CN101420011B - 基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统及方法 - Google Patents
基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统及方法。该系统主要由数控平移装置、对准装置、微型温差电器件固定装置、系统支撑架和电源组成。数控平移装置用于实现待组装温差电薄膜的精确水平移位，对准装置用于实现微型温差电器件和待组装温差电薄膜的精确定位，微型温差电器件固定装置用于固定微型温差电器件并实现其上、下移动，系统支撑架用于固定对准装置、数控平移装置、微型温差电器件固定装置并实现其在三维空间的构架，电源为对准装置和微型温差电器件固定装置提供电能。这种全新结构的基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统在确保制造过程高精度的同时，可大幅度提高微型温差电器件的制造效率。
Description
技术领域
本发明属于温差电技术领域，特别涉及一种基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统及方法。
背景技术
基于温差电效应制备的温差电器件主要有：1)温差电池；2)温差电制冷器；3)温差电红外探测器；4)温差电测温仪。温差电池是将温差转换为电能的温差电器件，它能够利用各种热能进行发电，尤其在低品质热能利用方面优势显著。温差电池的特点是清洁、无噪音、无有害排放、高效可靠、使用寿命长，是一种绿色、环保的物理电源。温差电制冷器则是将电能转换为热能的温差电器件。温差电制冷器的特点是清洁、无噪音、无有害物质排放、高效可靠、使用寿命长。温差电红外探测器以及温差电测温仪则是利用温差电元件的热—电效应进行红外成像以及温度测试的仪器。现有的温差电器件，一种是采用冶金或者烧结的温差电材料制造，由这种块状温差电材料制造的温差电器件体积大，效率低，应用收到很大限制；另一种是采用物理气相沉积或者电化学沉积技术制备的薄膜结构温差电材料制造，由这种薄膜结构温差电材料制造的温差电器件体积小，实现了温差电器件的微型化。目前尚无有关基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统的文献报道。
本发明提出了一种全新结构的基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统。这种全新结构的基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统在确保制造过程高精度的同时，可大幅度提高微型温差电器件的制造效率。
发明内容
本发明提出了一种基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统及其结构，该系统主要由数控平移装置、对准装置、微型温差电器件固定装置、系统支撑架和电源组成。数控平移装置用于实现待组装温差电薄膜的精确水平移位，对准装置用于实现微型温差电器件和待组装温差电薄膜的精确定位，微型温差电器件固定装置用于固定微型温差电器件并实现其上、下移动，系统支撑架用于固定对准装置、数控平移装置、微型温差电器件固定装置并实现其在三维空间的构架，电源为对准装置和微型温差电器件固定装置提供电能。
图1为微型温差电池组装系统结构示意图。数控平移装置固定在系统支撑架的底部，由位移台控制箱1、高精度导轨2及导轨滑块3组成，通过位移台控制箱1设置位移方向、位移距离等相关位移参数，实现导轨滑块19在高精度导轨2上的精确水平移动。
对准装置由载物台4、载物台离合器5、精密升降台6、Z轴位移调节旋钮7、精密旋转台8、旋转角度调节旋钮9、精密平移台10、精密平移台X轴位移调节旋钮11、精密平移台Y轴位移调节旋钮12、基座13、显微镜14、图形掩膜板15组成。待组装温差电薄膜基座16置于载物台4之上，并通过载物台离合器5使待组装温差电薄膜基座16牢牢吸附在载物台4上。载物台4、载物台离合器5、精密升降台6、精密旋转台8、精密平移台10和基座13依次相连并通过基座13固定在导轨滑块3上。通过数控平移装置实现载物台4及吸附于其上的待组装温差电薄膜基座16在微型温差电器件固定装置和图形掩膜板15之间的精确移动。通过调节Z轴位移调节旋钮7、旋转角度调节旋钮9、精密平移台X轴位移调节旋钮11、精密平移台Y轴位移调节旋钮12，借助于显微镜14，实现位于待组装温差电薄膜基座16之上的待组装温差电薄膜与图形掩膜板15之间的精确对准。
微型温差电器件固定装置由微型温差电器件离合器17、微型温差电器件离合器支架18、精密微型导轨19、精密微型导轨滑块20、精密微型导轨支撑架21构成。微型温差电器件基座22牢固吸附在微型温差电器件离合器17下方，微型温差电器件离合器17通过微型温差电器件离合器支架18与精密微型导轨滑块20相连，精密微型导轨19通过精密微型导轨支撑架21固定在系统支撑架23之上，其位置处于高精度导轨2的正上方。借助于精密微型导轨滑块20在精密微型导轨19上的上、下滑动，实现微型温差电器件基座22在高精度导轨2正上方的上、下移动。
对准装置和微型温差电器件固定装置分别通过微型温差电器件固定装置电源线24和对准装置电源线25连接到电源26的输出端，通过调节电源26上的输出控制钮27和输出控制钮28，分别控制微型温差电器件基座22与微型温差电器件离合器17以及待组装温差电薄膜基座16与载物台离合器5之间吸附力的大小以及其间的分离或者吸附。
本发明提出的微型温差电器件组装系统的组装方法如下：首先将一个背面贴有对准掩膜的微型温差电器件基座22背面朝上放置在载物台4上，开启电源26，调节输出控制钮27使其牢固吸附于载物台上。开启位移台控制箱1的电源，设定所确定的载物台随导轨滑块3在高精度导轨2上的往、复位移量，启动导轨滑块3使载物台随之精确位移至图形掩膜板15之下。之后调节Z轴位移调节旋钮7、旋转角度调节旋钮9、精密平移台X轴位移调节旋钮11、精密平移台Y轴位移调节旋钮12，使图形掩膜板15与固定在微型温差电器件基座22背面的对准掩膜精确对准。启动导轨滑块3使载物台随之精确位移至微型温差电器件离合器17之下，下移微型温差电器件离合器17使背面贴有对准掩膜的微型温差电器件基座22与微型温差电器件离合器17紧密接触，调节电源26的输出控制钮28使微型温差电器件基座22牢固吸附于微型温差电器件离合器17上，调节电源26的输出控制钮27解除载物台4对背面贴有对准掩膜的微型温差电器件基座22的吸附。上移微型温差电器件离合器17，使微型温差电器件基座22与载物台4分离。此后，继续将表面通过粘合剂固定着待组装温差电薄膜的待组装温差电薄膜基座29置于载物台4上，调节电源26的输出控制钮27使其吸附在载物台4之上，启动导轨滑块3使待组装温差电薄膜随载物台4精确位移至图形掩膜板15之下，借助于显微镜，通过调节Z轴位移调节旋钮7、旋转角度调节旋钮9、精密平移台X轴位移调节旋钮11、精密平移台Y轴位移调节旋钮12，实现图形掩膜板15与粘附于待组装温差电薄膜基座16之上的待组装温差电薄膜之间的精确对准。之后启动数控平移装置，使待组装温差电薄膜随载物台4精确位移至微型温差电器件基座22之下。之后移动微型温差电器件离合器17，使吸附于其下的微型温差电器件基座22与固定于待组装温差电薄膜基座16之上的待组装温差电薄膜之间紧密粘合为一体，完成第一层微型温差电器件的组装。之后取下待组装温差电薄膜基座16，在其上通过粘合剂固定另一待组装温差电薄膜，将其重新放置在载物台4上，重复上述过程，最终完成微型温差电器件的组装。
本发明提出了一种全新结构的基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统。这种全新结构的基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统在确保制造过程高精度的同时，可大幅度提高微型温差电器件的制造效率。
附图说明
附图1微型温差电器件组装系统结构示意图；
附图2待组装温差电薄膜的表面形貌照片；
附图3由微型温差电器件组装系统组装而成的微型温差电器件的表面形貌照片；
附图4由微型温差电器件组装系统组装而成的微型温差电器件的断面结构照片；
其中：1、位移台控制箱；2、高精度导轨；3、导轨滑块；4、载物台；5、载物台离合器；6、精密升降台；7、Z轴位移调节旋钮；8、精密旋转台；9、旋转角度调节旋钮；10、精密平移台；11、精密平移台X轴位移调节旋钮；12、精密平移台Y轴位移调节旋钮；13、基座；14、显微镜；15、图形掩膜板；16、待组装温差电薄膜基座；17、微型温差电器件离合器；18、微型温差电器件离合器支架；19、精密微型导轨；20、精密微型导轨滑块；21、精密微型导轨支撑架；22、微型温差电器件基座；23、系统支撑架；24、微型温差电器件固定装置电源线；25、对准装置电源线；26、电源；27、输出控制钮A；28、输出控制钮B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：
采用的微型温差电器件组装系统结构如图1所示，具体的结构和连接方式在发明内容中已经详细叙述，根据所述的结构和方法，我们将电沉积P型Bi—Te—Sb和N型Bi—Te—Se薄膜温差电材料构成的待组装温差电薄膜组装成微型温差电池，电池组装操作步骤：
1)将一个背面贴有对准掩膜的微型温差电器件基座22，背面朝上放置在载物台4上，开启电源26，调节输出控制钮A使其牢固吸附于载物台上。
2)开启位移台控制箱1的电源，设定所确定的载物台随导轨滑块3在高精度导轨2上的往、复位移量，启动导轨滑块3使载物台随之精确位移至图形掩膜板15之下。
3)调节Z轴位移调节旋钮7、旋转角度调节旋钮9、精密平移台X轴位移调节旋钮11、精密平移台Y轴位移调节旋钮12，使图形掩膜板15与固定在微型温差电器件基座22背面的对准掩膜精确对准。
4)启动导轨滑块3使载物台随之精确位移至微型温差电器件离合器17之下，下移微型温差电器件离合器17使背面贴有对准掩膜的微型温差电器件基座22与微型温差电器件离合器17紧密接触，开启电源26，调节输出控制钮28使微型温差电器件基座22牢固吸附于微型温差电器件离合器17上，调节电源26的输出控制钮27解除载物台4对背面贴有对准掩膜的微型温差电器件基座22的吸附，上移微型温差电器件离合器17，使微型温差电器件基座22与载物台4分离。
5)将待组装温差电薄膜用粘合剂固定在待组装温差电薄膜基座16上，并将其放置在载物台4上，开启电源26，调节输出控制钮27使其牢固吸附于载物台上。
6)启动导轨滑块3使载物台随导轨滑块3精确位移至图形掩膜板15之下。调节Z轴位移调节旋钮7、旋转角度调节旋钮9、精密平移台X轴位移调节旋钮11、精密平移台Y轴位移调节旋钮12，使图形掩膜板15与固定在微型温差电器件基座22背面的对准掩膜精确对准。
7)启动导轨滑块3使载物台随导轨滑块3精确位移至微型温差电器件离合器17之下，下移微型温差电器件离合器17使背面贴有对准掩膜的微型温差电器件基座22与表面涂覆有粘合剂的待组装温差电薄膜之间紧密接触并粘合为一体，调节电源26的输出控制钮27和输出控制钮28，消除微型温差电器件基座22与微型温差电器件离合器17以及待组装温差电薄膜基座16与载物台之间的吸合力，上移微型温差电器件离合器17，取下粘合为一体的微型温差电器件基座22和待组装温差电薄膜基座16，其间为实现第一层组装的微型温差电池。
8)待实现第一层组装的微型温差电池上的粘合剂固化后，将待组装温差电薄膜基座16分离，此时第一层组装的微型温差电池已经固定在微型温差电器件基座22上。
9)将固定有第一层组装的微型温差电池的微型温差电器件基座22，微型温差电池面朝下放置在载物台4上，开启电源26，调节输出控制钮27使其牢固吸附于载物台上。重复上述步骤2～4。
10)将第二层待组装温差电薄膜用粘合剂固定在待组装温差电薄膜基座29上，并将其放到载物台4上，重复步骤5)～8)，完成第二层微型温差电池的组装。反复上述步骤，可以实现任意层数的微型温差电池的组装。
本实施例进行了8层待组装温差电薄膜的组装。图2为采用电沉积方法制备的P型Bi—Te—Sb温差电材料薄膜和N型Bi—Te—Se温差电材料薄膜的待组装温差电薄膜，位于P型Bi—Te—Sb温差电材料薄膜和N型Bi—Te—Se温差电材料薄膜两边的是实现上述P型和N型温差电材料薄膜电串连的导电铜膜。图3为由微型温差电器件组装系统组装而成的微型温差电池的表面形貌照片。附图4为由微型温差电器件组装系统组装而成的微型温差电池的断面结构照片，可以清楚地看到8层待组装温差电薄膜。
Claims (6)
1.一种基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统，由数控平移装置、对准装置、微型温差电器件固定装置、系统支撑架和电源组成；其特征是数控平移装置用于实现待组装温差电薄膜的精确水平移位，对准装置用于实现微型温差电器件和待组装温差电薄膜的精确定位，微型温差电器件固定装置用于固定微型温差电器件并实现其上、下移动，系统支撑架用于固定对准装置、数控平移装置、微型温差电器件固定装置并实现其在三维空间的构架，电源为对准装置和微型温差电器件固定装置提供电能。
2.如权利要求1所述的基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统，其特征是所述的数控平移装置固定在系统支撑架的底部，由位移台控制箱(1)、高精度导轨(2)及导轨滑块(3)组成，通过位移台控制箱(1)设置位移方向、位移距离及相关位移参数，实现导轨滑块(19)在高精度导轨上的精确水平移动。
3.如权利要求1所述的基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统，其特征是所述的对准装置是由载物台(4)、载物台离合器(5)、精密升降台(6)、Z轴位移调节旋钮(7)、精密旋转台(8)、旋转角度调节旋钮(9)、精密平移台(10)、精密平移台X轴位移调节旋钮(11)、精密平移台Y轴位移调节旋钮(12)、基座(13)、显微镜(14)、图形掩膜板(15)组成；待组装温差电薄膜基座(16)置于载物台(4)之上，并通过载物台离合器(5)使待组装温差电薄膜基座吸附在载物台上；载物台、载物台离合器、精密升降台、精密旋转台(8)、精密平移台(10)和基座(13)依次相连并通过基座固定在导轨滑块(3)上；通过数控平移装置实现载物台及吸附于其上的待组装温差电薄膜基座在微型温差电器件固定装置和图形掩膜板之间的精确移动；通过调节Z轴位移调节旋钮(7)、旋转角度调节旋钮(9)、精密平移台X轴位移调节旋钮(11)、精密平移台Y轴位移调节旋钮(12)，借助于显微镜(14)，实现位于待组装温差电薄膜基座(16)之上的待组装温差电薄膜与图形掩膜板(15)之间的精确对准。
4.如权利要求1所述的基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统，其特征是所述微型温差电器件固定装置由微型温差电器件离合器(17)、微型温差电器件离合器支架(18)、精密微型导轨(19)、精密微型导轨滑块(20)、精密微型导轨支撑架(21)构成；微型温差电器件基座(22)牢固吸附在微型温差电器件离合器下方，微型温差电器件离合器通过微型温差电器件离合器支架(18)与精密微型导轨滑块(20)相连，精密微型导轨(19)通过精密微型导轨支撑架(21)固定在系统支撑架(23)之上，其位置处于高精度导轨(2)的正上方；借助于精密微型导轨滑块在精密微型导轨上的上、下滑动，实现微型温差电器件基座(22)在高精度导轨(2)正上方的上、下移动。
5.如权利要求1所述的基于薄膜温差电材料的微型温差电器件组装系统，其特征是所述对准装置和微型温差电器件固定装置分别通过微型温差电器件对准装置电源线25和固定装置电源线24连接到电源26，通过调节电源(26)上的输出控制钮(27)和输出控制钮(28)，分别控制微型温差电器件基座(22)与微型温差电器件离合器(17)以及待组装温差电薄膜基座(16)与载物台离合器(5)之间吸附力的大小以及其间的分离或者吸附。
6.权利要求1所述的基于薄膜温差电材料的微型温差电器件的组装方法，其特征是首先将一个背面贴有对准掩膜的微型温差电器件基座(22)背面朝上放置在载物台(4)上，开启电源(26)，调节输出控制钮(27)使其牢固吸附于载物台上；开启位移台控制箱(1)的电源，设定所确定的载物台随导轨滑块(3)在高精度导轨(2)上的往、复位移量，启动导轨滑块(3)使载物台随之精确位移至图形掩膜板(15)之下；之后调节Z轴位移调节旋钮(7)、旋转角度调节旋钮(9)、精密平移台X轴位移调节旋钮(11)、精密平移台Y轴位移调节旋钮(12)，使图形掩膜板(15)与固定在微型温差电器件基座(22)背面的对准掩膜精确对准；启动导轨滑块(3)使载物台随之精确位移至微型温差电器件离合器(17)之下，下移微型温差电器件离合器(17)使背面贴有对准掩膜的微型温差电器件基座与微型温差电器件离合器紧密接触，调节电源(26)的输出控制钮(28)使微型温差电器件基座牢固吸附于微型温差电器件离合器上，调节电源的输出控制钮(27)解除载物台(4)对背面贴有对准掩膜的微型温差电器件基座的吸附；上移微型温差电器件离合器，使微型温差电器件基座与载物台分离；此后，继续将表面通过粘合剂固定着待组装温差电薄膜的待组装温差电薄膜基座(29)置于载物台上，调节电源的输出控制钮使其吸附在载物台之上，启动导轨滑块使待组装温差电薄膜随载物台精确位移至图形掩膜板(15)之下，借助于显微镜，通过调节Z轴位移调节旋钮(7)、旋转角度调节旋钮(9)、精密平移台X轴位移调节旋钮(11)、精密平移台Y轴位移调节旋钮(12)，实现图形掩膜板(15)与粘附于待组装温差电薄膜基座(16)之上的待组装温差电薄膜之间的精确对准；之后启动数控平移装置，使待组装温差电薄膜随载物台精确位移至微型温差电器件基座之下；之后移动微型温差电器件离合器，使吸附于其下的微型温差电器件基座与固定于待组装温差电薄膜基座之上的待组装温差电薄膜之间紧密粘合为一体，完成第一层微型温差电器件的组装；之后取下待组装温差电薄膜基座，在其上通过粘合剂固定另一待组装温差电薄膜，将其重新放置在载物台上，重复上述过程，最终完成微型温差电器件的组装。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101222 Termination date: 20201128 |