[發明專利]一種點膠柔性熱電器件及其制作方法

有效

• 申請號: 202110553860.8
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113206186B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發明（設計）人: 柳長昕;范宇航;趙凱園;單百川;陳南汐;曲廣皓;李華安;王昊;徐敏義;潘新祥
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H10N10/01
• 分類號: H10N10/01;H10N10/17
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 修睿;李洪福

本發明提供一種點膠柔性熱電器件的制備方法及其制得的柔性熱電器件，屬于熱電材料新能源領域。本發明設計的柔性熱電器件采用自研的絕緣層圖形化PI銅薄膜作為基底，把圖形化PI銅基底吸附在基板上，根據圖形化的PI銅基底設計相應的點膠圖案，把制備的P型和N型碲化鉍漿料依次點膠在圖形化PI銅上，使得P?N半導體形成電學串聯熱學并聯的獨立結構；最后焊上引線，將PDMS澆筑在點膠固化完成的熱電器件上，固化完成得到柔性熱電器件。本發明制作的柔性器件，未改變半導體熱電材料的成分，沒有降低熱電材料的性能，可以實現大角度的彎折，擴寬了熱電器件的應用領域，為微型TEG設備以及其他微納能源領域提供了解決方案。

技術領域

本發明涉及熱電發電器件技術領域以及溫差發電自供能技術領域，具體而言，涉及一種高性能柔性熱電器件的制備方法以及制得的輸出高、內阻小、且具有柔性的熱電器件。

背景技術

目前，溫差發電作為一種新型的綠色能源技術，正在國內外受到越來越多的關注和研究。溫差發電技術根據塞貝克技術為原理，可以利用溫差產生電能，具有設計簡單、穩定性高、環境友好、適用廣泛等方面的優點，目前正廣泛的使用在船舶汽車余熱利用、航空航天溫差發電、太陽能溫差發電、工業廢熱以及微型可穿戴設備等領域。

熱電器件是溫差發電實現應用的重要手段。熱電器件具有體積小巧、結構相對簡單、效率較高以及無污染等優勢。隨著可穿戴設備市場的興起，溫差發電也在逐漸視為可穿戴設備能源的理想解決方案。而可穿戴設備對柔性、折疊、高效的熱電器件的需求也越來越大。目前，傳統的熱電器件主要采用剛性基板，不能折疊與彎曲，不能滿足當前復雜形狀熱源或可穿戴市場的需要。所以，發展新型柔性熱電器件已經成為了國內外眾多研究人員的新領域。

當前國內外研發的柔性熱電器件大多不能商用，主要有以下幾種原因，其柔韌性不高、ZT值較低、制作工藝也遠遠不夠成熟以及熱電轉換率等方面都無法滿足可穿戴設備或復雜熱源的需求。同時，很多研究人員也在嘗試多種金屬或半導體的摻雜方式來改善此種情況。但是采用多種摻雜材料又可能提高接觸電阻和接觸內阻，大幅降低電導率和ZT值，增加制作成本，難以大規模的生產與應用。

因此，當前亟需開發適用于多種環境以及可穿戴設備的新型柔性熱電器件。

發明內容

為了解決上述描述熱電器件研究的問題，滿足多種環境熱源以及新型可穿戴設備的需求，本發明提出了一種點膠柔性熱電器件及其制作方法。本發明采用的技術手段如下：

一種點膠柔性熱電器件的制備方法，該方法采用圖形化電極PI銅作為基底，根據場景及使用需求設計圖形與結構，使用點膠工藝進行操作，具體包括以下步驟：

步驟S1、根據應用場景及使用要求，設計所需圖形化圖層，采用電子沉積法將圖形化絕緣層沉積在PI-Cu膜上，打印完成后，加熱固化，接著使用刻蝕液刻蝕，完成后再使用清洗液擦拭，最后用去離子水洗凈得到圖形化的 PI銅；

步驟S2、分別稱取適量的雙酚環氧樹脂、甲基六氫鄰苯二甲酸酐、甲苯充分攪拌溶解，接著將不同溶液中分別加入適量P型碲化鉍、N型碲化鉍，充分攪拌混合均勻，放置冷卻后形成P型碲化鉍漿料以及N型碲化鉍漿料；

步驟S3、將步驟S1得的圖形化PI銅基底吸附到基板上，根據圖形化PI 銅設計相應的PN結點膠圖形；

步驟S4、將步驟S2所制的碲化鉍漿料取出，利用針頭或點膠設備在步驟S3所得基底上進行點膠操作，首先點膠P型碲化鉍，接著點膠N型碲化鉍，依次交替，點膠完成后，進行固化、燒結；

步驟S5、使用烙鐵將引線焊在熱電器件的兩端，最后將封裝材料澆筑在器件上，自然消泡后，加熱固化，即制得柔性熱電器件。

進一步地，所述步驟1中的加熱固化使用365nm紫外線固化燈進行。

進一步地，根據工作環境和使用場景的不同，所述步驟1中，將去離子水替換為乙醇，采用乙醇洗凈得到圖形化PI銅。