[发明专利]以铁电转换将热转换为电能的设备及方法

权利要求书

1.一种将热转换成电能的设备，包含：

(a)一铁电层，该层具有一第一表面和一反面的第二表面，其中该铁电层包含一铁电材料，该材料的特征在于具有一相转换温度，如此当该材料处于一铁电相时该铁电层的单位晶胞内会建立起自发极化，且该铁电层经过极化后会出现一整体净自发极化；如此随着该铁电层的温度变化通过该相转换温度，该材料会进入一顺电相或反铁电相，其中该铁电层具有可忽略不计的或并无整体净自发极化；

(b)一对电极，其分别形成于该铁电层的该第一表面与该第二表面上，其中该对电极由一导热与导电材料所形成；

(c)与该铁电层呈关连设置且用以透过对流、传导或辐射等方式交替地自该铁电层中移除热及将热输入该铁电层中的装置，如此以交替地以低于该相转换温度的一第一温度T_L冷却该铁电层，并且交替以高于该相转换温度的一第二温度T_H加热该铁电层，如此该铁电层的铁电材料会在(1)该铁电相与(2)该顺电相或反铁电相之间进行交替转换；以及

(d)与该铁电层及该对电极呈关连设置来施加一DC电压与一结果电场的装置，其在转换至该铁电相期间极化该铁电层，否则，不会有外部电场施加至该铁电层，

其中该铁电层、该对电极以及该传递装置都设置来使得该铁电层的铁电材料处于该铁电相时会分别在该对电极上产生电性相反的屏蔽电荷，且当该铁电层的铁电材料转换进入该顺电相或反铁电相时该对电极上所产生的该电性相反的屏蔽电荷会从该对电极处放电形成电能。

2.一种将热转换成电能的设备，包含：

(a)一铁电层，该层具有一第一表面和一反面的第二表面，其中该铁电层由一铁电材料形成，其特征在于具有一居里温度T_c，如此当该铁电材料的温度低于该居里温度T_c时，该铁电材料会处于一铁电相，在该铁电相中该铁电材料的单位晶胞内会建立起自发极化，且该铁电层在极化时会产生一整体净自发极化；且该铁电材料的温度高于该居里温度T_c时该铁电材料的单位晶胞内并未建立起自发极化；

(b)一对电极，分别形成于该铁电层的该第一表面与该第二表面上，其中该电极由一导热与导电材料所形成；以及

(c)与该铁电层关连设置以用来交替地传递一冷流体和一热流体通过该铁电层的该第一表面与该第二表面的装置，其以低于该居里温度T_C的一第一温度T_L交替冷却该铁电层，并且以高于该居里温度T_C的一第二温度T_H加热该铁电层，如此该铁电层的铁电材料藉此温度循环在该铁电相与该顺电相之间进行交替转换，

其中该铁电层、该对电极以及该传递装置都设置成在该铁电层的铁电材料位于该铁电相时分别在该对电极上产生电性相反的屏蔽电荷，且当该铁电层的铁电材料转换进入该顺电相时，该对电极上所产生的该电性相反的屏蔽电荷会从该对电极处放电形成电能。

3.根据权利要求2所述的设备，更包含一对电性连接至该对电极的电导线，如此当该铁电层的铁电材料处在该铁电相或正在转换成该铁电相时一DC电压会施加在该对电导线之间以极化该铁电材料的单位晶胞中的该自发极化，如此在该对电极上会分别产生该电性相反的屏蔽电荷；且当该铁电层的铁电材料正处在该顺电相或正在转换进入该顺电相时，对应该所产生电性相反的屏蔽电荷的电能会以一远高于该所施加极化用DC电压的电压输出至该对电导线。

4.根据权利要求2所述的设备，其中该传递装置包含一或多个与一热源和一散热片流体连通的热交换器以分别用于将来自该热源的热输入该铁电层如此以该第二温度T_H加热该铁电层，以及从该铁电层中抽出该热至该散热片如此以该第一温度T_L冷却该铁电层。