[发明专利]一种制备热整流元器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及热整流元器件，特别是涉及通过设计热流路径得到在常温下具有良好热整流效应的一种制备热整流元器件的方法。

背景技术

热整流元器件是指利用热流在相反方向上传播能力不同而制成的元器件。热整流的基本原理大致为两种：第一，应用几种传热性能不同的材料结合起来，形成热整流效应；第二，利用几何结构的不对称性，形成热整流效应。

文献(ObayashiW,TeraokaY,TerasakiI.Anoxidethermalrectifier[J].AppliedPhysicsLetters,2009,95(17):171905)中通过实验，利用LaCoO3和La0.7Sr0.3CoO3两种块体材料热传导系数不同的特点，设计和制备了一个热整流元器件，其整流效应达到1.43。文献(TianH,XieD,YangY,etal.Anovelsolid-statethermalrectifierbasedonreducedgraphemeoxide[J].Scientificreports,2012,2)中通过实验，利用结构的不对称性，设计和制备了一个热整流元器件，以上方法制备得到的热整流元器件，虽然效率较高，但却存在部分不足或弱点：

1)在器件的使用条件上，对于上述设计出的热整流器件，维持其正常工作所需的温度均为100K以下，使器件的实际应用和产业化的可能性降低。

2)从器件的制备成本考虑，相应器件使用的LaCoO3和La0.7Sr0.3CoO3两种块体材料制备复杂，成本较高，不利于实际的工业生产。

3)对于器件的生产工艺，TianH,XieD,YangY,etal.Anovelsolid-statethermalrectifierbasedonreducedgraphemeoxide[J].Scientificreports,2012,2中是利用了结构的不对称性设计出热整流器件，但结构的不对称性也将会限制器件的实际应用范围。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的热整流元器件制备方法中存在的使用温度和应用范围的极大局限性的现状，提供简单、高效地制备在常温条件下具有良好热整流效应的一种制备热整流元器件的方法。

本发明具体步骤如下：

在下导热层的上表面两端分别喷涂左导热层和右导热层，在左导热层和右导热层之间覆盖隔热材料层，在左导热层、右导热层和隔热材料层上覆盖上导热层，即得热整流元器件，所述上导热层与下导热层的导热性能不同。

分别测量所制得的热整流元器件从上导热层上表面到下导热层下表面的第1热导率，以及从下导热层下表面到上导热层上表面的第2热导率；再对第1热导率和第2热导率进行数据处理，将两组数据导出，并求出各个温度下第1热导率和第2热导率的比值。

采用导热性能不同的上导热层与下导热层，其目的是使上下传导过程中的大部分热流往左导热层和右导热层两条路径流通，中间的隔热材料层阻挡热流在该路径的流通。

本发明的优点如下：

本发明首次提出了一种通过设计热流路径制备出热整流元器件的方法。该方法设计出的热整流元器件，适用于器件材料能承受的所有温度范围，扩展了器件的温度使用范围，提高了器件的实用性。该器件可用多种材料设计，放宽了材料的限制，只要上导热层与下导热层的热导率存在差异，即可采用本发明制备热整流元器件，从而降低生产成本。本发明制备的热整流元器件，突破了传统热整流器件的设计原理，具有很好的实用性和可行性。

附图说明

图1为本发明实施例制备的热整流元器件的基本结构示意图。

图2各个温度下的热整流值。

具体实施方式

本发明实施例的具体步骤如下：

参见图1，在下导热层1的上表面两端分别喷涂左导热层31和右导热层32，在左导热层31和右导热层32之间覆盖隔热材料层4，在左导热层31、右导热层32和隔热材料层4上覆盖上导热层2，即得热整流元器件，所述上导热层2与下导热层1的导热性能不同。

分别测量所制得的热整流元器件从上导热层2上表面到下导热层1下表面的第1热导率，以及从下导热层1下表面到上导热层2上表面的第2热导率；再对第1热导率和第2热导率进行数据处理，将两组数据导出，并求出各个温度下第1热导率和第2热导率的比值。

采用导热性能不同的上导热层2与下导热层1，其目的是使上下传导过程中的大部分热流往左导热层31和右导热层32两条路径流通，中间的隔热材料层4阻挡热流在该路径的流通。