[发明专利]一种无机热电材料基柔性热电转换器件

说明书

本发明涉及一种无机热电材料基柔性热电转换器件，热电转换器件包括：以无机热电材料为热电偶，柔性金属线为热电偶之间的连接导线，弹性高分子材料为热电偶基底。本发明通过柔性基底、柔性可拉伸电极和热电材料的有效结合，实现柔性可弯曲的热电器件，在小型发电器、医疗器械、可穿戴触电子设备甚至汽车、建筑等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于热电转换器件领域，特别涉及一种无机热电材料基柔性热电转换器件。

背景技术

热电发电是利用热电半导体材料的塞贝克效应，将热能转化为电能。柔性热电转换器件具有无移动部件、无噪音、无污染、结构简单等优点。同时，由于人体的体温恒定且体表与外界环境间具有一定的温差，因此，可以直接利用这部分热量进行发电，实现持续供能温差发电。同时还能利用热电转换器件进行制冷，作为空调服装或智能家居的重要功能器件。

传统的热电转换器件外侧覆盖刚性绝缘陶瓷板，穿戴在人体时，陶瓷板与皮肤的间隙会增大热阻，降低温差发电器的输出性能，且舒适性低。而柔性可拉伸热电转换器件可以贴合曲率半径不同的皮肤表面，舒适性高且具有减振缓压的作用，更适合穿戴式电子器件的供能应用场合。

现有的微型柔性可拉伸热电转换器件分为有机材料型热电转换器和无机材料型热电转换器。有机材料型热电转换器的输出功率比较低，不能满足普遍小型电子器件的要求。而现有的无机材料型热电转换器通常是在柔性的基底上直接加工微型热电臂，再通过溅射(CN203967136U、CN104701449B)、镀膜(CN206271760U)等MEMS工艺、柔性电路板(CN107046092A)、金属导电铜片(CN105406769A)、紫铜网(CN104766922A)等制作连接导线，这类热电转换构件的厚度较小，可以在人体表面实现可弯曲的要求，但是由于人体活动范围大且具有灵活性，这就需要穿戴式温差发电构件具有更小的尺寸和更好的拉伸性，而现有的微型柔性热电转换器件的输出功率密度比较小，可使用范围狭窄，虽然能够满足弯曲性，但在拉伸性方面由于电极材料的选择而受到很大的限制。而且现有的柔性基底材料多为聚酰亚胺(CN104701449B)、聚二甲基硅氧烷(CN105406769A)等高分子材料，此类材料的导热系数为空气导热系数的5-6倍，这极大影响了热电器件的输出功率和制冷效率。若能降低材料的导热系数，则能明显提高热电转换器的输出功率和制冷效率。因此开发一种柔性可拉伸的高输出功率密度热电转换器件，对其在智能家居和智能服装上的应用尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无机热电材料基柔性热电转换器件，可以实现柔性可弯曲的热电器件，在小型发电器、运动健康及医疗器械、智能家居、可穿戴触电子设备甚至汽车、建筑等领域具有广阔的应用前景。

本发明的一种无机热电材料基柔性热电转换器件，所述热电转换器件包括：以无机热电材料作为热电偶，柔性金属线作为热电偶之间的连接导线，弹性高分子材料作为热电偶的基底。

所述无机热电材料为Bi₂Te₃及Bi₂Te₃为基的固溶体合金材料、PbTe为基的固溶体合金材料、Bi-Sb为基的固溶体合金材料、SiGe合金材料或AgSbTe₂合金材料等。

所述无机热电材料P型与N型块体的间距为0.1～3.0mm。

所述无机热电材料尺寸可通过计算得到最佳结构几何尺寸，从而使热电转换器件获得最大的输出功率和转换效率。

所述无机热电材料P型、N型之间的间距可通过计算得到最佳间距，从而使热电转换器件获得最大的输出功率和转换效率。

所述柔性金属线为导电性优良的银线、铜线、金线等金属线。

所述柔性金属线的直径为0.05～0.3mm；柔性金属线的形状为普通弹簧状、蛇形弹簧状或弯曲形弹簧状。