柔性熱電元件及其製造方法與流程

2023-07-11 08:45:06

相關申請的交叉參考

本申請基於2016年3月18日向韓國知識產權局提交的韓國專利申請第10-2016-0032734號並要求該申請的優先權權益，所述申請的公開內容全部併入本文以供參考。

本公開內容涉及柔性熱電元件及其製造方法，且更具體地涉及通過摺疊包括p型材料和n型材料的柔性熱電元件以形成模塊而改進加工特性且減小在接觸高溫部和低溫部的部位的接觸阻力。

背景技術：

一般而言，基於有機材料的熱電元件形成為膜類型，並具有數十納米到數十微米的厚度。並且，熱電元件在平面內方向上具有優異的熱電性能，且當在膜的平面內方向上設有溫度梯度時發電。由於熱電元件在平面外方向上具有較薄的厚度，因此實施熱平衡且不出現溫度梯度。因此，對於熱電元件來說發電是困難的。

在根據相關技術的熱電元件中，如圖1所示，為了實施實際系統中高輸出的發電，熱電元件30應以高密度重複設置在高溫部10和低溫部20之間。例如，元件通過交替設置n型和p型熱電元件彼此串聯地電連接。

然而，根據相關技術，由於連接各個熱電元件以及粘結材料40的電極50形成在熱電元件與高溫部和低溫部之間，因此在電流流動通道中出現電極界面阻力，在因熱衝擊等的界面分離或開裂發生期間電阻增加或功率快速減少，從而引起故障。進一步，當具有約數十微米至約數十納米的厚度的膜被去除以對齊(align)且各個膜彼此接觸時，加工特性出現較大損失且成本增加。相應地，基於熱電元件的配置可能無法製成在豎直方向上具有約100微米的厚度的膜，且即使膜在豎直方向上豎直安置，操作損失也增加。

技術實現要素：

本公開內容提供柔性熱電元件及其製造方法。具體地，柔性熱電元件及其製造方法可改進加工特性並減小接觸高溫部和低溫部的部位的接觸阻力。例如，可包括p型材料和n型材料的柔性熱電元件可配置成摺疊形成模塊。

根據本公開內容的示例性實施方式，柔性熱電元件可包括設置在高溫部和低溫部之間的熱電元件。熱電元件可具有以預定的間隔形成的多個p型材料和n型材料且可在p型材料區間和n型材料區間摺疊以形成摺疊構件。進一步，絕緣填料可塗覆在摺疊的p型材料和n型材料之間。

配置成傳遞熱的連接高溫部和熱電元件的粘結材料可形成在高溫部和熱電元件的摺疊構件之間。連接低溫部和熱電元件以允許熱傳遞的粘結材料可形成在低溫部和熱電元件的摺疊構件之間。多個粘結材料可形成在熱電元件的各個摺疊構件處。絕緣填料可由玻璃基材料、陶瓷基材料、橡膠基材料和聚合物基材料形成。粘結材料可由環氧樹脂(epoxy)或陶瓷基絕緣粘結物質形成。

根據本公開內容的另一示例性實施方式，柔性熱電元件可包括多個絕緣填料，其在高溫部和低溫部上形成為以預定的間隔彼此間隔開。進一步，熱電元件可在高溫部和低溫部之間在水平方向上一體地形成從而以預定間隔包括多個p型材料和n型材料。特別地，當對高溫部和低溫部加壓時，熱電元件可設置在絕緣填料之間。

根據本公開內容的另一示例性實施方式，用於製造柔性熱電元件的方法可包括使具有包括p型和n型的帶式柔性結構的熱電元件彎曲。可對彎曲的熱電元件的一部分進行溶劑處理以一體地形成p型材料區間和n型材料區間。使具有一體地形成的p型材料區間和n型材料區間的熱電元件平面化。絕緣填料可部分塗覆在平面化的熱電元件的p型材料和n型材料之間。經塗覆的熱電元件可在p型材料區間和n型材料區間摺疊。摺疊的熱電元件可設置在高溫部和低溫部之間。

進一步，絕緣填料可形成在p型材料的表面和n型材料的表面上。絕緣填料可由玻璃基材料、陶瓷基材料、橡膠基材料和聚合物基材料形成。配置成提供傳熱通道的粘結材料可形成在摺疊的熱電元件與高溫部和低溫部之間。粘結材料可由環氧樹脂或陶瓷基絕緣粘結物質形成。

附圖說明

根據以下具體實施方式且結合附圖，本公開內容的上述以及其它目的、特徵和優點將更加明顯。

圖1是示出根據相關技術的熱電元件的示例性橫截面視圖；

圖2是示出根據本公開內容的示例性實施方式的柔性熱電元件的示例性橫截面視圖；

圖3是示出根據本公開內容的示例性實施方式的用於製造柔性熱電元件的方法的示例性流程圖；

圖4是示出根據本公開內容的示例性實施方式的用於製造柔性熱電元件的方法中形成熱電元件的操作的示例性視圖；且

圖5是示出根據本公開內容的示例性實施方式的用於製造柔性熱電元件的方法中形成熱電元件的操作的另一實例的示例性視圖。

附圖中每個元件的附圖標記

10：高溫部

20：低溫部

100：熱電元件

110：p型材料

120：n型材料

130：絕緣填料

140：粘結材料

具體實施方式

在下文中，將參考附圖詳細描述本公開內容的示例性實施方式。應該注意的是，在對每個附圖的部件給出附圖標記時，相同的部件即使在不同的附圖中示出也將由相同的附圖標記表示。進一步，在描述本公開內容的示例性實施方式時，在可能不必要地使對本公開內容的示例性實施方式的理解模糊的情況下，將不詳細描述公知的構造或功能。

本文所用的術語僅出於描述特定的示例性實施方式的目的，且並非意在限制本公開內容。如本文所使用的，單數形式「一個、一種」和「該」也意在包括複數形式，除非上下文中清楚指明。還可以理解的是，在說明書中使用的術語「包括」和/或「包含」是指存在所述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一個或多個其它特徵、整數、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。如本文所使用的，術語「和/或」包括一個或多個相關所列項目的任何和所有組合。例如，為了使本發明的描述更清楚，不相關的部件未示出，且為了清晰起見，層和區的厚度被放大。進一步，當陳述一層在另一層或基底「上」時，該層可直接在另一層或基底上或第三層可設置於其間。

除非特別說明或從上下文明顯得到，否則本文所用的術語「約」理解為在本領域的正常容許範圍內，例如在均值的2個標準偏差內。「約」可以理解為在所述數值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％內。除非另外從上下文清楚得到，本文提供的所有數值都由術語「約」修飾。

應理解，本文使用的術語「車輛」或「車輛的」或其它類似術語包括通常的機動車，例如，包括多功能運動車(suv)、公共汽車、卡車、各種商務車的客車，包括各種船隻和船舶的水運工具，飛行器等等，並且包括混合動力車、電動車、燃燒插入式混合動力電動車、氫動力車和其它代用燃料車(例如，來源於石油以外的資源的燃料)。

根據本公開內容的柔性熱電元件可包括設置在高溫部10和低溫部20之間的熱電元件100，其配置成摺疊以包括p型材料110區間和n型材料120區間。絕緣填料130可塗覆在摺疊的區間之間，如圖2所示。熱電元件100可以形成為柔性帶結構且可形成在作為熱源結構的高溫部10和低溫部20之間。例如，熱電元件100可包括以預定的間隔形成的多個p型材料110和n型材料120，且可在p型材料110區間和n型材料120區間中摺疊以形成多個摺疊構件。

進一步，具有低熱導率的絕緣填料130可塗覆在摺疊的p型材料110和n型材料120之間以使熱電元件100的p型材料110和n型材料120絕緣。絕緣填料130可由玻璃基材料、陶瓷基材料、橡膠基材料和聚合物基材料形成。

此外，粘結材料140可設置或塗覆在高溫部10和熱電元件100的摺疊構件之間以使高溫部10和熱電元件100彼此連接且可形成傳熱通道以提供熱傳遞。進一步，粘結材料140可形成在低溫部20和熱電元件100的摺疊構件之間以使低溫部20和熱電元件100彼此連接且可配置成提供熱傳遞。換句話說，可形成多個粘結材料140以設置到熱電元件100的各個摺疊構件。此外，粘結材料140可由環氧樹脂和陶瓷基絕緣粘結物質形成。

此外，根據本公開內容，如圖5所示，當多個絕緣填料130在高溫部10和低溫部20上形成為以預定的間隔彼此間隔開時，可將熱電元件100一體水平地形成在高溫部10和低溫部20之間，從而以預定間隔包括多個p型材料110和n型材料120。因此，當將外力施加到高溫部10和低溫部20時，熱電元件100可插入到絕緣填料130之間。

換句話說，柔性熱電元件也可通過對平面化的熱電元件100加壓的方法形成以一體地包括p型材料110和n型材料120。例如，平面化的熱電元件可插入到在高溫部10和低溫部20上形成的絕緣填料130之間，從而當絕緣填料130在作為熱源結構的高溫部10和低溫部20上形成為以預定的間隔彼此間隔開時插入到絕緣填料130之間。

根據本公開內容，當熱電元件100設置在高溫部10和低溫部20之間時，熱電元件100可包括以預定間隔形成的多個p型材料110和n型材料120，且可在p型材料110區間和n型材料120區間中摺疊以形成摺疊構件。絕緣填料130可塗覆在摺疊的p型材料110和n型材料120之間，且粘結材料140可形成在熱電元件100與高溫部10和低溫部20之間。例如，熱電元件100可與高溫部10和低溫部20連接以傳遞熱且配置成同時通過熱電元件100傳遞電流。因此，當界面出現異常時，可以進行熱傳遞且電力流動可不受影響。

根據本公開內容的用於製造柔性熱電元件的方法可包括使p型或n型熱電元件100彎曲(s10)，對熱電元件100的一部分進行溶劑處理(s20)以形成p型材料110區間和n型材料120區間，使熱電元件100平面化(s30)，在p型材料110和n型材料120之間部分塗覆絕緣填料130(s40)，摺疊熱電元件100(s50)，以及在高溫部10和低溫部20之間設置摺疊的熱電元件100(s60)。此外，關於柔性熱電元件的內容參考圖2。

具有包括p型和n型的帶式柔性結構的熱電元件100可彎曲以在多個區間形成彎曲(s10)。彎曲的熱電元件100的一部分可浸入溶劑處理溶液中以改變類型，從而通過溶劑處理使浸入溶劑處理溶液中的該部分材料變形(s20)。因此，可一體地形成p型材料110區間和n型材料120區間。可使具有一體地形成(s20)的p型材料110區間和n型材料120區間的熱電元件100平面化(s30)。

絕緣填料130可部分地塗覆在平面化的熱電元件100的p型材料110和n型材料120之間。特別地，絕緣填料130可形成在p型材料100的表面和n型材料120的表面上(s40)，以在熱電元件100摺疊為如下所述(s50)時使熱電元件100的p型材料110和n型材料120絕緣。此外，絕緣填料130可由玻璃基材料、陶瓷基材料、橡膠基材料和聚合物基材料形成以改進絕緣特性。塗覆的熱電元件100(s40)可在p型材料110區間和n型材料120區間摺疊(s50)。

摺疊的熱電元件100(s50)可設置在高溫部10和低溫部20之間以形成柔性熱電元件100。同時，作為傳熱通道，粘結材料140可形成在摺疊的熱電元件100與高溫部10和低溫部20之間(s60)。換句話說，粘結材料140可由環氧樹脂和陶瓷基絕緣粘結物質形成。因此，可以改進熱電元件100與高溫部10和低溫部20之間的粘結特性且同時促進熱傳遞。

進一步，在根據本公開內容的用於製造柔性熱電元件的方法中，如圖5所示，柔性熱電元件也可通過對平面化的熱電元件100加壓的方法形成，以一體地包括p型材料110和n型材料120，同時插入到在高溫部10和低溫部20上形成的絕緣填料130之間以便插入到絕緣填料130之間。即，絕緣填料130在作為熱源結構的高溫部10和低溫部20上形成為以預定的間隔彼此間隔開。

根據本公開內容，當熱電元件100設置在高溫部10和低溫部20之間時，熱電元件100可包括以預定的間隔形成的多個p型材料110和n型材料120，且可在p型材料110區間和n型材料120區間中摺疊以形成摺疊構件。絕緣填料130可塗覆在摺疊的p型材料110和n型材料120之間。由於模塊可通過摺疊包括p型材料110和n型材料120的柔性熱電元件100來配置，因此在接觸高溫部10和低溫部20的部位可省略熱電元件的單獨切割和對齊。例如，熱接觸可通過移除電接觸操作而形成以減小接觸阻力，且可改進輸出和加工特性。由於p型材料110和n型材料120的基礎材料類似，因此可防止因兩種材料之間的熱膨脹係數的差異引起的損壞，且可以增加耐久性和穩定性。

如上所述，根據本公開內容的示例性實施方式，由於模塊通過摺疊包括p型材料和n型材料的柔性熱電元件來配置，因此在與高溫部和低溫部接觸的部位可省略熱電元件的單獨切割和對齊。熱接觸可通過移除電接觸操作而形成以減小接觸阻力，且可改進輸出和加工特性。由於p型材料和n型材料的基礎材料類似，因此可防止因兩種材料之間的熱膨脹係數的差異引起的損壞，從而使得可以增加耐久性和穩定性。

在上文中，儘管已經參考示例性實施方式和附圖描述本公開內容，但本公開內容不限於此，而是在不偏離權利要求書中所要求保護的本公開內容的精神和範圍的情況下可由本公開內容所屬領域的技術人員進行各種修改和變化。