[发明专利]一种可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件及其制备方法

说明书

本发明属于热电器件领域，具体为一种可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件及其制备方法。本发明通过将聚合物溶液均匀涂覆在弹簧模板上，然后以此聚合物作为基底，在基底的四周分别自顶向下涂覆一层热电活性材料，通过剥离方法最后制备出具有柔性、透气、可拉伸性、可穿戴和良好且稳定导电性能的弹簧状热电器件。本发明由模板法得到的弹簧状无机热电器件由于制备工艺简单，易于规模化生产且可编织和集成，因而可穿戴领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于热电器件技术领域，具体涉及一种可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件及其制备方法。

背景技术

柔性可拉伸及可穿戴电子器件已经成为现代电子学的发展趋势。它们在电子皮肤，可穿戴显示器，智能衣服，医疗传感等领域有着广泛地应用。因此，迫切需要研发出一个与之匹配的提供能量转换的系统如热电器件，并且要求其具有质轻、柔性、透气、可拉伸等性能。传统的热电器件通常利用导电材料连接块体的P/N型热电材料制得，由于无机材料本身的刚性，不能满足上述的要求。近年来，基于柔性的有机聚合物热电材料相继被开发出来用于制备热电器件，然而由于其性能仍低于传统的无机热电材料，在一定程度上限制了其发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种透气、可拉伸、可穿戴的弹簧状无机热电器件及其制备方法。

本发明提供的弹簧状无机热电器件，利用模板法，在作为模板的螺丝上均匀涂覆聚合物作为基底，再在此基础上涂覆热电活性材料。

作为模板的螺丝可选用各种合适的商用螺丝。

所述的聚合物为聚氨酯，但不限于此。

所述的热电活性材料为P型热电材料碲化铋（Bi₂Te₃）和N型热电材料硒化铋（Bi₂Se₃），但不限于此。

本发明提供的可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件的制备方法，具体步骤如下：

（1）制备聚合物溶液：取作为基底的聚合物粒料3.5-4.5克，加入4-6毫升N,N-二甲基甲酰胺，70-90℃油浴下加热并搅拌溶解30-60分钟，得到聚合物的粘溶液；

（2）制备聚合物基底：步骤（1）所制备的聚合物粘液均匀涂覆在模板螺丝上，待溶液在螺丝表面流平后，放入烘箱70-90℃干燥8-12小时，随后室温冷却得到聚合物基底；

（3）制备弹簧状无机热电器件：将100-300毫克P型热电材料和100-300毫克N型热电材料分别用1-3滴粘结剂粘合，并自顶向下均匀地涂覆在步骤（2）所得到聚合物基底表面的两侧，在70-90℃烘箱干燥10-20分钟，冷却后再用导电银浆将P型热电材料和N型热电材料连接，在70-90℃烘箱干燥10-20分钟后，沿着螺丝螺纹方向剥离活性材料附着的聚合物基底，得到弹簧状无机热电器件。

由本方法得到的可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件，具有良好的热电性能及优异的可拉伸可穿戴性能和持久的稳定性。首先，热电活性材料在聚合物基底表面实现了均匀、稳定的粘附，且易于根据螺纹方向进行剥离得到器件，该方法简单通用，成本低廉，具有较强的普适性和实用性。其次，弹簧状无机热电器件由于每一条腿之间存在间隙，能满足可穿戴器件对透气的需求。最后，制得的热电器件在不同拉伸比例下输出电压下降较少，且在经历多次拉伸后输出电压较初始状态均没有明显下降，稳定性强，同时，其可附着在人体皮肤表面，用于废热收集，因而在可穿戴领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1为可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件的制备方法示意图。

图2为可拉伸可穿戴弹簧状无机热电器件的实物图。其中，a为无机热电器件的实物图，b为无机热电器件局部放大图，c为无机热电器件的截面图像。