基于高導(dǎo)石墨烯連接材料的溫差發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溫差發(fā)電裝置，尤其是涉及一種基于高導(dǎo)石墨烯連接材料的溫差發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]溫差發(fā)電技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料的塞貝克效應(yīng)，將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，是一種全固態(tài)能量轉(zhuǎn)換方式，無(wú)需化學(xué)反應(yīng)或流體介質(zhì)，因而在發(fā)電過(guò)程中具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和方便等優(yōu)點(diǎn)。溫差發(fā)電裝置是采用溫差發(fā)電技術(shù)制成的裝置，它具有體積小、重量輕、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、可靠性高以及無(wú)污染等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，溫差發(fā)電裝置已經(jīng)在軍事、醫(yī)療、科研、通訊、航海、動(dòng)力以及工業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)實(shí)踐領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。但是，在航空和軍事等一些特殊領(lǐng)域，也需要微小型的特殊形狀的的溫差發(fā)電裝置。
[0003]通常所用的溫差發(fā)電裝置，在結(jié)構(gòu)上存在諸多不足。首先其熱電臂的幾何截面積一般較小，為了增加功率密度，通常是利用增加其熱電臂對(duì)的數(shù)量，如常見(jiàn)的TEG1-127-1.4-1.2，在40X40mm的面積上集成了 127對(duì)微型熱電臂；另外，現(xiàn)有的溫差發(fā)電裝置為了集成器件而在溫差發(fā)電裝置的上下兩個(gè)端面上裝有導(dǎo)熱片，這種導(dǎo)熱片一般是以陶瓷片為基底，雖然導(dǎo)熱性較好，但其自身的熱阻相對(duì)于熱電臂來(lái)說(shuō)依舊是很大的，因此降低了溫差發(fā)電裝置的整體效率。
[0004]石墨烯作為一種新型二維結(jié)構(gòu)的碳材料，它的載流子迀移率為250000cm2/ (VS)約為硅中電子迀移率的140倍，熱導(dǎo)率為SOOOWnTt1，是金剛石的3倍，并且同時(shí)具有高硬度和良好的延展性?；谶@些優(yōu)良特性，通過(guò)加入石墨烯而制成的石墨烯金屬基復(fù)合材料，同樣具有良好的機(jī)械性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。
[0005]利用石墨烯或石墨烯金屬基復(fù)合材料作為熱電臂間的電連接件和熱連接件，將在溫差發(fā)電器件領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。
[0006]中國(guó)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)朇N201080050776.4)公開(kāi)了一種平板式溫差發(fā)電裝置。該裝置由箔組件、導(dǎo)熱頂板、導(dǎo)熱底板和熱電單體構(gòu)成，利用箔基板作為緩沖件和導(dǎo)熱件，在內(nèi)部應(yīng)力增大時(shí)，薄箔基板會(huì)隨之發(fā)生彎折，從而緩解熱電單體中的內(nèi)部壓力。該裝置能有效地減少P型和N型熱電臂熱膨脹系數(shù)不同帶來(lái)的溫差發(fā)電器件內(nèi)部應(yīng)力，但由于箔組件包含熱導(dǎo)率相對(duì)較低的材料，因此不可避免會(huì)在接觸層產(chǎn)生較大的接觸熱阻，從而影響了整體溫差發(fā)電裝置的導(dǎo)熱效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種基于高導(dǎo)石墨烯連接材料的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)溫差發(fā)電裝置，具有電傳導(dǎo)與熱傳導(dǎo)一體化、內(nèi)阻和熱阻較小、熱電轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便的特點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是: 本發(fā)明包括P型熱電臂、N型熱電臂、T型連接臂和L型連接臂；多個(gè)T型連接臂上下交替地間隔均布成一排，并在兩端布置有L型連接臂；P型熱電臂和N型熱電臂交替地布置在由相鄰T型連接臂豎直段之間以及L型連接臂與T型連接臂豎直段之間形成的間隙中，P型熱電臂和N型熱電臂緊貼于T型連接臂豎直段的側(cè)面；形成的整個(gè)溫差發(fā)電裝置形狀為條狀。
[0009]所述的P型熱電臂和N型熱電臂的數(shù)量相同，P型熱電臂至少為3個(gè)。
[0010]所述的T型連接臂為石墨稀或石墨稀金屬基復(fù)合材料。
[0011]當(dāng)所述T型連接臂為石墨稀時(shí)，由石墨稀原料燒結(jié)制成塊體，由石墨稀原料通過(guò)放電等離子(SPS)或者熱壓的燒結(jié)方法燒結(jié)而成。
[0012]當(dāng)所述T型連接臂為石墨稀金屬基復(fù)合材料時(shí)，石墨稀的含量大于30wt%。
[0013]所述的石墨稀金屬基復(fù)合材料為金屬單質(zhì)或合金與石墨稀的復(fù)合材料，金屬為銅、鋁。
[0014]所述的P型熱電臂和N型熱電臂分別與T型連接臂豎直段之間焊接，P型熱電臂和N型熱電臂分別與L型連接臂豎直段之間焊接。
[0015]所述的P型熱電臂和N型熱電臂為平板狀，熱電臂的長(zhǎng)度和寬度大于熱電臂厚度，滿足長(zhǎng)度> 2倍厚度，寬度> 2倍厚度。
[0016]所述的P型熱電臂和N型熱電臂的材料為以碲化鉍、碲化鉛、鍺化硅、方鈷礦或者半赫斯勒材料為基底制備得到的熱電材料。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
(I)本發(fā)明利用高導(dǎo)石墨烯為基礎(chǔ)制成的T型連接臂，由于同時(shí)傳導(dǎo)熱量和電流，可以避免由增加額外元件而帶來(lái)的熱阻和電阻；利用高導(dǎo)石墨烯為基礎(chǔ)制成的T型連接臂，可以產(chǎn)生極為高效的熱傳導(dǎo)作用，使軸向上的P型熱電臂和N型熱電臂兩端面產(chǎn)生穩(wěn)定的溫度差；利用高導(dǎo)石墨烯為基礎(chǔ)制成的T型連接臂，具有很高的電導(dǎo)率和很高的強(qiáng)度，可以有效地減少溫差發(fā)電裝置的整體電阻，同時(shí)增強(qiáng)溫差發(fā)電裝置的整體強(qiáng)度。
[0018](2)本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)呈條狀，P型熱電臂和N型熱電臂的厚度可以根據(jù)熱電臂的理論優(yōu)化模型自行設(shè)計(jì)，避開(kāi)了在平板型溫差發(fā)電裝置中P型熱電臂和N型熱電臂的厚度必須一致的缺點(diǎn)。
[0019](3)本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)呈條狀，P型熱電臂和N型熱電臂受到加熱后向兩側(cè)膨脹，能有效緩解內(nèi)應(yīng)力，避免出現(xiàn)在平板型溫差發(fā)電裝置中因P型熱電臂和N型熱電臂的熱膨脹系數(shù)不同帶來(lái)的其中某類熱電臂脫落或碎裂的情況。
[0020](4)本發(fā)明其中的P型熱電臂和N型熱電臂為平板型，即橫截面積較大而厚度較小，這種結(jié)構(gòu)的熱電臂具有更小的電阻，有利于提高溫差發(fā)電裝置整體的熱電轉(zhuǎn)換效率。
[0021](5)本發(fā)明僅有兩種元器件，即熱電臂和導(dǎo)熱導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，安裝方便，適用場(chǎng)合多。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明的T型連接臂的外觀圖。
[0023]圖2是本發(fā)明的裝配結(jié)構(gòu)原理圖。
[0024]圖3是本發(fā)明的裝配結(jié)構(gòu)斜視圖。
[0025]圖中:1.T型連接臂，2.L型連接臂，3.P型熱電臂，4.N型熱電臂。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]如圖2、圖3所示，本發(fā)明包括P型熱電臂3、N型熱電臂4、T型連接臂I和L型連接臂2 ;多個(gè)T型連接臂I上下交替地間隔均布成一排，并在兩端設(shè)有L型連接臂2，兩端通過(guò)L型連接臂2包裹；Ρ型熱電臂3和N型熱電臂4交替地設(shè)在由相鄰T型連接臂I豎直段之間以及L型連接臂2與T型連接臂I豎直段之間形成的間隙中，P型熱電臂3