一种复合热电器件

1.本实用新型属于热电发电领域，更具体地，涉及一种复合热电器件。


背景技术：

2.热电技术作为一种可以实现热能和电能直接转换的新兴技术，可以有效利用生活和工业中的大量的余热、废热等进行发电，从而实现能量二次利用，进而提高利用率；还利用利用电能实现小范围的便捷精准制冷等功能。该技术具有安全可靠、无污染、无噪声，易于维护等优点，在大型工程废热发电、医疗物品制冷及电子皮肤传感器等方面具有广泛的应用场景。
3.由于传统热电材料多为刚性结构的热电臂，而该结构对具体应用场景的范围限制较大，在一定程度上限制了热电技术在生活中的具体应用，导致热电技术难以真正发挥其优越的发电性能和制冷性能。基于刚性结构的内在缺陷并随着纳米技术与热电技术的结合，柔性热电材料已经引起越来越广泛的关注。
4.目前柔性热电器件主要选择柔性材料连接小型刚性热电臂以实现整体柔性结构，如：用纺织纤维连接小型刚性热电器件，该产品难以具有较好的力学性能，且不具有可重构性。因此，亟需设计一种可重构性高、力学性能优异的柔性热电器件。


技术实现要素：

5.针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种复合热电器件，旨在解决现有的热电发电结构重构性差、力学性能差的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了一种复合热电器件，所述复合热电器件包括发泡橡胶模具和多组热电单元，其中：所述热电单元镶嵌于所述发泡橡胶模具中；每组热电单元包括p型热电臂和n型热电臂，所述p型热电臂和n型热电臂沿所述发泡橡胶模具的第一方向并且布置，且所述p型热电臂和n型热电臂相互接触，接触处的厚度小于所述p型热电臂和n型热电臂的厚度；多组热电单元沿所述发泡橡胶模具的第二方向间隔布置，且在第一表面上沿第二方向上p型热电臂和n型热电臂间隔布置，在第二表面上沿第二方向相邻的p型热电臂和n型热电臂为一组采用n型热电臂进行连接，进而在整个第二表面上包括两列多行用于连接的n型热电臂，两列用于连接的n型热电臂的各行交错布置。
7.优选地，在所述发泡橡胶模具的第一表面接触连接，在所述发泡橡胶模具的第二表面间隔布置。
8.优选地，所述复合热电器件还包括聚酯胺薄膜，所述聚酯胺薄膜设于所述发泡橡胶模具的第一表面和第二表面或包覆于所述发泡橡胶模具和多组热电单元的外部。
9.优选地，所述发泡橡胶模具的内部结构填充热电单元与热电单元之间的间隙以及热电单元内p型热电臂和n型热电臂之间的间隙。
10.优选地，所述发泡橡胶模具为长方形，所述第一方向为所述长方形的短边方向，所述第二方向为所述长方形的长边方向。
11.优选地，所述p型热电臂和n型热电臂结构形状相同。
12.优选地，所述p型热电臂和n型热电臂均为长方形，所述p型热电臂和n型热电臂通过长方形的短边接触。
13.通过本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于镶嵌于发泡橡胶模具中所以具有优良的力学性能，由于将热电单元模块化设计，所以可以通过多个模块单元的串联实现多种功率的发电要求并且实现可重构，在有模块故障时可以即使进行更换。
附图说明
14.图1是本技术实施例复合热电器件的主视图；
15.图2是本技术实施例复合热电器件上表面结构示意图；
16.图3是本技术实施例复合热电器件下表面结构示意图；
17.图4是本技术实施例发泡橡胶模具的上表面结构示意图；
18.图5是本技术实施例发泡橡胶模具的下表面结构示意图。
19.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
20.1-底层聚酯胺薄膜；2-顶层聚酯胺薄膜；3-发泡橡胶模具；4-热电单元；41-n型热电臂；42-p型热电臂。
具体实施方式
21.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
22.本技术提供了一种复合热电器件，如图1所示，所述复合热电器件包括发泡橡胶模具和多组热电单元，具体结构如下。
23.多组热电单元相互串联。如图2和图3所示，每组热电单元4包括p型热电臂42和n型热电臂41，所述p型热电臂42和n型热电臂41沿所述发泡橡胶模具的第一方向并且布置，且所述p型热电臂42和n型热电臂41相互接触，接触处的厚度小于所述p型热电臂42和n型热电臂41的厚度。热电单元4镶嵌于发泡橡胶模具中并贯通发泡橡胶模具的上表面和下表面。p型热电臂42和n型热电臂41部分接触连接，也即p型热电臂42和n型热电臂41连接处的接触厚度小于p型热电臂42和n型热电臂41的厚度。进一步优选的，p型热电臂42和n型热电臂41在发泡橡胶模具的上表面接触，在发泡橡胶模具的下表面上间隔。进一步优选的，p型热电臂42和n型热电臂41通过发泡橡胶模具进行间隔，具有良好的绝缘和绝热性能。
24.本技术实施例中，p型热电臂42为碲化锑粉末与单壁碳纳米管按3％-10％比例溶于triton x-100溶液所制得的热电黏土。n型热电臂41为碲化铋粉末与单壁碳纳米管按0.1％-3％比例溶于triton x-100溶液所制得的热电黏土。
25.多组热电单元间隔布置，热电单元和热电单元之间相互串联，整体连接方式为蛇形连接。进一步优选的多组热电单元沿所述发泡橡胶模具的第二方向间隔布置，且在第一表面上沿第二方向上p型热电臂和n型热电臂间隔布置；在第二表面上沿第二方向相邻的p型热电臂和n型热电臂为一组采用n型热电臂进行连接，进而在整个第二表面上包括两列多行用于连接的n型热电臂，两列用于连接的n型热电臂的各行交错布置。
26.多组热电单元之间通过发泡橡胶模具进行间隔。进而发泡橡胶模具内部的框架和外部的框架是一体结构提高了整个器件的力学性能。且由于n型热电臂41和p型热电臂42本身具有较好柔性，底层聚酯胺薄膜1、顶层聚酯胺薄膜2及发泡橡胶模具3均为柔性材料，故整体弯曲变形性能优异，使得本实用新型热电器件形成可与热源外表面形状适配的柔性结构。
27.在进一步优选的方案中，如图4和图5所示，所述发泡橡胶模具为长方形，所述第一方向为所述长方形的短边方向，所述第二方向为所述长方形的长边方向。
28.在进一步优选的方案中，所述p型热电臂和n型热电臂结构形状相同。进一步优选的所述p型热电臂和n型热电臂均为长方形，所述p型热电臂和n型热电臂通过长方形的短边接触。
29.在进一步优选的方案中所述复合热电器件还包括聚酯胺薄膜，所述聚酯胺薄膜设于所述发泡橡胶模具的第一表面和第二表面或包覆于所述发泡橡胶模具和多组热电单元的外部进行封装，由于聚酯胺薄膜无毒无害可以直接贴附于人体皮肤。
30.从上述柔性热电器件结构可以看到，本实用新型热电单元4包括n型热电臂41和p型热电臂42组合均用柔性材料制备而成，只需将热电材料加工成规格统一的结构尺寸即可，不需要采用复杂的热电单元成型设备加工或是将热电单元加工制成与热源匹配的形状，使器件的加工制备工艺大大简化，成本低廉，且由于热电单元结构简单，由温度变化而产生的热应力小，从而大大提高了器件工作的稳定性。进一步地，由于热电单元单片的规格尺寸小，且呈间隔设置，可根据需要设计排列组合即可。同时，底层聚酯胺薄膜1、顶层聚酯胺薄膜2及发泡橡胶模具3均有良好柔性，与热源外表面适配性非常强，还可作为热电单元的载体，有效固定和保护热电单元，防止工作过程中的污染与机械损坏，延长了器件的使用寿命，具有长期使用的稳定性。
31.本实用新型实施例结构中，所述n型热电臂41和p型电热臂42选用碲化铋、碲化锑等无机热电材料掺杂于单壁碳纳米管中制成。该热电材料具有良好柔性、可重构性及空气稳定性。将上述材料填充在发泡橡胶模具3的孔槽内，成形n型热电臂41和p型热电臂42为最简单的片状结构，规格尺寸小，便于加工可适用于各种不同热源外形尺寸。
32.本实用新型实施例结构中，所述发泡橡胶模具3需切割出孔槽及槽道，切割的孔槽成长5～10mm，宽1～5mm，高0.05～2mm，用于填充n型热电臂41和p型热电臂42；槽道宽1～5mm，高0.05～1mm，连接各孔槽，用于填充连接材料n型热电臂41。发泡橡胶模具3能够很好地承载热电单元4且能够具有良好的柔性性及绝缘、绝热性能。底层聚酯胺薄膜1和顶层聚酯胺薄膜2均采用聚酯胺柔性材料制成的薄膜，具有可弯曲性，热塑性好，且具有较高的绝缘性能，非常适于制作热电器件的柔性衬底。
33.与传统热电器件相比，该复合热电器件在应变达到100％时仍具有很高的可伸缩性，并可恢复到应变为0％时的状态，具有极高的柔性和可重构性，能够较好的贴合皮肤，利用人体与环境温差进行发电。同时，聚酯胺薄膜不仅可以将p型热电臂和n型热电臂封装与人体皮肤贴合，同时还兼具良好的柔性及导热性能。因此，本实用新型提供了一种制备工艺简单、材料可重构性高与力学性能优异的柔性可重构的复合热电器件。
34.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改
进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。