[发明专利]一种基于填充毛细管的热电器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于填充毛细管的热电器件制备方法，涉及热电换器件制造技术领域，所述制备方法包括：制备器件块体；在所述器件块上制备电极；将绝缘导热材料喷涂在所述电极的表面，形成绝缘导热层，制得热电器件。本发明将热电材料填充入毛细管，可以获得各种尺寸的热电臂；将热电臂进行高密度阵列排列并灌注绝热绝缘材料，避免热电材料氧化、受潮；P/N材料之间的导电连接采用简单的喷涂或者溅射工艺就可以实现，不需要陶瓷基片作支撑，极大提高了器件的结构强度，并且本发明提供的热电器件的传热面可以加工成任何形状，能有效贴合曲面热源，获得最大效率。

技术领域

本发明涉及热电转换器件制造技术领域，具体涉及一种基于填充毛细管热电器件及其制备方法。

背景技术

现有的热电器件通常是由P型和N型热电材料晶圆通过物理切割获得热电臂颗粒，然后通过交替排列形成阵列，利用焊料焊接在覆有金属电极的陶瓷基板上形成的。主要存在以下技术问题：

1.为了获得结构支撑和电极之间绝缘，热电材料颗粒两端分别焊接在沉积有金属电极的陶瓷片上。由于陶瓷的热导系数普遍不高，会产生热阻影响器件的效率。并且陶瓷易碎，器件的结构强度普遍不高。由于加工工艺的限制，陶瓷基片只能是平面结构，限制了发电器件在曲面热源情况下的应用。

2.单位面积内集成较高密度的P-N热电对不仅可以提升热电器件的性能，而且可以用于微芯片领域。热电材料通常比较脆，现有切割技术的尺寸极限只能达到毫米数量级，因此器件内P-N热电对的密度受到了材料尺寸的限制。此外随着切割截面尺寸变小，热电材料很难切割成细长条，器件的热电臂长度也受到了限制，不利于温差的建立。尽管采取多层热电片叠加的方式可以等效增加热电臂的长度，拉大温差。但是由于每层热电片都安装在陶瓷基片上，陶瓷基片会增加装置厚度和体积。而且每层陶瓷板会增加器件的热阻，严重降低系统的热电转换效率。再者，面对颗粒细小的热电臂，排列集成阵列的难度显著提升，并且切割过程中会导致产生大量的锯末式废料，导致材料的利用效率不高。

3.由于热电器件热电臂阵列中P型和N型颗粒除了电极连接部分，其它部分需要绝缘，因此通常颗粒间会留出毫米级空隙，该结构也导致了器件的集成密度不能提高。并且空隙的存在容易导致潮湿环境中潮气在器件内部聚集，引起热电材料腐蚀损坏失效。因此器件通常需要特殊封装，增加了制作成本。

4.目前通常使用的热电材料和新开发出来的热电材料在高温下往往容易被氧化，然而现有的热电器件结构不能对其进行保护，导致器件使用寿命受影响，并且新型材料难以用于器件制造。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于填充毛细管的热电器件及其制备方法。

一方面，一种基于填充毛细管的热电器件，包括器件块体、电极、绝缘导热层；

所述器件块体包括毛细管热电臂、绝缘绝热封装层；所述毛细管热电臂包括第一毛细管热电臂和第二毛细管热电臂，所述第一毛细管热电臂为填充有N型热电材料的毛细管，所述第二毛细管热电臂为填充有P型热电材料的毛细管，所述第一毛细管热电臂和所述第二毛细管热电臂交替排列构成块体，所述绝缘绝热封装层灌注于所述块体的四周以及排列间隙；

所述电极用于将所述器件块体中的N型热电材料和P型热电材料连接，以使所述第一毛细管热电臂和所述第二毛细管热电臂之间形成串联通路；

所述绝缘导热层覆盖在所述电极表面。

优选地，所述第一毛细管热电臂和所述第二毛细管热电臂交替排列的方式包括正方堆积或者密堆积中的至少一种。

优选地，所述电极包括底部条形电极和顶部条形电极，所述底部条形电极和顶部条形电极交错排列。

优选地，所述绝缘导热层包括顶部绝缘导热层和底部绝缘导热层；所述顶部绝缘导热层覆盖在所述顶部条形电极的上表面，所述底部绝缘导热层覆盖在所述底部条形电极的下表面。