[发明专利]一种基于编织P-N型结构的柔性热电纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于编织P‑N型结构的柔性热电纤维及其制备方法，柔性热电纤维所述包括纺织纤维，所述纺织纤维呈正弦结构，所述正弦结构的波峰或波谷均包括P型热电区域和N型热电区域，所述P型热电区域和N型热电区域的交界处设置有导电区域，且导电区域位于正弦结构的波峰和波谷的端点处，即导电区域位于波峰的顶点处，位于波谷的最低点处。本发明制备柔性热电纤维的制备方法简单、成本低，易于大规模生产；将热电结构和编织结构结合在一起，具有良好的柔性、透气性和耐久性，具有更加广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及柔性热电传感器件领域，具体涉及一种基于编织P-N型结构的柔性热电纤维及其制备方法。

背景技术

随着智能化时代的到来，材料科学和微纳米技术的结合引发了纺织工业的一场革命，柔性可穿戴设备大量涌现，无论是用于人体本身增强对现实世界的感知能力还是用于机器实现人体感知环境的能力，都对目前的穿戴设备提出了很多新的要求。

热电效应是利用材料内部载流子的运动实现热能和电能之间的相互转换，利用热电效应可以实现检测人体体表温度产生的能量强度，可以作为热电传感器。传统的热电器件例如热电偶具有不易携带，无柔性、价格昂贵等缺点。

织物具备优良的柔性、透气性和耐久性等特点，并且无需刻意携带，PEDOT:PSS已被证实是一种性能优异的柔性热电材料，专利CN202010176233.2提出了一种有机/无机复合热电纤维，采用湿法纺丝的方法，以PEDOT:PSS、Te NWs、聚乙二醇为纺丝液，以异丙醇为凝固浴，用注射泵匀速将纺丝液挤出到凝固浴中，浸泡得到初生纤维，再将初生纤维密封于装有乙二醇的水热釜中，进行加热处理，冷却后得到热电纤维。但是上述热电纤维制备方法所需要的生产流程较为复杂，所需的装置价格相对昂贵。

因此，如何通过更简单的方法得到高性能柔性PEDOT:PSS热电纤维并通过特殊的结构和织物结合起来仍是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于编织P-N型结构的柔性热电纤维，该柔性热电纤维为包括P型热电区域、导电区域和N型热电区域的正弦结构，能够将热电结构和编织结构结合在一起，不仅能够实现热电功能，且兼具编织结构的柔性和透气性。

此外，本发明还提供上述柔性热电纤维的制备方法，该方法操作简单且成本低，具有广泛应用前景。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于编织P-N型结构的柔性热电纤维，包括纺织纤维，所述纺织纤维呈正弦结构，所述正弦结构的波峰或波谷均包括P型热电区域和N型热电区域，所述P型热电区域和N型热电区域的交界处设置有导电区域，且导电区域位于正弦结构的波峰和波谷的端点处，即导电区域位于波峰的顶点处，位于波谷的最低点处。

本发明中每组P型热电区域、导电区域和N型热电区域构成一个P-N型结构，使用时，正弦结构的波峰和波谷分别置于冷侧或热侧，所述冷侧和热侧分别是指穿戴式远离皮肤一侧或靠近皮肤一侧，即P型热电区域的两端分为位于冷侧或热侧，所述N型热电区域的两端分为位于冷侧或热侧，且热电纤维与冷热两端接触区域为导电区域。采用正弦结构才能实现P型热电区域的两端分别位于冷侧或热侧，才能实现述N型热电区域的两端分为位于冷侧或热侧。

本发明的工作原理如下：

在人体穿戴上基于纺织P-N型结构的柔性热电纤维所制备而成的织物时，靠近皮肤一侧可作为热侧，暴露在环境一侧可作为冷侧，P型热电区域和N型热电区域两端均形成温差，由于热电效应，此时P型热电区域中的多数载流子从热侧向冷侧运动，N型热电区域中的多数载流子从冷侧向热侧运动，此时就可以从热电纤维两端检测到电势差，不同的温差下产生的电势差不同，从而实现温度传感功能。