[发明专利]一种基于碳纳米管的热电制冷芯片

说明书

技术领域

本发明属于电子制冷芯片制作领域，具体涉及到一种基于碳纳米管材料的热电制冷芯片的制作方法。

背景技术

热电制冷技术是利用帕尔帖效应即温差电现象为基础的制冷技术。对具有热电能量转换特性的材料，在通过直流电时可以将材料一端的热量传导至另一端，故称热电制冷。目前，市场上的热电制冷芯片大多基于n型导电的碲化铋(Bi₂Te₃)及p型导电的碲化锑(Sb₂Te₃)，其材料价格比较昂贵并且也具有一定的毒性，因而在一定程度上限制了这种芯片的广泛应用。

碳纳米管是一种径向尺寸为纳米量级、轴向尺寸为微米量级的一维量子材料，具有良好的导电性。近来有研究表明利用碳纳米管的良好导电性以及某些有机绝热材料良好的热绝缘性，得到的基于碳纳米管与有机绝热材料的复合材料，具有良好的热电性能(C.A.Hewitt，A.B.Kaiser，S.Roth，M.Craps，R.Czerw and D.L.Carroll，Varying the concentration of single walled carbon nanotubes in thin film polymer composites，and its effect on thermoelectric power，APPLIED PHYSICS LETTERS98，183110，2011)。此外，基于n型导电的碳纳米管及p型导电碳纳米管的水平结构的温差发电器件也成功得到研制(C.A.Hewitt，A.B.Kaiser，S.Roth，M.Craps，R.Czerw and D.L.Carroll，Multilayered Carbon Nanotube/Polymer Composite Based Thermoelectric Fabrics，NANO LETTERS12，1307，2012)。

发明内容

本发明提出一种基于碳纳米管材料的垂直结构的热电制冷芯片的制作方法。

本发明提供的技术方案为：一种基于碳纳米管的热电制冷芯片的制作方法，至少包含的材料有n型导电的碳纳米管、p型导电的碳纳米管、有机绝热材料、导热绝缘板、电极材料。

所述有机绝热材料为热绝缘性较好的有机绝热材料，包括聚偏氟乙烯(PVDF)、环氧树脂等材料，至少使用其中的一种材料。

所述导热绝缘极为陶瓷导热绝缘板，其材质包括氧化铝、氮化铝、氮化硼等，至少使用其中的一种材料。

电极材料包括铜、铝、银等金属材料，至少使用其中的一种材料。

本发明提出的热电制冷芯片从结构上来说至少包含四个部分：

(1)n型导电的碳纳米管与有机绝热材料的热电复合材料，见附图中结构1；

(2)p型导电的碳纳米管与有机绝热材料的热电复合材料，见附图中结构2；

(3)陶瓷导热绝缘板，包括下板与上板两部分，见附图中结构3；

(4)电极，见附图中结构4。

所述电极按一定图案分别设置于下陶瓷导热绝缘板与上陶瓷导热绝缘板上，其制备方法包括丝网印刷、磁控溅射镀膜、热蒸发镀膜及电子束蒸发镀膜等。

所述n型导电的碳纳米管与有机绝热材料的热电复合材料及p型导电的碳纳米管与有机绝热材料的热电复合材料分别按照一定规则设置于电极/陶瓷导热绝缘板(下板或上板)上，其制备方法包括直接转移、丝网印刷及喷墨打印等。

将未设置热电复合材料的电极/陶瓷导热绝缘板与设置了热电复合材料的电极/陶瓷导热绝缘板组装后得到本发明所述的热电制冷芯片。

所述热电制冷芯片中，数对n型导电与p型导电的热电复合材料在传热方面并联，在导电方面串联。

与现有技术相比较，本发明的光学扩散片有如下优点：

(1)本发明采用导电碳纳米管与有机绝热材料的复合材料作为热电材料，相对已商业化的热电材料如碲化铋、碲化锑具有较大的价格优势。

(2)所述热电器件中图形化的电极及热电复合材料的制备均兼容较廉价的丝网印刷、喷墨打印技术，具有较大的价格成本优势。

附图说明

下面结合附图与实施例对本发明做进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1为含有一组芯片的热电制冷器件侧面图。

图2为含有三组芯片的热电制冷器件侧面图。

图3为实施例中下陶瓷导热绝缘板中的电极结构图。

图4为实施例中上陶瓷导热绝缘板中的电极结构图。