[发明专利]一种基于双网络水凝胶散热的可穿戴热电制冷器件及其制备方法

权利要求书

1.一种基于双网络水凝胶散热的可穿戴热电制冷器件，其特征在于，该器件从上至下由浸泡过吸湿盐溶液且具有高机械性能的双网络结构水凝胶散热层、泡沫金属层、导热硅胶层和底部填充有薄PDMS层的柔性热电制冷器件叠加制成。

2.根据权利要求1所述基于双网络水凝胶散热的可穿戴热电制冷器件，其特征在于，所述浸泡过吸湿盐溶液且具有高机械性能的双网络结构水凝胶散热层由亲水性单体原料和天然高分子多糖采用化学交联法制备的；其中亲水性单体原料选自丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺的任一种，天然高分子多糖选自纤维素、淀粉、明胶、壳聚糖、海藻酸钠、琼脂、透明质酸的任一种，吸湿盐选自溴化锂、氯化锂、氯化钙盐中的一种以上，吸湿盐溶液中吸湿盐浓度9-14.1mol/L。

3.根据权利要求2所述基于双网络水凝胶散热的可穿戴热电制冷器件，其特征在于，化学交联法包括水热法或者紫外光固化法，交联剂选自N-N’亚甲基双丙烯酰胺、戊二醛、乙二醛中的一种。

4.根据权利要求1或2所述基于双网络水凝胶散热的可穿戴热电制冷器件，其特征在于，泡沫金属为泡沫Cu、Ni、Al、Fe、NiCu、NiFe中任一种，泡沫金属层厚度为1-1.5mm。

5.根据权利要求1或2所述基于双网络水凝胶散热的可穿戴热电制冷器件，其特征在于，底部填充有薄PDMS层的柔性热电制冷器件中主要组成部分热电臂的宽高比AR值与热电臂总面积占热电器件总截面积的比值FF，呈现一定的对应关系，当热电臂的宽高比值AR≤2时，FF为15-20％；当AR2时，10％≤FF≤15％。

6.一种权利要求1所述基于双网络水凝胶散热的可穿戴热电制冷器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)亲水性单体原料和天然高分子多糖为双网络水凝胶的两组单体，选取发生原位反应的交联剂，过硫酸盐或2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮作为亲水性单体原料的引发剂，采用水热法或者紫外光固化法制备机械性能优良的双网络水凝胶；其中亲水性单体原料选自丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺的任一种，天然高分子多糖选自纤维素、淀粉、明胶、壳聚糖、海藻酸钠、琼脂、透明质酸中的任一种，交联剂选自N-N’亚甲基双丙烯酰胺、戊二醛、乙二醛中的一种；

2)将步骤1)制备的双网络水凝胶固化前的混合溶液倒入底部放置厚度为1-1.5mm的泡沫金属的模具，将模具放入电热恒温加热箱中，设置加热箱温度60～80℃，设置加热时间2～2.5h，得到上层为双网络水凝胶，下层为被双网络水凝胶渗透了的泡沫金属的水凝胶散热器；

3)将步骤2)得到的水凝胶散热器的水凝胶端，浸泡在摩尔浓度为9-14.1mol/L的增湿盐溶液中，浸泡时间为2-3h，得到浸泡过吸湿盐溶液的水凝胶散热器；

4)利用CAD软件根据需求设计好热电器件上下板电极电路图案，准备两片长宽为5cm*5cm，厚度为0.04mm的铜箔，将铜箔背面分别贴上聚酰亚胺胶带，将画好的上下板电极电路图通过激光打印机分别打印至转印纸上，将转印纸上的电路图通过热压技术把油墨转印至铜箔上，上板电极电路图转印在上铜箔上，下板电极电路图转印在下铜箔上，压力为10kPa，温度220℃，时间30s；被油墨覆盖的铜箔部分即为设计好的的上下板电极电路；

5)将步骤4)得到转印好的铜箔泡入刻蚀剂中，没有被油墨覆盖的部分被腐蚀，待刻蚀完成后用丙酮将电路表面的油墨冲洗掉，得到精确度为±0.05mm、与热电臂尺寸相匹配的上下两组电极板；

6)将步骤5)得到的上下两组电极板通过钢网印刷技术印刷上成分为Sn₄₂Bi₅₂，厚度为0.09mm～0.16mm的锡膏；将长宽高分别为2mm*2mm*4mm的P型碲化铋Bi_0.5Sb_1.5Te₃和N型碲化铋Bi₂Se_0.3Te_2.7热电臂交替排列放置在印刷有锡膏的下电极板上，然后将排列好热电臂的电极板放置在热压机上进行热压焊接，温度为280～300℃，压力为2kPa，时间为35-45s得到连接好的π型热电对阵列；

7)将步骤6)得到的连接好的π型热电对阵列和刷好锡膏的上电极板首尾相连对齐，轻压，使其粘连在一起，然后将整个热电器件放置在热压机上，上板朝着热压机加热端，进行热压焊接，温度为280℃，压力为2kPa，时间为40s，得到焊接好的热电器件，最后去掉热电器件上下电极的聚酰亚胺胶带，给下电极板贴上导热系数为1.5W/m·K的双面导热胶带，在导热胶带的另外一个端面贴上厚度为0.04mm的薄Cu片，将制备好的热电器件放置在顶部开口的5cm*5cm方形玻璃模具中，注意贴有导热胶带和薄Cu片的一端向下，慢慢灌入5-6gPDMS混合剂直至热电器件的贴有导热胶带和薄Cu片的一端被PDMS覆盖，整个PDMS层的厚度为0.5mm-1mm；其中PDMS混合剂由质量比为10:1的PDMS和固化剂组成；

8)将步骤3)得到的水凝胶散热器的泡沫镍层的下端面涂上导热系数为1.2W/m·K的导热硅胶，导热硅胶的厚度为0.05mm～0.1mm，将步骤7)得到的器件的上电极端面压在导热硅胶上，使步骤7)得到的器件的上电极与水凝胶散热器上的导热硅胶粘连，冷压压力为2kPa，冷压时间为2h，得到基于双网络水凝胶散热的可穿戴热电制冷器件。

7.根据权利要求6所述基于双网络水凝胶散热的可穿戴热电制冷器件的制备方法，其特征在于，步骤1)水热法水热温度为60-90℃。