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一种柔性可穿戴控温织物及其制备方法
申请号	CN202311574645.1	申请日	2023-11-23	公开(公告)号	CN117617608A	公开(公告)日	2024-03-01
申请人	辽宁冷芯半导体科技有限公司;			发明人	关一;
摘要	本发明涉及制冷器件及生活用品领域，具体涉及一种柔性可穿戴控温织物及其制备方法。柔性可穿戴控温织物主要包括聚酰亚胺隔热基底、多对微型半导体 PN节、导热纤维面料层、柔性散热层、柔性电路、控制芯片及供电电源，微型半导体PN节以串联或并联阵列化的方式和控制芯片通过柔性电路连接并封装在聚酰亚胺隔热基底中，并与供电电源连接，微型半导体PN节的热端贴合在柔性散热层上，微型半导体PN节的冷端贴合在导热纤维面料层上并贴装导热方块。本发明可以达到快速降温的效果，配备供电电源可满足长时间工作及出行的降温需要，且利用微型半导体PN节体积小、接触面小且制冷功率密度大的特点，既保证了柔性的特点，又满足高制冷效果。
权利要求	1.一种柔性可穿戴控温织物，其特征在于，包括微型半导体PN节、柔性电路、控制芯片、供电电源、柔性散热层、聚酰亚胺隔热基底、导热纤维面料层、导热方块，具体结构如下：微型半导体PN节在平面内呈阵列化排布形成微型半导体PN节阵列，微型半导体PN节阵列通过柔性电路与控制芯片串联或并联，微型半导体PN节阵列及控制芯片与供电电源通过导线连接；微型半导体PN节阵列及连接微型半导体PN节的柔性电路，封装于上下相对平行设置的两层聚酰亚胺隔热基底之间；两层聚酰亚胺隔热基底分别对应微型半导体PN节阵列的冷面和热面，与微型半导体PN节阵列冷面对应的聚酰亚胺隔热基底外侧贴合导热纤维面料层的一面，在导热纤维面料层的另一面贴装阵列化排布的导热方块；与微型半导体PN节阵列热面对应的聚酰亚胺隔热基底外侧贴合柔性散热层。 2.根据权利要求1所述的柔性可穿戴控温织物，其特征在于，每对微型半导体PN节的长、宽、高尺寸范围为100微米～500微米。 3.根据权利要求1所述的柔性可穿戴控温织物，其特征在于，柔性电路是用化学蚀刻的方式将柔性覆铜箔处理得到线路走型不同单面、双面或多层结构的柔性线路板。 4.根据权利要求1所述的柔性可穿戴控温织物，其特征在于，供电电源为充电锂电池。 5.根据权利要求1所述的柔性可穿戴控温织物，其特征在于，聚酰亚胺隔热基底为以聚酰亚胺薄膜为基材，单面涂布有机硅压敏胶层，有机硅压敏胶层位于聚酰亚胺薄膜的外侧，聚酰亚胺隔热基底的厚度为毫米级。 6.根据权利要求5所述的柔性可穿戴控温织物，其特征在于，聚酰亚胺隔热基底的内侧按照微型半导体PN节排布刻蚀出阵列孔洞，微型半导体PN一一嵌入阵列孔洞中。 7.根据权利要求1所述的柔性可穿戴控温织物，其特征在于，柔性散热层、导热纤维面料层为银纤维面料层。 8.根据权利要求1所述的柔性可穿戴控温织物，其特征在于，导热方块为泡沫金属块，导热方块与微型半导体PN节一一对应，导热方块的长、宽尺寸与对应的微型半导体PN节相当，导热方块的厚度为毫米级。 9.一种权利要求1至8之一所述的柔性可穿戴控温织物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (S1)多对微型半导体PN节以串联或并联阵列化的方式与控制芯片通过柔性电路连接； (S2)将微型半导体PN节阵列及控制芯片与供电电源连接； (S3)将微型半导体PN节阵列及连接微型半导体PN节的柔性电路封装在两层聚酰亚胺隔热基底之间； (S4)将聚酰亚胺隔热基底的冷面贴合导热纤维面料层的一面，并在导热纤维面料层的另一面贴装阵列化排布的导热方块； (S5)将聚酰亚胺隔热基底的热面贴合柔性散热层。
说明书全文	一种柔性可穿戴控温织物及其制备方法技术领域 [0001] 本发明涉及制冷器件及生活用品领域，具体涉及一种柔性可穿戴控温织物及其制备方法。背景技术 [0002] 热电能量直接转换的第一个物理效应‑泽贝克效应(Seebeck effect)与1821年被发现，这是一个由温差产生热电势的温差发电效应。此后经过30余年，佩尔捷效应和汤姆逊效应先后被发现，三者构成了描述热电能量直接转换物理效应的完整体系。汤姆逊基于热力学理论建立了三种热电效应间的关联性，构筑了热电能量相互转换的热力学基础理论。然而，知道20世纪50年代，热电发电与制冷技术才开始获得实际应用，主要是受限于人们一直没有找到高性能热电材料。20世纪50年代，得益于半导体理论的建立及其在热电材料开发中的成功应用，半导体热电材料的性能获得较大幅度提升，Bi2Te3、PbTe、SiGe等多种体系的无量纲热电优值ZT达到或者接近1.0。此后的半个多世纪，热电转换技术再空间电源、局域制冷等技术领域一直发挥着不可替代的作用。 [0003] 半导体热电制冷技术是利用半导体材料的珀耳帖效应(Peltier效应)实现制冷或加热的‑种能量转换技术，广泛应用于光电子、电子工业、生物医疗、消费类家电等领域。热电制冷技术的核心部件为热电制冷器件(TEC)，也称作热电制冷器或热电制冷器件。热电制冷器件通常若干对p、n型半导体热电偶串联而成。当接上直流电源后，热电制冷器件的一端会温度降低，另一端温度会同时升高。借助热交换器等各种传热手段，使制冷器件的热端不断散热，则器件的冷端将不断从工作环境吸收热量。值得注意的是，此现象是完全可逆的，只要改变电流方向，就可以使热量向相反的方向转移。因此，在一个热电制冷器件上可同时实现制冷和加热两种功能。 [0004] 可穿戴设备就是指可以穿戴在身上的设备或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，可穿戴设备将会对我们的生活、感知带来很大的转变；近年来全球可穿戴设备出货量为3.1亿台，比之前增长16.7％，市场规模庞大。而随着消费升级及AI、VR、AR等技术的逐渐普及，可穿戴设备已从过去的单一功能迈向多功能，同时具有更加便携、实用等特点。智能可穿戴设备在医疗保健、导航、社交网络、商务和媒体等许多领域有众多可开发应用，并能通过不同场景的应用给未来生活带来改变。发明内容 [0005] 本发明的目的是提供一种柔性可穿戴控温织物及其制备方法，解决现有技术中在不同场景、不同环境下难以实现调节体感温度的问题，可以适应不同场景、不同环境的工作、出行等使用需求。 [0006] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下： [0007] 一种柔性可穿戴控温织物，包括微型半导体PN节、柔性电路、控制芯片、供电电源、柔性散热层、聚酰亚胺隔热基底、导热纤维面料层、导热方块，具体结构如下： [0008] 微型半导体PN节在平面内呈阵列化排布形成微型半导体PN节阵列，微型半导体PN节阵列通过柔性电路与控制芯片串联或并联，微型半导体PN节阵列及控制芯片与供电电源通过导线连接； [0009] 微型半导体PN节阵列及连接微型半导体PN节的柔性电路，封装于上下相对平行设置的两层聚酰亚胺隔热基底之间； [0010] 两层聚酰亚胺隔热基底分别对应微型半导体PN节阵列的冷面和热面，与微型半导体PN节阵列冷面对应的聚酰亚胺隔热基底外侧贴合导热纤维面料层的一面，在导热纤维面料层的另一面贴装阵列化排布的导热方块；与微型半导体PN节阵列热面对应的聚酰亚胺隔热基底外侧贴合柔性散热层。 [0011] 所述的柔性可穿戴控温织物，每对微型半导体PN节的长、宽、高尺寸范围为100微米～500微米。 [0012] 所述的柔性可穿戴控温织物，柔性电路是用化学蚀刻的方式将柔性覆铜箔处理得到线路走型不同单面、双面或多层结构的柔性线路板。 [0013] 所述的柔性可穿戴控温织物，供电电源为充电锂电池。 [0014] 所述的柔性可穿戴控温织物，聚酰亚胺隔热基底为以聚酰亚胺薄膜为基材，单面涂布有机硅压敏胶层，有机硅压敏胶层位于聚酰亚胺薄膜的外侧，聚酰亚胺隔热基底的厚度为毫米级。 [0015] 所述的柔性可穿戴控温织物，聚酰亚胺隔热基底的内侧按照微型半导体PN节排布刻蚀出阵列孔洞，微型半导体PN一一嵌入阵列孔洞中。 [0016] 所述的柔性可穿戴控温织物，柔性散热层、导热纤维面料层为银纤维面料层。 [0017] 所述的柔性可穿戴控温织物，导热方块为泡沫金属块，导热方块与微型半导体PN节一一对应，导热方块的长、宽尺寸与对应的微型半导体PN节相当，导热方块的厚度为毫米级。 [0018] 所述的柔性可穿戴控温织物的制备方法，包括如下步骤： [0019] (S1)多对微型半导体PN节以串联或并联阵列化的方式与控制芯片通过柔性电路连接； [0020] (S2)将微型半导体PN节阵列及控制芯片与供电电源连接； [0021] (S3)将微型半导体PN节阵列及连接微型半导体PN节的柔性电路封装在两层聚酰亚胺隔热基底之间； [0022] (S4)将聚酰亚胺隔热基底的冷面贴合导热纤维面料层的一面，并在导热纤维面料层的另一面贴装阵列化排布的导热方块； [0023] (S5)将聚酰亚胺隔热基底的热面贴合柔性散热层。 [0024] 本发明设计思路如下： [0025] 本发明柔性可穿戴控温织物主要包括聚酰亚胺隔热基底、多对微型半导体PN节、导热纤维面料层、柔性散热层、柔性电路、控制芯片及供电电源，微型半导体PN节以串联或并联阵列化的方式和控制芯片通过柔性电路连接并封装在聚酰亚胺隔热基底中，并与供电电源连接，微型半导体PN节的热端贴合在柔性散热层上，微型半导体PN节的冷端贴合在导热纤维面料层上并贴装导热方块。采用微型半导体PN节串联或者并联连接可以达到区域快速降温的效果，配备供电电源可满足长时间工作及出行的降温需要，且利用微型半导体PN节体积小、接触面小且制冷功率密度大的特点，既保证了柔性的特点，又满足高制冷效果。 [0026] 本发明的优点及有益效果如下： [0027] 1、本发明柔性可穿戴控温织物利用半导体PN节通电制冷的特性，达到快速降温的目的，且可以针对人体所需制冷区域进行合理的阵列排布。 [0028] 2、本发明柔性可穿戴控温织物导热方块及导热材料贴合人体，多层结构紧凑，轻薄无负担。 [0029] 3、本发明柔性可穿戴控温织物配备便携充电锂电池，既保证了日常需要、续航时间长，又可以重复利用，环保无污染。附图说明 [0030] 图1是本发明的柔性可穿戴控温织物微型半导体PN节与电路连接示意图。 [0031] 图2是本发明的柔性可穿戴控温织物多层结构示意图。 [0032] 图中标号名称：1、微型半导体PN节；2、柔性电路；3、控制芯片；4、供电电源；5、柔性散热层；6、聚酰亚胺隔热基底；7、导热纤维面料层；8、导热方块。具体实施方式 [0033] 在具体实施过程中，如图1‑图2所示，本发明提供一种柔性可穿戴控温织物的制备方法，具体流程如下： [0034] (S1)多对微型半导体PN节1以串联或并联阵列化的方式与控制芯片3通过柔性电路2连接； [0035] (S2)将微型半导体PN节阵列及控制芯片3与供电电源4连接； [0036] (S3)将微型半导体PN节阵列及连接微型半导体PN节1的柔性电路2封装在两层聚酰亚胺隔热基底6之间； [0037] (S4)将聚酰亚胺隔热基底6的冷面贴合导热纤维面料层7的一面，并在导热纤维面料层7的另一面贴装阵列化排布的导热方块8； [0038] (S5)将聚酰亚胺隔热基底6的热面贴合柔性散热层5。 [0039] 如图1‑图2所示，本发明的柔性可穿戴控温织物，主要包括微型半导体PN节1、柔性电路2、控制芯片3、供电电源4、柔性散热层5、聚酰亚胺隔热基底6、导热纤维面料层7、导热方块8，具体结构如下： [0040] 微型半导体PN节1在平面内呈阵列化排布形成微型半导体PN节阵列，微型半导体PN节阵列通过柔性电路2与控制芯片3串联或并联，微型半导体PN节阵列及控制芯片3与供电电源4通过导线连接； [0041] 微型半导体PN节阵列及连接微型半导体PN节1的柔性电路2，封装于上下相对平行设置的两层聚酰亚胺隔热基底6之间； [0042] 两层聚酰亚胺隔热基底6分别对应微型半导体PN节阵列的冷面和热面，与微型半导体PN节阵列冷面对应的聚酰亚胺隔热基底6外侧贴合导热纤维面料层7的一面，在导热纤维面料层7的另一面贴装阵列化排布的导热方块8；与微型半导体PN节阵列热面对应的聚酰亚胺隔热基底6外侧贴合柔性散热层5。 [0043] 以下通过实施例进一步解释或说明本发明内容。 [0044] 实施例1 [0045] 本实施例中，一种柔性可穿戴控温织物的制备方法，包括以下步骤： [0046] 1)100个尺寸为0.3×0.3×0.4mm的微型半导体PN节以10×10阵列10个为一组串联，10组再并联的的方式与控制芯片通过柔性电路连接； [0047] 其中，柔性电路是用化学蚀刻的方式将柔性覆铜箔处理得到线路走型不同单面、双面或多层结构的柔性线路板；控制芯片包括模数转换模块、微控制单元、稳压模块等组成，如：SLM8833、SLM8834、SLM8835、MAX1968。 [0048] 2)将连接好的微型半导体PN节阵列及控制芯片与9V、5000mAh充电锂电池连接； [0049] 3)将微型半导体PN节阵列及连接微型半导体PN节的柔性电路封装在两层厚度1mm的聚酰亚胺隔热基底之间； [0050] 其中，聚酰亚胺隔热基底为以聚酰亚胺薄膜为基材，单面涂布高性能有机硅压敏胶层，有机硅压敏胶层位于聚酰亚胺薄膜的外侧；将聚酰亚胺隔热基底的内侧按照微型半导体PN节排布刻蚀出阵列孔洞，将微型半导体PN嵌入阵列孔洞中； [0051] 4)将聚酰亚胺隔热基底冷面贴合导热纤维面料层(如：银纤维面料)上，并贴装与微型半导体PN节一一对应的10×10阵列导热方块； [0052] 其中，导热方块为泡沫金属(如：泡沫铝)，长宽尺寸与对应的微型半导体PN节相当，厚度为2mm； [0053] 5)将聚酰亚胺隔热基底热面贴合柔性散热层(如：银纤维面料)。 [0054] 实施结果表明，本发明柔性可穿戴控温织物不仅解决在室外调节体感温度的作用，还保证柔性的特点、提高佩戴的舒适度，具有结构紧凑、贴合人体表面，快速降温、轻薄无负担、续航时间长等优点。 [0055] 以上对本发明所提供的一种柔性可穿戴控温织物及其制备方法进行详细介绍。本文中应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

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