一种新型柔性热电元件的制作方法与流程

本发明涉及一种柔性热电元件的制作方法，本发明属于电子材料与器件技术领域。

背景技术：

热电材料是一种在固体状态下通过自身的载流子(空穴或电子)的传输实现热能与电能相互转换的材料。热电转换技术由于具有体积小、无振动、无噪音、无污染、无磨损、无运动部件、免维护、无污染等特点，在热能利用方面具有的独特优势。导电聚合物具有热导率低、质轻、价廉、容易合成和加工成型等优点，是一种很有潜力的热电材料。常见的共轭高分子导电聚合物主要有聚苯胺(pani)、聚吡咯(ppy)、聚噻吩(pth)及其衍生物。基于导电聚合物的复合热电材料可通过浸渍、涂覆、印刷等工艺加工，制造成本低廉，有应用于柔性可穿戴设备并为之供电的巨大潜力。

但是，目前报道由柔性热电材料制作的器件主要集中在实验室模型的热电性能研究，p型和n型热电材料通过简单工艺互联，尚无法利用系统工艺规模化制成柔性热电器件。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出一种柔性热电元件的制作方法，其特征在于：分别将n型和p型热电材料分散在溶剂中配制浆料，在柔性绝缘基板两面分别印刷p型热电材料浆料和n型热电材料浆料，烘干后分别得到n型和p型热电材料的线路层，在柔性绝缘基板两端各钻一排通孔，在通孔中镀金属，两面的线路层通过两端镀有金属的通孔连接成n-p-n-p…的交替串联线路结构，得到柔性热电元件，当柔性绝缘基板两端存在温差时交替串联线路结构中产生电势差，可将温差转换成电能，当串联电路通入电流时，可使柔性绝缘基板一侧制冷，另一侧散热，形成温差。

所述柔性绝缘基板为可弯曲的绝缘聚合物片材。

所述可弯曲的绝缘聚合物片材包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺中的一种。

所述p型热电材料的室温电导率＞50scm，功率因子＞10μwm^-1k^-2，线路制成方式为丝网印刷。

所述p型热电材料包括碳材料填充的聚-3，4乙撑二氧噻吩/聚磺化苯乙烯、p型无机热电材料粉末填充的聚-3，4乙撑二氧噻吩/聚磺化苯乙烯、p型无机热电材料粉末填充的聚苯胺、p型无机热电材料粉末填充的聚吡咯、p型无机热电材料粉末填充的聚偏氟乙烯中的一种。

所述n型热电材料的室温电导率＞50scm，功率因子＞10μwm^-1k^-2，线路制成方式为丝网印刷。

所述n型热电材料包括碳化钨填充聚偏氟乙烯、碳化钛填充聚偏氟乙烯、镍填充聚偏氟乙烯、n型热电材料粉末填充聚偏氟乙烯，n型热电材料粉末填充聚-3，4乙撑二氧噻吩/聚二烯丙基二甲基氯化铵中的一种。

所述柔性基板两端各钻有一排通孔，通孔中镀有金属，工艺方式为电镀，所述金属包括铜、银、金中的一种，通孔中金属镀层分别与柔性基板两面的n型热电线路与p型热电线路连接导通。

将多个两面分别印刷p型热电材料浆料和n型热电材料浆料的柔性绝缘基板粘结形成多层柔性线路板，通过钻通孔并在孔中镀金属联结多个线路板上的线路，获得更高的热电转换效率。

本发明的优点在于：n型和p型热电材料浆料分别在柔性基板两面通过丝网印刷印制，通过柔性线路板工艺通孔结构实现串联，制成工艺简单，与柔性印制线路板(fpc)技术兼容，采用该方法制作的柔性热电元件线路结构紧凑，能量密度高，可用于对各种可穿戴器件供电。

本发明的内容和特点已揭示如上，然而前面叙述的本发明仅仅简要地或只涉及本发明的特定部分，本发明的特征可能比在此公开的内容涉及的更多。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应该包括在不同部分中所体现的所有内容的组合，以及各种不背离本发明的替换和修饰，并为本发明的权利要求书所涵盖。

附图说明

图1采用本发明制作的一种柔性热电元件平面结构示意图。1-柔性基板；2-正面n型热电材料线路；3-背面p型热电材料线路；4-通孔，通孔上镀有金属。

图2采用本发明制作的一种柔性热电元件通孔处截面结构示意图。1-柔性基板；2-正面n型热电材料线路；3-背面p型热电材料线路；4-通孔，通孔上镀有金属。

图3采用本发明制作的一种柔性热电元件温差发电示意图。1-柔性基板；2-正面n型热电材料线路；3-背面p型热电材料线路；4-通孔，通孔上镀有金属。

图4采用本发明制作的一种柔性热电元件固态制冷示意图。1-柔性基板；2-正面n型热电材料线路；3-背面p型热电材料线路；4-通孔，通孔上镀有金属。

具体实施方式

实施例1：

配制碳材料填充聚-3，4乙撑二氧噻吩：聚磺化苯乙烯的p型热电材料分散浆料和的碳化钨填充聚-3，4乙撑二氧噻吩/聚二烯丙基二甲基氯化铵的n型热电材料分散浆料，在柔性聚酰亚胺基板两面分别采用丝网印刷印制p型热电材料浆料和n型热电材料浆料，烘干后分别得到n型和p型热电材料的线路层，在柔性绝缘基板两端各钻一排通孔，在通孔中的镀金，两面的线路层通过两端镀金的通孔连接成n-p-n-p…的交替串联线路结构，得到柔性热电元件，正面和截面分别如图1和图2所示。

当柔性绝缘基板两端存在温差时交替串联线路结构中产生电势差，可将温差转换成电能向外输出，如图3所示。

实施例2：

配制bi0.5sb1.5te3填充聚偏氟乙烯的p型热电材料分散浆料和的bi2te2.7se0.3填充聚偏氟乙烯的n型热电材料分散浆料，在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯基板两面分别采用丝网印刷印制p型热电材料浆料和n型热电材料浆料，烘干后分别得到n型和p型热电材料的线路层，在柔性绝缘基板两端各钻一排通孔，在通孔中的镀银，两面的线路层通过两端镀银的通孔连接成n-p-n-p…的交替串联线路结构，得到柔性热电元件。

当如图4所示串联电路通入电流时，可使柔性基板一侧制冷，另一侧散热，形成温差。

实施例3：

配制碳纳米管填充聚苯胺的p型热电材料分散浆料和碳化钨填充聚偏氟乙烯的n型热电材料分散浆料，在柔性聚对苯二甲酸丁二醇酯基板两面分别采用丝网印刷印制p型热电材料浆料和n型热电材料浆料，烘干后分别得到n型和p型热电材料的线路层，在柔性绝缘基板两端各钻一排通孔，在通孔中的镀铜，两面的线路层通过两端镀铜的通孔连接成n-p-n-p…的交替串联线路结构，得到柔性热电元件。

当柔性绝缘基板两端存在温差时交替串联线路结构中产生电势差，可将温差转换成电能向外输出，如图3所示。

实施例4：

配制石墨烯填充聚苯吡咯的p型热电材料分散浆料和镍粉填充聚偏氟乙烯的n型热电材料分散浆料，在柔性聚酰亚胺基板两面分别采用丝网印刷印制p型热电材料浆料和n型热电材料浆料，烘干后分别得到n型和p型热电材料的线路层，在柔性绝缘基板两端各钻一排通孔，在通孔中的镀铜，两面的线路层通过两端镀铜的通孔连接成n-p-n-p…的交替串联线路结构，得到柔性热电元件。

当如图4所示串联电路通入电流时，可使柔性基板一侧制冷，另一侧散热，形成温差。