱中固化，固化后的掺杂
AlN
的
PDMS
从模具中脱离出来得到一半的基板；步骤
3.
将步骤2中掺杂
AlN
的
PDMS
均匀涂抹在喷涂脱模剂的玻璃片上，在匀胶机上旋涂后得到未固化的掺杂
AlN
的
PDMS
薄膜，采用该薄膜粘合两张步骤2制备的基板，等待薄膜固化后得到所需要的带有微通道的柔性基底；步骤
4.
采用步骤3相同的方法制造掺杂
AlN
的
PDMS
薄膜，然后将薄膜放置在烘台上加热得到固化掺杂
AlN
的
PDMS
薄膜，将粘合聚酰亚胺的铜箔粘在水溶胶带上，再将水溶胶带固定在玻璃片上，使用紫外激光雕刻机刻蚀出器件所需要的蛇形电路和热电臂的电极，再将刻蚀后的电路转印到制备好的
PDMS
薄膜上后加热，洗净水溶胶后得到印制电路
PDMS
薄膜；步骤
5.
使用紫外激光雕刻机刻蚀步骤3中得到的柔性基底，根据热电器件的电极排列和微通道的形状设计刻蚀的孔洞，使用紫外激光雕刻机击穿柔性基底，再分别将
N
型热电臂与
P
型热电臂分别间隔嵌入
1/2
在孔洞中，使用步骤3中得到的未固化的掺杂
AlN
的
PDMS
填充在热电臂与微通道孔洞...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄振龙，陈涛，林媛，周瑞，王以卓，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：