[发明专利]可拉伸柔性热电器件及其制作方法

说明书

本发明公开了可拉伸柔性热电器件及其制作方法，可拉伸柔性热电器件的热端或冷端可拉伸电极阵列，包括阵列排布的多个热端或冷端可拉伸电极，每个热端或冷端可拉伸电极为片状结构的柔性覆铜板，每个热端或冷端可拉伸电极分为三个部分，两端为与P型热电块体或N型热电块体的热端或冷端底面形状相同的结构，中间为交错排列的缝隙结构。本发明可拉伸柔性热电器件及其制作方法通过在柔性热电器件的热端和冷端电极阵列上设计制作交替切缝结构，使热电器件具有良好的拉伸性；同时可拉伸柔性热电器件制作方法创新性地实现了电极阵列的大面积一体化制造和定位焊接，降低了可拉伸柔性热电器件的制造成本，提高了柔性热电器件的加工效率。

技术领域

本发明属于热电转换技术领域，涉及可拉伸柔性热电器件及其制作方法。

背景技术

基于塞贝克效应的热电器件能够收集人体体表热能并转换为电能，为可穿戴电子设备提供持续供能，具有绿色环保、无噪声、无运动部件等优势，具有广阔的应用前景。由于人体体表为曲面热源，采用柔性热电器件可以减小外部冲击振动对热电器件的损坏，且提高穿戴舒适性。现有技术通过结构设计或制作方法的改进，可使柔性热电器件具有良好的弯曲特性。

然而，由于人体皮肤具有延展性，且存在关节等处的非结构化曲面，因此仅具有弯曲性的柔性热电器件无法在皮肤延展时或关节活动时与人体皮肤表面紧密贴合，容易造成脱离或损坏，限制了该类柔性热电器件的应用场合。例如，中国专利CN107046092A公布了具有镂空结构基底的穿戴式温差发电器制作方法，但由于其采用的柔性印刷电路板制作一体化热端电极，使柔性热电器件无法延展拉伸；同时，单独加工的冷端铜导电片需要采用三维打印进行二次定位，增加了加工难度，易引入新的加工误差，也降低了加工效率。

因此，面向柔性热电器件的可拉伸性应用需求，有必要改进柔性热电器件的结构设计和制作方法，提高柔性热电器件与曲面热源的贴合程度，减少热量传递损耗，进而提高器件发电效率与输出性能。

目前现有公开的可拉伸柔性热电器件组件及其制作方法，存在加工效率低、器件输出性能偏低等问题。例如，中国专利CN108649116A公布了一种可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件，采用模板法在弹簧模板上依次涂覆聚合物基底、热电活性材料后剥离，制备弹簧状的可拉伸热电器件；弹簧状的可拉伸结构采用商用螺丝作为聚合物基底的模板，不利于器件的大面积制造与阵列化；且由于其采用聚合物粘液与热电材料混合进行涂覆，器件输出功率仅为nW级。中国专利CN106206923A公布了一种柔性穿戴式温差发电装置，采用铜箔与连接铜箔之间的柔性导线组成铜箔导线层，其中用于焊接的铜箔与半导体粒子表面形状一致，柔性正弦形式导线提供伸缩延展性；但由于铜箔导线层需要进行分别单独加工后再组装，加工难度大、效率低，不利于器件的集成小型化。中国专利CN108649114A、CN105406769A、CN111584706A公布的柔性热电器件中均采用锡焊连接可延展电极与热电材料，但可延展电极需要单独加工后再与热电材料进行连接，降低了加工效率；且未公开柔性金属导线的定位方法，难以确保其与热电臂的定位精度，易引入加工误差。

综上所述，亟需一种高效低成本的可拉伸柔性热电器件及其制作方法，能够解决目前可拉伸柔性热电器件制作过程中存在的大面积制造及阵列化难、各器件定位过程易引入误差且各器件连接效率低下、坏品率高的问题，提高器件可靠性与输出功率密度。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供可拉伸柔性热电器件及其制作方法，通过在柔性热电器件的热端和冷端电极阵列上设计制作交替切缝结构，使得电极阵列在未受到拉伸应力的情况下具有良好的紧凑性，在受到拉伸应力时交替切缝结构发生变形，使热电器件具有良好的拉伸性；同时，可拉伸柔性热电器件制作方法创新性地实现了电极阵列的大面积一体化制造和定位焊接，降低了可拉伸柔性热电器件的制造成本，提高了柔性热电器件的加工效率，解决了现有技术中存在的可拉伸柔性热电器件制作过程中存在的大面积制造及阵列化难、各器件定位过程易引入误差且各器件连接效率低下、坏品率高的问题。