【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能穿戴，尤其涉及一种具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件及其制备方法。
技术介绍
1、热电材料因其可实现电能与热能相互转换、将环境中的废热转换为电能的特性，可有效解决目前热能资源浪费问题，也可以利用人体皮肤表面潜热产生电能进一步实现温度检测等功能，在智能可穿戴领域同样具有巨大的应用价值。
2、以热电材料为基础制成的热电器件具有节约能源、轻便小巧、灵活便捷、无噪音和使用寿命长等突出性优点，具备收集废热发电、热电致冷、温度传感、温度预警等功能，在可穿戴电子设备、体育运动、医疗防护等领域均具有广泛的应用前景。
3、近年来，已有许多基于热电材料的热电器件问世，但仍存在诸多不足，如目前的热电器件多数为刚性块状结构，无法在可穿戴领域实现应用，具有刚性不舒适、不便捷等特点；平面结构的热电薄膜器件无法在垂直方向上利用环境和人体皮肤表面的热量，难以充分利用热能，并且散热性较差导致能量转化率较低；纤维类的柔性热电器件制造工艺复杂，生产成本高且效能低，难以在保持较高性能的前提下完成织造过程，因此很难织造成功并得到应用；热电发电应用存在异质界面失稳，热电材料与电极的界面处在实际运用中面临电阻，热阻高、接头处易老化失效等。
4、专利cn 110649151 a公开了一种图形化n、p型热电薄膜及制备方法和柔性薄膜热电器件，所选用的热电材料为无机粉末bi2sexte3-x(x＝0.1～1)和bixsb2-xte3(x＝0.1～0.8)，粉末平均粒径小于10μm。制备方法为通过柔性掩膜进行真空辅助抽滤。该制备
5、因此，设计一款工艺简单，具有较高散热率与能量转换率，同时可实现柔性可穿戴化的热电器件，是解决热电器件在智能穿戴领域应用的关键问题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件及其制备方法。本专利技术的具有立体环状结构的p型、n型一体化柔性可穿戴热电器件，包括p型热电/粘结薄膜、n型热电/粘结薄膜和柔性薄膜基底；该器件与人体皮肤直接接触时，在保证柔性自发电的同时，具备较高的散热性能与能量转换率。该器件结构可有效利用垂直方向上的环境废热与人体皮肤表面潜热，同时具有更高的散热性。
2、本专利技术的第一个目的是提供一种具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、将粘结剂溶液制成粘结薄膜；所述粘结剂溶液包括第一粘结剂和流平剂；
4、s2、在s1所述的粘结薄膜表面分别铺设p型热电溶液和n型热电溶液，经烘干，分别得到p型热电/粘结薄膜和n型热电/粘结薄膜；所述p型热电溶液包括p型热电材料、碳基材料、第一聚电解质溶液、第二粘结剂和第一溶剂；所述n型热电溶液包括n型热电材料、第二聚电解质溶液、第三粘结剂和第二溶剂；
5、s3、将s2所述的p型热电/粘结薄膜和n型热电/粘结薄膜贴合在柔性薄膜基底之间，p型热电/粘结薄膜和n型热电/粘结薄膜形成p型和n型交替的热电单元，相邻的p型热电/粘结薄膜和n型热电/粘结薄膜通过导线连接，得到复合热电器件；
6、s4、对s3所述的复合热电器件进行螺旋处理，形成环状立体结构，得到所述的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件。
7、在本专利技术的一个实施例中，在s1中，所述流平剂选自乙二醇单丁基醚、二乙二醇丁醚、丙二醇二甲醚和二丙二醇甲醚中的一种或多种；所述碳基材料选自多壁碳纳米管、单臂碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。
8、在本专利技术的一个实施例中，在s1中，所述粘结剂溶液中流平剂的质量分数为1％-15％；所述第一粘结剂和流平剂的质量比为17-19：1-3。
9、在本专利技术的一个实施例中，在s2中，所述p型热电材料和n型热电材料独立地选自碲化铋、碲化铅、锗化硅、硒化锡和硒化铜中的一种或多种。
10、在本专利技术的一个实施例中，在s2中，所述p型热电溶液中第二粘结剂的重量分数为10％-20％；p型热电材料、碳基材料、第一聚电解质溶液、第二粘结剂的质量比为1：0.08-0.15：1.5-2.5：0.5-0.6。
11、在本专利技术的一个实施例中，在s2中，所述n型热电溶液中第三粘结剂的重量分数为10％-20％；n型热电材料、第二聚电解质溶液和第三粘结剂的质量比为1：0.3-0.6：0.1-0.4。
12、在本专利技术的一个实施例中，p型热电溶液和n型热电溶液中的水性聚氨酯与热电材料有较好相容性，在保证成膜稳定性的同时，赋予产品膜良好的柔韧性；聚电解质保证了热电溶液优良的导电性，但由于聚电解质本身表现出p型热电性质，在对溶液热电性能的提升上，其在p型热电溶液中表现出协同作用而在n型热电溶液中表现出拮抗作用，因此，聚电解质在p型和n型热电溶液的配置比例具有较大差别，以实现导电性能与热电性能的良好平衡；p型热电溶液中还加入了具有优良导电性、高强度与高韧性的碳基材料，进一步提升热电溶液的综合性能。基于这三种重要的材料组分以及其配比关系，使得最终的热电溶液在导电性、热电性、稳定性之间具有良好的协同作用。
13、在本专利技术的一个实施例中，在s2中，所述烘干的温度为40℃-60℃，时间为20min-30min。
14、在本专利技术的一个实施例中，在s3中，所述柔性薄膜基底选自聚酰亚胺薄膜、聚二甲基硅氧烷薄膜和碳纳米管薄膜中的一种或多种；进一步地，柔性薄膜基底为聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜聚有一定的结构强度，在器件中提供一定的自支撑作用；在对器件导电性和热电性较小的影响下，使得器件的柔性与拉伸性进一步得到大幅提升，可以更好的进行弯曲，保证在器件的应用过程中薄膜保持完整性和稳定性。
15、在本专利技术的一个实施例中，所述第一粘结剂、第二粘结剂和第三粘结剂独立地选自水性聚氨酯树脂和/或聚二甲基硅氧烷；进一步地，所述水性聚氨酯树脂为脂肪族聚酯，表现出更好的柔性；所述第一聚电解质溶液和第二聚电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，在S1中，所述流平剂选自乙二醇单丁基醚、二乙二醇丁醚、丙二醇二甲醚和二丙二醇甲醚中的一种或多种；所述碳基材料选自多壁碳纳米管、单臂碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，在S1中，所述粘结剂溶液中流平剂的质量分数为1％-15％；所述第一粘结剂和流平剂的质量比为17-19：1-3。
4.根据权利要求1所述的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，在S2中，所述P型热电材料和N型热电材料独立地选自碲化铋、碲化铅、锗化硅、硒化锡和硒化铜中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，在S2中，所述P型热电溶液中第二粘结剂的重量分数为10％-20％；P型热电材料、碳基材料、第一聚电解质溶液、第二粘结剂的质量比为1：0.08-0
6.根据权利要求1所述的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，在S2中，所述N型热电溶液中第三粘结剂的重量分数为10％-20％；N型热电材料、第二聚电解质溶液和第三粘结剂的质量比为1：0.3-0.6：0.1-0.4。
7.根据权利要求1所述的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，在S2中，所述烘干的温度为40℃-60℃，时间为20min-30min。
8.根据权利要求1所述的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，在S3中，所述柔性薄膜基底选自聚酰亚胺薄膜、聚二甲基硅氧烷薄膜和碳纳米管薄膜中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，所述第一粘结剂、第二粘结剂和第三粘结剂独立地选自水性聚氨酯树脂和/或聚二甲基硅氧烷；所述第一聚电解质溶液和第二聚电解质溶液独立地选自PEDOT:PSS和/或ecoflex；所述第一溶剂和第二溶剂独立地选自二甲基亚砜、乙二醇、硫酸二甲酯、山梨醇、甲氧基乙醇、二甘醇和甘油中的一种或多种。
10.一种权利要求1-9任一项所述的方法制备的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件。
...【技术特征摘要】
1.一种具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，在s1中，所述流平剂选自乙二醇单丁基醚、二乙二醇丁醚、丙二醇二甲醚和二丙二醇甲醚中的一种或多种；所述碳基材料选自多壁碳纳米管、单臂碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，在s1中，所述粘结剂溶液中流平剂的质量分数为1％-15％；所述第一粘结剂和流平剂的质量比为17-19：1-3。
4.根据权利要求1所述的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，在s2中，所述p型热电材料和n型热电材料独立地选自碲化铋、碲化铅、锗化硅、硒化锡和硒化铜中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的具有立体环状结构的柔性可穿戴热电器件的制备方法，其特征在于，在s2中，所述p型热电溶液中第二粘结剂的重量分数为10％-20％；p型热电材料、碳基材料、第一聚电解质溶液、第二粘结剂的质量比为1：0.08-0.15：1.5-2.5：0.5-0.6。
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶施莹，方剑，任松，吴凯，王嘉珅，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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