CN210469146U - 一种具有柔性可延展结构的温差发电器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有柔性可延展结构的温差发电器,温差发电器包括封装盒、圆弧形结构的柔性基底,封装盒设在柔性基底的上表面,封装盒内的柔性基底上表面设有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P型热电臂间设有N型热电臂,相邻P型热电臂和N型热电臂通过可延展的导线连接,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。该发电器采用PDMS作为封装材料、PI作为基底、纳米银作为导线喷墨打印到基底上,使发电器重量轻,柔性好,不易发生断裂,单位发电功率密度大。
Description
技术领域
本实用新型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。
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。
实用新型内容
本实用新型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,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。
实现本实用新型目的的技术方案是:
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。
本实用新型提供的一种具有柔性可延展结构的温差发电器,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实用新型内容做进一步阐述,但不是对本实用新型的限定。
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。
本实用新型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。
Claims (5)
1.一种具有柔性可延展结构的温差发电器,其特征在于,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。
2.根据权利要求1所述的一种具有柔性可延展结构的温差发电器,其特征在于,所述的可延展的导线,为蛇形互联结构的可延展导线。
3.根据权利要求1所述的一种具有柔性可延展结构的温差发电器,其特征在于,所述的可延展的导线,为纳米银材质的导线。
4.根据权利要求1所述的一种具有柔性可延展结构的温差发电器,其特征在于,所述的封装盒,为PDMS封装盒。
5.根据权利要求1所述的一种具有柔性可延展结构的温差发电器,其特征在于,所述的柔性基底,为PI材质的柔性印刷电路板。
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CN110474570A (zh) * | 2019-09-16 | 2019-11-19 | 桂林电子科技大学 | 一种具有柔性可延展结构的温差发电器及其制作方法 |
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