一種柔性熱電發生器及其制造方法技術

本發明專利技術涉及一種柔性熱電發生器及其制造方法，按照本發明專利技術提供的技術方案，所述柔性熱電發生器，包括第一柔性襯底及位于第一柔性襯底下方的第二柔性襯底，所述第一柔性襯底與第二柔性襯底間設置若干交替分布的N型熱電材料顆粒體及P型熱電材料顆粒體，所述N型熱電材料顆粒體通過第一柔性襯底上的第一導電連接層及第二柔性襯底上的第二導電連接層與P型熱電材料顆粒體串聯后電連接，以在第一柔性襯底與第二柔性襯底間形成包括若干熱電對的熱電材料體，所述熱電材料體通過柔性絕緣絕熱灌封材料體封裝在第一柔性襯底及第二柔性襯底間。本發明專利技術工藝簡單方便，制造成本低，發電效率高、能進行適度的彎曲，擴張了應用范圍，安全可靠。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種熱電發生器，尤其是一種柔性熱電發生器及其制造方法，屬于熱電發生器的

技術介紹
由于便攜式電子產品日益增長的微型化趨勢，推動了小型化電源的研究和發展。熱電發生器作為一種自給自足的能源，它根據Seebeck效應能將熱能直接轉換為電能,在適合的溫度下能保持實際上的無限的有效壽命，這使其作為一種能源領域的高新技術成為國際研究的熱點之一。熱電發生器一般由三部分組成熱源、熱沉和熱電堆。熱電堆是由一系列串聯的能夠將熱能轉換成電能的熱電對組成(圖示2)。熱電對由不同類型的N/P型熱電材料組成，當 其兩端，即熱源端和熱沉端，出現溫度梯度時，其兩端可產生電勢差，如圖示I中所示。熱電器件的主要工作原理是基于Seebeck效應。Seebeck效應是德國物理學家Seebeck發現的一種熱電現象。當在金屬導體或者半導體結構上加上溫度差Λ T時，會伴隨產生電壓AU。并且開路電壓線性地正比于溫差「IAUciK —- 'Δ7其中，as稱作Seebeck系數，也可稱為熱電功率。如果熱電偶的兩種構成材料的Seebeck系數分別為a b，則熱電偶的Seebeck系數定義為a db = a a+ab當n對熱電偶串聯時，總的開路輸出電壓可表示為AUn:Δ Un=n · ( a ab · Δ T)根據Seebeck效應而制作的熱電發生器,其效率可由熱電品質因數Z來表征 K其中，σ是電導率，K是熱導率，品質因數Z表示可用在熱電發生器中的熱電材料的熱和電屬性。傳統熱電發生器，多采用熱電材料的長方體狀顆粒，然后按熱電堆的形式，將Ν/Ρ不同的顆粒黏貼到陶瓷導熱板上，其采用的顆粒可以達到lmm2*2mm或者更小的截面，更高的縱橫比。但其應用范圍，受到陶瓷等材料特性的限制，無法應用到管道等，需要有一定彎曲的地方。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種柔性熱電發生器及其制造方法，其工藝簡單方便，制造成本低，發電效率高、能進行適度的彎曲，擴張了應用范圍，安全可靠。按照本專利技術提供的技術方案，所述柔性熱電發生器，包括第一柔性襯底及位于第一柔性襯底下方的第二柔性襯底，所述第一柔性襯底與第二柔性襯底間設置若干交替分布的N型熱電材料顆粒體及P型熱電材料顆粒體,所述N型熱電材料顆粒體通過第一柔性襯底上的第一導電連接層及第二柔性襯底上的第二導電連接層與P型熱電材料顆粒體串聯后電連接，以在第一柔性襯底與第二柔性襯底間形成包括若干熱電對的熱電材料體，所述熱電材料體通過柔性絕緣絕熱灌封材料體封裝在第一柔性襯底及第二柔性襯底間。所述第二柔性襯底上設有與熱電材料體電連接的第一連接電極及第二連接電極，所述第一連接電極及第二連接電極位于第一柔性襯底及柔性絕緣絕熱灌封材料體的外側。所述第一柔性襯底上設有若干貫通所述第一柔性襯底的通孔，所述通孔位于N型熱電材料顆粒體和/或P型熱電材料顆粒體的正上方。所述第二柔性襯底上設有若干貫通所述第二柔性襯底的通孔，所述通孔位于N型熱電材料顆粒體和/或P型熱電材料顆粒體的正下方。 所述通孔內填充有絕緣導熱灌封材料體。一種柔性熱電發生器的制造方法，所述柔性熱電發生器的制造方法包括如下步驟a、提供所需的第一柔性襯底及第二柔性襯底；b、在第一柔性襯底所需的表面上設置導電材料，選擇性地掩蔽和刻蝕所述導電材料，以在第一柔性襯底上得到所需的第一導電連接層；C、在第二柔性襯底所需的表面上設置導電材料，選擇性地掩蔽和刻蝕所述導電材料，以在第二柔性襯底上得到所需的第二導電連接層；d、將所需的N型熱電材料顆粒體及P型熱電材料顆粒體對應的兩端部分別焊接在第一柔性襯底及第二柔性襯底上，所述N型熱電材料顆粒體通過第一柔性襯底上的第一導電連接層及第二柔性襯底上的第二導電連接層與P型熱電材料顆粒體串聯后電連接，以在第一柔性襯底與第二柔性襯底間形成包括若干熱電對的熱電材料體；e、將上述第一柔性襯底、第二柔性襯底及焊接形成的熱電材料體進行退火；f、利用柔性灌封材料對上述退火后的結構進行灌封，熱電材料體通過柔性絕緣絕熱灌封材料體封裝在第一柔性襯底與第二柔性襯底間。所述步驟e中，退火溫度為140°C 160°C。還包括步驟g、在第一柔性襯底和/或第二柔性襯底上設置通孔，第一柔性襯底上的通孔位于N型熱電材料顆粒體和/或P型熱電材料顆粒體的正上方；第二柔性襯底上的通孔位于N型熱電材料顆粒體和/或P型熱電材料顆粒體的正下方。所述通孔內填充有絕緣導熱灌封材料體。所述第一柔性襯底及第二柔性襯底的材料包括PI膜。本專利技術的優點N型熱電材料顆粒體、P型熱電材料顆粒體形成熱電材料體后通過柔性絕緣絕熱灌封材料體封裝在第一柔性襯底與第二柔性襯底間，從而使得得到的熱電發生器通過第一柔性襯底、第二柔性襯底及柔性絕緣絕熱灌封材料體可產生一定的彎曲而不損壞，增加了其應用范圍，N型熱電材料、P型熱電材料采用傳統的長方體結構顆粒，具有較高的熱電效率，工藝步驟簡單，降低制造成本，結構簡單緊湊，安全可靠。附圖說明圖I為現有熱電發生器的原理示意圖。圖2為形成熱電對后的連接示意圖。圖3為本專利技術實施例I的結構示意圖。圖4為圖3中柔性熱電發生器彎曲時的狀態示意圖。圖5為本專利技術第一柔性襯底上形成第一導電連接層后的示意圖。圖6為本專利技術第二柔性襯底上形成第二導電連接層后的示意圖。圖7為圖3中形成柔性熱電發生器的剖視圖。 圖8為本專利技術實施例2的結構示意圖。圖9為圖8中柔性熱電發生器的剖視圖。圖10為本專利技術實施例3的結構示意圖。圖11為圖10中柔性熱電發生器的剖視圖。附圖標記說明I-熱電對、10-第一柔性熱電發生器、20-第二柔性熱電發生器、30-第三柔性熱電發生器、100-第一柔性襯底、101-第二柔性襯底、102-第一連接電極、103-第二連接電極、104-柔性絕緣絕熱灌封材料體、201-第一導電連接層、202-第二導電連接層、301-N型熱電材料顆粒體、302-P型熱電材料顆粒體、401-通孔及501-絕緣導熱灌封材料體。具體實施例方式下面結合具體附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。實施例I如圖3和圖7所示為本專利技術實施例中第一柔性熱電發生器10的結構示意圖，所述第一柔性熱電發生器10包括第一柔性襯底100及位于第一柔性襯底100下方的第二柔性襯底101,所述第一柔性襯底100與第二柔性襯底101間設置若干交替分布的N型熱電材料顆粒體301及P型熱電材料顆粒體302，所述N型熱電材料顆粒體301通過第一柔性襯底100上的第一導電連接層201及第二柔性襯底101上的第二導電連接層202與P型熱電材料顆粒體302串聯后電連接，以在第一柔性襯底100與第二柔性襯底101間形成包括若干熱電對I的熱電材料體，所述熱電材料體通過柔性絕緣絕熱灌封材料體104封裝在第一柔性襯底100及第二柔性襯底101間。上述第一柔性襯底100及第二柔性襯底101的材料包括PI(Polyimide Film)膜。熱電材料體通過柔性絕緣絕熱灌封材料體104封裝在第一柔性襯底100與第二柔性襯底101間后，所形成的柔性熱電發生器具有一定角度的柔性，能夠用于需要彎曲的環境中，如廢氣管道、排氣管道等場合中，如圖4所示。柔性絕緣絕熱灌封材料體104采用現有常規的柔性絕緣絕熱灌封材料，為本
人員所熟知；同時，N型熱電材料顆粒體3本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種柔性熱電發生器，其特征是：包括第一柔性襯底（100）及位于第一柔性襯底（100）下方的第二柔性襯底（101），所述第一柔性襯底（100）與第二柔性襯底（101）間設置若干交替分布的N型熱電材料顆粒體（301）及P型熱電材料顆粒體（302），所述N型熱電材料顆粒體（301）通過第一柔性襯底（100）上的第一導電連接層（201）及第二柔性襯底（101）上的第二導電連接層（202）與P型熱電材料顆粒體（302）串聯后電連接，以在第一柔性襯底（100）與第二柔性襯底（101）間形成包括若干熱電對的熱電材料體，所述熱電材料體通過柔性絕緣絕熱灌封材料體（104）封裝在第一柔性襯底（100）及第二柔性襯底（101）間。

【技術特征摘要】
1.一種柔性熱電發生器，其特征是包括第一柔性襯底(100)及位于第一柔性襯底(100)下方的第二柔性襯底(101)，所述第一柔性襯底(100)與第二柔性襯底(101)間設置若干交替分布的N型熱電材料顆粒體(301)及P型熱電材料顆粒體(302)，所述N型熱電材料顆粒體(301)通過第一柔性襯底(100 )上的第一導電連接層(201)及第二柔性襯底(101)上的第二導電連接層(202)與P型熱電材料顆粒體(302)串聯后電連接，以在第一柔性襯底(100)與第二柔性襯底(101)間形成包括若干熱電對的熱電材料體,所述熱電材料體通過柔性絕緣絕熱灌封材料體(104)封裝在第一柔性襯底(100)及第二柔性襯底(101)間。2.根據權利要求I所述的柔性熱電發生器，其特征是所述第二柔性襯底(101)上設有與熱電材料體電連接的第一連接電極(102)及第二連接電極(103)，所述第一連接電極(102)及第二連接電極(103)位于第一柔性襯底(100)及柔性絕緣絕熱灌封材料體(104)的外側。3.根據權利要求I所述的柔性熱電發生器，其特征是所述第一柔性襯底(100)上設有若干貫通所述第一柔性襯底(100 )的通孔(401)，所述通孔(401)位于N型熱電材料顆粒體(301)和/或P型熱電材料顆粒體(302)的正上方。4.根據權利要求I所述的柔性熱電發生器，其特征是所述第二柔性襯底(101)上設有若干貫通所述第二柔性襯底(101)的通孔(401)，所述通孔(401)位于N型熱電材料顆粒體(301)和/或P型熱電材料顆粒體(302)的正下方。5.根據權利要求3或4所述的柔性熱電發生器，其特征是所述通孔(401)內填充有絕緣導熱灌封材料體(501)。6.一種柔性熱電發生器的制造方法，其特征是，所述柔性熱電發生器的制造方法包括如下步驟 (a)、提供所需的第一柔性襯底(100)及第二柔性襯底(101); (b)、在第一柔性襯底(100)所需的表面上設置導電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳慶，曹二林，陳嵐，
申請(專利權)人：江蘇物聯網研究發展中心，
類型：發明
國別省市：