一种具有柔性可延展结构的温差发电器及其制作方法与流程

本发明涉及温差发电器技术领域，具体为一种具有柔性可延展结构的温差发电器及其制作方法。

背景技术：

由于半导体的温差电动势较大，因此大都用它来制作温差发电器。它是一种新型的电子器件，无噪音、无污染、能量可高效转换的特点，预示着一场制冷技术革命的开始，温差发电，因为在我们的周围有着太多的“余热”可以利用，废汽热、废水热、废火热、太阳热等等。在能源日益紧张的今天，我们温差发电的愿望更加强烈。它的出现使任意相态的物质、任意局部环境的温度的智能化、数字化、程序化控制，成为可能。想冷，即冷；想热，即热，温度的控制。对于我们随心所欲。

现有的温差发电器上长方形的导线在弯曲时由于柔性不够，容易发生断裂，接触人体皮肤时的接触面积小，从而影响温差发电器的使用寿命，且现有的温差发电器质量相对偏重，单位发电功率密度小，不能很好的满足需求，不利于更好的供给使用，存在一定的不足之处，有待于改进。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种具有柔性可延展结构的温差发电器及其制作方法，该温差发电器重量轻，柔性好，不易发生断裂，单位发电功率密度大。

实现本发明目的的技术方案是：

一种具有柔性可延展结构的温差发电器，包括封装盒、圆弧形结构的柔性基底，封装盒固定设在柔性基底的上表面，封装盒内的柔性基底上表面设有多排平行布置的热电臂组，相邻两排热电臂组的首尾通过可延展的导线串联连接，每排热电臂组包括若干个间隔均匀的p型热电臂，相邻的p型热电臂之间设有n型热电臂，相邻的p型热电臂和n型热电臂通过可延展的导线串联连接，每个热电臂上表面设有铜片；封装盒内串联的热电臂组首尾的两个p型热电臂底部分别设有导线，导线穿出封装盒外与外部负载连接。

所述的可延展的导线，为蛇形互联结构的可延展导线。

所述的可延展的导线，为纳米银材质的导线。

所述的封装盒，为pdms封装盒。

所述的柔性基底，为pi材质的柔性印刷电路板。

一种具有柔性可延展结构的温差发电器的制作方法，包括如下步骤：

1）制备热电臂：利用丝网印刷方式制作热电臂；

2）制备柔性基底：选用pi材质的柔性印刷电路板，采用纳米银墨水，根据热电臂在pi柔性印刷电路板上的分布情况，利用喷墨打印，在pi柔性印刷电路板上表面打印连接各个热电臂的互联导线，并将热电糊状材料刮涂在热电臂对应位置的柔性pi柔性印刷电路板上；

3）采用银膏将热电臂与柔性基底连接；

4）用液态pdms将热电臂包覆，固化后制得具有柔性可延展结构的温差发电器。

所述步骤2），是将pi柔性印刷电路板固定在丝网印刷网版背面，使pi柔性印刷电路板的电极与网版的开孔对齐，釆用金属刮刀将焊料刮涂在柔性印刷电路板上；所述的喷墨打印，喷墨打印机喷嘴与pi柔性印刷电路板的间距为1mm，打印层数为7层；喷墨结束后，将pi柔性印刷电路板至于140℃恒温烤箱中烧结20分钟，即制成柔性基底。

本发明提供的一种具有柔性可延展结构的温差发电器及其制作方法，具备以下有益效果：采用pdms作为封装材料、用pi作为基底、纳米银作为导线喷墨打印到pi基底上、纳米银导线使用可延展结构来连接底部的热电臂，用柔性铜电极来连接顶部的热电臂，相比传统的温差发电器，柔性发电器的发电性能一般，但其重量很轻，单位发电功率密度更大，并且因其具有柔性，可以应用到人体皮肤等非平面的地方，使其接触面积更大，并且可延展形状的导线来提供柔性，这有助于应用到人体穿戴和航天领域上，利于使用，能够提高装置的使用寿命。

附图说明

图1为一种具有柔性可延展结构的温差发电器的外部结构示意图；

图2为一种具有柔性可延展结构的温差发电器的内部结构示意图；

图3为一种具有柔性可延展结构的温差发电器的俯视内部结构示意图；

图4为可延展的导线结构示意图；

图中：1.pdms封装盒2.柔性基底3.导线4.n型热电臂5.铜片6.可延展的导线7.p型热电臂8.外部负载。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容做进一步阐述，但不是对本发明的限定。

如图1-4所示：

一种具有柔性可延展结构的温差发电器，包括pdms封装盒1、圆弧形结构的柔性基底2，pdms封装盒1固定设在柔性基底2的上表面，pdms封装盒1内的柔性基底2上表面设有多排平行布置的热电臂组，相邻两排热电臂组的首尾通过可延展的导线串联6连接，每排热电臂组包括若干个间隔均匀的p型热电臂7，相邻的p型热电臂7之间设有n型热电臂4，相邻的p型热电臂7和n型热电臂4通过可延展的导线串联6连接，每个热电臂上表面设有铜片5；封装盒1内串联的热电臂组首尾的两个p型热电臂7底部分别设有导线3，导线3与pdms封装盒1固定连接并穿出pdms封装盒1外与外部负载8连接，能够构成回路，利于使用；可延展的导线6、n型热电臂4、p型热电臂7和铜片5均包裹在pdms封装盒1的内部，pdms封装盒1能够起到防护作用。

所述的可延展的导线7，为蛇形互联结构的可延展导线，可延展的导线提供柔性，能够提高温差发电器整体结构的柔性，有助于应用到人体穿戴和航天领域上。

所述的可延展的导线7，为纳米银材质的导线。

所述的柔性基底2，为pi材质的柔性印刷电路板，圆弧形的pi基底可以应用到人体皮肤等非平面的地方，使用范围广。

一种具有柔性可延展结构的温差发电器的制作方法，包括如下步骤：

1）制备热电臂：利用丝网印刷方式制作热电臂，具体是：

1-1）先在基底上放一个0.1mm的金属垫圈，将p型板放上去制备，然后拿下p型版，放上全位置版，刮涂n型热电偶；

1-2）在布置完成的热电臂冷端放置不锈钢盖板，用螺帽旋紧，对热电臂热端与底层电极间施加一定的预压力，保证焊料与热电臂热端接触良好，装夹紧固；具体是将pi柔性印刷电路板固定在丝网印刷网版背面，使pi柔性印刷电路板的电极与网版的开孔对齐，釆用金属刮刀将焊料刮涂在柔性印刷电路板上；所述的喷墨打印，喷墨打印机喷嘴与pi柔性印刷电路板的间距为1mm，打印层数为7层；喷墨结束后，将pi柔性印刷电路板至于140℃恒温烤箱中烧结20分钟，即制成柔性基底。

1-3）将夹装好的整体部件放入真空加热炉内，通过真空泵将炉内真空度抽至１００ｐａ左右，对温差发电器的热端进行焊接，热端完成；

1-4）采用军呢绒布与0.5μm的金刚石研磨剂在金相抛光机上对铜导电片进行抛光，去除铜表面的氧化物和油脂；

1-5）用模具对铜片进行定位，用pi胶带粘下来，贴在丝网印刷版背面上用刮刀涂敷焊料，然后贴在冷端，用金属盖板施加预压力，制得热电臂

2）制备柔性基底：选用pi材质的柔性印刷电路板，采用纳米银墨水，根据热电臂在pi柔性印刷电路板上的分布情况，利用喷墨打印，在pi柔性印刷电路板上表面打印连接各个热电臂的互联导线，并将热电糊状材料刮涂在热电臂对应位置的柔性pi柔性印刷电路板上；

3）采用银膏将热电臂与柔性基底连接；

4）在热电臂的冷端粘上pi胶带，用液态pdms对热电臂进行浇筑，将热电臂包覆，固化后去除多余的pdms，在乙醇中揭去pi胶带，具体是：配置10:1的pdms溶液并与粘度为５cst的二甲基硅油（pmx-2005）按照7：3的质量比混合稀释，对混合物充分搅拌后，在真空干燥箱中脱泡，在真空箱中脱泡处理后浇注于样品空隙，液面略高于热电臂的冷端，在未封装的温差发电器底部粘贴ｐｉ胶带，防止固化过程中ｐｄｍｓ从镂空中挤出，造成封装后的温差发电器底部不平整。然后，将温差发电器固定在培养皿底部；将脱泡后的混合物浇注在培养皿中，使液面略高出温差发电器冷端，保证热电臂间隙的完全填充。将培养皿放在真空干燥箱中二次脱泡，待再无新气泡产生后将培养皿置于恒温加热台上，在４０°条件下恒温加热２４小时固化，固化后制得具有柔性可延展结构的温差发电器。

本发明提供的温差发电器是一种静态的固体器件，没有转动部件，体积小、寿命长，工作时无噪声，通过用pdms作为封装材料、用pi作为基底、纳米银材质的导线喷墨打印到pi基底上、纳米银导线使用可延展结构来连接底部的热电臂，用柔性铜电极来连接顶层的热电臂，相比传统的温差发电器，重量很轻，单位发电功率密度更大，并且因其具有柔性，可以应用到人体皮肤等非平面的地方，使其接触面积更大，并且可延展形状的导线来提供柔性，这有助于应用到人体穿戴和航天领域上，利于使用，能够提高装置的使用寿命。