Способ изготовления термоэлектрического элемента для термоэлектрических устройств



Способ изготовления термоэлектрического элемента для термоэлектрических устройств
Способ изготовления термоэлектрического элемента для термоэлектрических устройств
Способ изготовления термоэлектрического элемента для термоэлектрических устройств

 

H01L35/00 - Термоэлектрические приборы, содержащие переход между различными материалами, т.е. приборы, основанные на эффекте Зеебека или эффекте Пельтье, с другими термоэлектрическими и термомагнитными эффектами или без них; способы и устройства для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы таких приборов (приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, H01L 27/00; холодильное оборудование, в котором используются электрические или магнитные эффекты, F25B 21/00; измерение температуры с использованием термоэлектрических и термомагнитных элементов G01K 7/00; получение энергии от радиоактивных источников G21H)

Владельцы патента RU 2632729:

Шупенев Александр Евгеньевич (RU)

Изобретение относится к электротехнике и нанотехнологиям, в частности к способу изготовления термоэлектрического элемента для термоэлектрических устройств, например термоэлектрической батареи, и может быть использовано в потребительской электронике, медицине, лабораторном оборудовании и других областях. Сначала полученную гибкую ленту наматывают на барабан, который располагают в вакуумной камере. Осуществляют вакуумное напыление термоэлектрического материала на противоположные ее стороны. Ленту последовательно протягивают с помощью отклоняющих и натяжных роликов через первую зону нагрева и импульсного лазерного осаждения термоэлектрического материала p-типа проводимости на нагретый участок одной стороны ленты. Осуществляют переворот ленты в устройстве разворота и протягивают ленту через вторую зону локального нагрева до заданной температуры и импульсного лазерного осаждения термоэлектрического материала n-типа проводимости на нагретый участок противоположной стороны ленты. Затем протягивают ленту через зону одновременного формирования на двух сторонах ленты технологического рисунка путем лазерного испарения термоэлектрического материала на каждой из ее сторон. Осуществляют намотку ленты с полученным двусторонним технологическим рисунком на второй барабан. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и нанотехнологиям, в частности к способу изготовления термоэлектрического элемента для термоэлектрических устройств, например термоэлектрической батареи, и может быть использовано в потребительской электронике, медицине, лабораторном оборудовании и других областях.

Известен способ изготовления термоэлектрического элемента для термоэлектрических устройств, при котором на подложку в виде гибкой ленты на основе полиимидного полимера осуществляют вакуумное напыление термоэлектрического материала, причем напыление выполняют на противоположные ее стороны с формированием термоэлектрических и коммутационных участков (US 3554815A, 12.01.1971). В известном способе напыление осуществляют путем испарения термоэлектрического материала, термоэлектрические участки создают из висмута и сурьмы, которые обладают низкой эффективностью. Кроме того, асимметричное расположение полупроводниковых слоев и формирование их топологии может быть создано химическим способом по методу фотолитографии.

Недостатком известной технологии является использование материалов низкой эффективности, необходимость разрыва этапа вакуумного нанесения материала за счет включения промежуточных этапов формирования необходимой топологии с помощью фотолитографии, что приводит к большому количеству высокотехнологичных и сложных операций и низким эффективности, надежности и высокой вероятности брака.

Задачей создания изобретения является повышение термоэлектрической эффективности термоэлектрического элемента, повышение производительности его изготовления, обеспечение возможности создания ленты с многокомпонентными термоэлектрическими пленками, снижение вероятности брака, отказ от использования биологически и экологически опасных химических реактивов для создания необходимой топологии термоэлектрического материала.

Для этого в способе изготовления термоэлектрического элемента для термоэлектрических устройств, включающем изготовление подложки в виде гибкой ленты на основе полиимидного полимера и вакуумное напыление термоэлектрического материала на противоположные ее стороны, сначала полученную гибкую ленту наматывают на барабан, который располагают в вакуумной камере, и осуществляют вакуумное напыление термоэлектрического материала на противоположные ее стороны, при этом ленту последовательно протягивают с помощью отклоняющих и натяжных роликов через первую зону нагрева и импульсного лазерного осаждения термоэлектрического материала p-типа проводимости на нагретый участок одной стороны ленты, осуществляют переворот ленты в устройстве разворота и протягивают ленту через вторую зону локального нагрева до заданной температуры и импульсного лазерного осаждения термоэлектрического материала n-типа проводимости на нагретый участок противоположной стороны ленты, после чего протягивают ленту через зону одновременного формирования на двух сторонах ленты технологического рисунка путем лазерного испарения термоэлектрического материала на каждой из ее сторон, после чего осуществляют намотку ленты с полученным двусторонним технологическим рисунком на второй барабан.

На фиг. 1 представлена схема осуществления способа изготовления термоэлектрического элемента, на фиг. 2 - вид сбоку и вид сверху фиг. 1.

Способ создания термоэлектрического элемента в виде гибкой ленты основан на использовании метода импульсного лазерного осаждения, который позволяет создавать пленки сложного химического состава, которые обладают большей термоэлектрической эффективностью.

Подложку 1 в виде гибкой ленты на основе полиимидного полимера, намотанной на барабан 2, загружают в напылительную вакуумную камеру 24. Через отклоняющий ролик 4 и натяжной ролик 5 ленту подают на нагреватель 6, образуя с ним скользящий термический контакт и нагревают локально до заданной температуры. С помощью импульсного лазера 8 распыляют термоэлектрический материал 7 p-типа проводимости, который испаряясь в виде газоплазменного облака 9 осаждается на нагретом участке подложки. Далее ленту после натяжного ролика 10 переворачивают в устройстве разворота ленты 11 и после натяжного ролика 12 подают на нагреватель 13, образуя с ним скользящий термический контакт, и нагревают локально до заданной температуры. С помощью импульсного лазера 15 распыляют термоэлектрический материал 14 n-типа проводимости, который, испаряясь в виде газоплазменного облака 16, осаждается на нагретом участке подложки. Далее после отклоняющего ролика 18 ленту натягивают роликами 19 и 21, между которыми ленту 1 с нанесенными сплошными пленками термоэлектрического материала 7 и 14 обрабатывают лазерным лучом 20 для формирования симметричной топологии термоэлектрических участков.

Ленту с полученным технологическим рисунком отклоняющим роликом 22 наматывают на второй барабан 3. Технологические участки обработки ленты разделены заслонками 17 и 23. При формировании технологического рисунка на сторонах ленты лазерный луч 20 фокусируют на поверхности ленты 1 и с помощью сканатора обрабатывают ленту в зоне обработки 25. Лазерное излучение испаряет одновременно термоэлектрические материалы 7 и 14, проникая через ленту 1 и не разрушая ее, т.к. подложка хорошо прозрачна для длины волны лазерного луча 20. В результате получают ленту с зеркальными участками термоэлектрического материала разного типа проводимости по разные стороны ленты. Шаблон обработки лазером 20 создают заранее на ПК. В случае многорядного производства термоэлектрической ленты далее следует этап разделения ленты на единичные ленты.

Техническим результатом является использование более эффективных термоэлектрических материалов за счет использования метода импульсного лазерного осаждения, который позволяет создавать многокомпонентные термоэлектрические пленки, отличающиеся высокой термоэлектрической эффективностью; отсутствие необходимости использования процесса фотолитографии, который обладает низкой производительностью и необходимостью использования перечня опасных и дорогих химических реактивов, что приводит к высокой производительности производства термоэлектрической ленты и низкой стоимости; возможность напыления и формирования топологии сразу нескольких лент на единой подложке, обеспечивая высокую производительность процесса и снижение себестоимости.

Способ изготовления термоэлектрического элемента для термоэлектрических устройств, включающий изготовление подложки в виде гибкой ленты на основе полиимидного полимера и вакуумное напыление термоэлектрического материала на противоположные ее стороны, отличающийся тем, что сначала гибкую ленту наматывают на барабан, который располагают в вакуумной камере, и осуществляют вакуумное напыление термоэлектрического материала на противоположные ее стороны, при этом ленту последовательно протягивают с помощью отклоняющих и натяжных роликов через первую зону нагрева, в которой осуществляют импульсное лазерное осаждение термоэлектрического материала p-типа проводимости на нагретый участок одной стороны ленты, затем выполняют переворот ленты в устройстве разворота и протягивают ленту через вторую зону локального нагрева до заданной температуры, в которой осуществляют импульсное лазерное осаждение термоэлектрического материала n-типа проводимости на нагретый участок противоположной стороны ленты, после чего протягивают ленту через зону одновременного формирования на двух сторонах ленты технологического рисунка путем лазерного испарения термоэлектрического материала на каждой из ее сторон, после чего осуществляют намотку ленты с полученным двусторонним технологическим рисунком на второй барабан.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для прямой трансформации тепловой энергии в электрическую. Теплотрубная гелиотермоэлектростанция включает поддон с отверстием в днище, закрытый сверху крышкой, покрытой фотоэлементами, внутренняя сторона которой покрыта решеткой, выполненной из полос пористого материала, отверстие поддона соединено с верхним торцом заглушенной снизу вертикальной трубы, погруженной в грунт на глубину Н, в центре которой помещена подъемная труба, заполненная также пористым материалом, между верхним и нижним торцами подъемной трубы и нижним торцом вертикальной трубы и внутренней поверхностью крышки поддона устроены щели шириной ∆, пространство которых заполнено пористым материалом, внутри каждого гофра вертикальной трубы размещены вертикальные пазы длиной L, в которые вставлены вертикальные термоэлектрические преобразователи, в массиве которых помещена контурная арматура, состоящая из термоэмиссионных элементов.

Использование: для получения электрической энергии. Сущность изобретения заключается в том, что электрогенерирующая теплозащитная оболочка содержит гибкий лист, состоящий из гибкого теплоизоляционного материала–диэлектрика, покрытого с обеих сторон пленкой, выполненной из влагозащитного и герметизирующего материала–диэлектрика, причем в массе теплоизоляционного материала–диэлектрика помещены термоэлектрические секции, представляющие собой П–образные ряды, выполненные из стекловолокнистых полос, поверхности парных перпендикулярных отрезков которых поочередно покрыты напылением порошком разных металлов М1 и М2, концы вышеупомянутых отрезков согнуты под углом 90°, соединены между собой и также покрыты напылением эквимолярной смесью порошков металлов М1 и М2, образуя отдельные термоэмиссионные преобразователи, и располагаются на противоположных поверхностях слоя теплоизоляционного материала–диэлектрика параллельно им, крайние перпендикулярные отрезки каждого П–образного ряда соединены между собой перемычками, а крайние перпендикулярные отрезки крайних П–образных рядов каждой термоэлектрической секции соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с токовыводами.

Изобретение относится к устройствам вакуумной СВЧ-электроники и может быть использовано в устройствах коммутации тока, в смесителях и в других приборах и устройствах силового сектора СВЧ-электроники.

Изобретение относится к системам теплообмена. Технический результат - повышение эффективности термоэлектрического теплового насоса за счет уменьшения выделения паразитного тепла Джоуля в полупроводниковых ветвях и создание условий для возникновения дополнительного термоэффекта между горячими и холодными спаями, изготовленными из разных металлов.

Изобретение относится к термоэлектрической энергетике и может быть использовано для преобразования тепла отработавших газов из двигателя внутреннего сгорания в электрическую энергию.

Группа изобретений относится к области железнодорожного транспорта и может быть использована в качестве автономного источника питания железнодорожных вагонов. Способ электроснабжения заключается в преобразовании усилий вращения колесной пары вагона в электрическую энергию.

Изобретение относится к твердотельной криогенике, а именно к холодильникам на эффекте Пельтье с применением магнитного поля (продольный гальвано-термомагнитный эффект), и может быть использовано при охлаждении малых объектов.

Заявленное изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при нагреве и охлаждении воды и напитков. Предложен способ изменения температуры жидкости, заключающийся в отборе тепловой энергии с помощью теплового процесса, основанного на термоэлектрическом эффекте элемента Пельтье.

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению термоэлектрических бинарных сплавов типа висмут-сурьма, применяемых для изготовления варизонных полупроводников для термоэлектрических элементов малогабаритных холодильников Пельтье, работающих в интервале температур 100-200 К.

Группа изобретений относится к медицине. Система формирования протокола на основе обратной связи для теплового лечения части тела человека или животного содержит устройство теплообмена для нагревания и/или охлаждения части тела, соединенное с устройством теплового лечения, с помощью которого осуществляют способ формирования протокола.

Изобретение относится к линии изготовления азотированного листа из текстурированной электротехнической стали и к способу изготовления листа из указанной стали с использованием данной линии.

Изобретение относится к способу магнетронного напыления многослойного равнотолщинного покрытия и установке для его осуществления и может быть использовано для получения оптических покрытий на поверхности оптических подложек.

Изобретение относится к установке для нанесения покрытий на поверхности деталей. Внутри корпуса вакуумной камеры установлен, по меньшей мере, один источник распыляемого материала, выполненный в виде N магнетронов, где N - целое число и N>1, и ионный источник.

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к установке для напыления в вакууме топологического тонкоплёночного рисунка гибридной микросхемы на подложку.

Изобретение относится к способу напыления в вакууме топологического тонкопленочного рисунка гибридной микросхемы на подложку и может быть использовано в микроэлектронике.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для нанесения покрытий на абразивные зерна, и может быть применено в инструментальном производстве.

Изобретение относится к установке для непрерывного вакуумного осаждения металлического покрытия на движущуюся подложку и к способу подготовки к непрерывному вакуумному осаждению металлического покрытия на движущуюся подложку в указанной установке.

Изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено для ионно-плазменного упрочнения инструмента с размерами, превышающими габариты рабочей камеры установки.Установка для вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытия содержит камеру, катодные узлы, систему водоохлаждения, вакуумную систему и механизм вращения обрабатываемого изделия.

Изобретение относится к установке для нанесения покрытий на подложки путем электронно-лучевого физического осаждения из паровой фазы. Установка содержит тигельное устройство, содержащее по меньшей мере два тигля, расположенных со смещением друг относительно друга в горизонтальной плоскости.

Устройство предназначено для автоматизированной обработки кожаных заготовок верха обуви высокочастотной плазмой пониженного давления. Устройство содержит камеры загрузки и разгрузки, линейно скомпонованные с вакуумной камерой и соединенными с ней и внешней средой системой шлюзов, пару электродов, высокочастотный генератор, систему подачи плазмообразующего газа, вакуумный откачной пост, систему шлюзов, компрессор и три обслуживающих робота.

Изобретение относится к способу предоставления импульсов мощности для PVD-распыляемого катода, который содержит компонент приема мощности и частичный катод, при этом во время интервала нарастания мощности генератора мощность в компоненте приема мощности снижается, а затем мощность снижается на частичном катоде, причем переключение осуществляется таким образом, что отдача мощности от генератора, предоставляющего мощность, не должна прерываться.
Наверх