[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

说明书

本发明公开了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，采用浸泡过吸湿盐溶液的双网络水凝胶作为柔性热电制冷器件的散热器，有效的提高了器件性能，采用泡沫镍—导热硅胶的连接方式，有效降低热电制冷器件热端和水凝胶散热端的之间的接触热阻，从而进一步提升了器件的制冷性能，并且制作工艺简单、安全可靠，机械性能良好，材质柔软，弯曲半径小，使得整个热电制冷器件应用于人体穿戴时具有更好的舒适性，制冷温度最高可达7.5℃，制冷稳定性可长达11h,弯曲半径达到10‑15mm，解决了现有可穿戴热电制冷设备因散热不良而导致的效率低下和制冷稳定差等问题。

技术领域：

本发明涉及可穿戴制冷技术领域，具体涉及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。

背景技术：

可穿戴电子设备有望成为未来便携式电子设备主流之一。热电转换材料是一种基于半导体内部载流子在温度场下运动的能源转换材料。基于颇尔贴效应的柔性热电制冷器件(f-TEC)以其体积小、无运动部件、无噪声及快速的温度调节机制等优点使其在制冷领域备受关注，相比于需要调整整个空间来使人体感到舒适的传统的制冷手段，直接用于人体热量调节的热电制冷器件，不管是从耗能还是对环境的污染方面，都极具优势，从而吸引了许多研究者的关注。

目前研究较为广泛的柔性可穿戴热电制冷器件主要以块体型为主。热电制冷器件工作原理类似一个热泵，给热电器件通入电流后，热电器件就会源源不断的把一端的热量泵到另一端上，再通过另一端上的良好的散热系统，将热量及时散发出去，保证热电器件能持续工作。从热电制冷器件的工作原理可知，影响热电制冷器件工作效率的主要因素为热端的散热状况，目前主流的高效散热方式有，强制风冷，水冷等，但类似这种强制的散热方式，往往存在体积庞大，具有运动部件，不可弯曲等问题，对于可穿戴器件而言，这些散热方式显然不太可取。

发明内容：

本发明的目的是提供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，该器件从上至下由浸泡过吸湿盐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薄PDMS层的柔性热电器件层叠加制成，解决了可穿戴热电制冷器件效率低下，制冷稳定性差的问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种基于双网络水凝胶散热的可穿戴热电制冷器件，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。

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、透明质酸中的任一种，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。

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、乙二醛等其中的一种。

泡沫金属为泡沫Cu、Ni、Al、Fe、NiCu、NiFe中的一种，泡沫金属层厚度为1-1.5mm。

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％。

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包括以下步骤：