[實用新型]一種柔性溫差發電微單元結構

有效

• 申請號: 201320125161.4
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN203119810U
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 史堯光;梅德慶;姚喆赫;陳子辰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;H01L35/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本實用新型涉及一種溫差發電結構，尤其涉及一種柔性溫差發電微單元結構。?

背景技術

體內植入式醫療裝置應用越來越廣泛，例如心臟起搏器、除顫器、人工括約肌、植入式藥物泵等，能夠代替或提高器官的功能或者治療某種疾病。為植入式醫療裝置提供持久穩定的供能是當今世界一個研究熱點和難題。現有供能方式主要依靠鋰電池供電，其有效工作時間為通常不超過五年，更換電池需要外科手術，給患者帶來身體上的痛苦。而可充電的二次鋰電池需要外界電磁耦合、紅外線輻射等充電，給患者帶來很多不便。

此外還有一些新型的供能方式，例如核電池、生物燃料電池、外界電磁耦合供能、溫差發電等。核電池工作壽命可以超過十年，但一般體積較大，而且對人體具有毒性和輻射危險；生物燃料電池利用酶或者微生物作為催化劑，將葡萄糖等生物燃料的化學能轉換成電能，但是供電壽命一般只有幾天；通過體外電磁感應的方式供電在體外需要攜帶額外的裝置，將會增加患者行動的負擔。

溫差發電利用熱電半導體的塞貝克效應，可將熱能轉化為電能。由于溫差發電器件具有無移動部件、無噪音、無污染、結構簡單、易于小型化等優點，同時，由于正常人體的體溫恒定且體內與體表間具有較小的溫差，而溫差發電對溫差的下限沒有要求，因此，可以直接利用人體存在的溫差進行發電。

現有的微型柔性溫差發電構件通常是在塊體的微型熱電材料間采用柔性連接，這類溫差發電構件的總體體積小型化程度和柔性都比較有限，不適合植入人體作為供能電源，因為人體內環境存在許多曲面而且人體活動具有靈活性，就需要體內植入式溫差發電構件具有更小的尺寸和更好的柔性；還有一些研究者將熱電半導體材料漿液通過MEMS方法加工在柔性基底結構上，由于室溫下碲化鉍材料的熱電優值較高，因此，采用碲化鉍及其合金可以提高溫差發電裝置的發電功率。但是，碲化鉍（BiTe）材料力學性能較差，該材料的結構為-Te-Bi-Te-Te-Bi-Te-層狀結構，在Ti-Ti之間為范德瓦爾斯鍵，材料較脆，碲化鉍材料在受到壓力時Te-Te層易產生滑移，會導致斷裂變形，這樣直接加工在柔性基底上的碲化鉍及其合金材料容易斷裂，使溫差發電單元失效。因此，開發一種能夠減小沖擊，柔性較好的溫差發電微單元結構是十分必要的。

發明內容

本實用新型的目的在于提供能夠適應曲面、工藝簡單、熱電轉換效率高、可靠性高、可加工成多種溫差發電器的一種柔性溫差發電微單元結構。

本實用新型的基本原理是：

根據塞貝克效應，P型及N型薄膜熱電臂的溫度差會在兩端產生電壓差，由于單個熱電偶產生的電壓很低，因此，可采用“熱路并聯，電路串聯”的方式，將P型和N型薄膜熱電臂組成的熱電偶設計并布置形成單排或多排陣列型的熱電模塊從而提高輸出電壓值。

室溫下碲化鉍材料的熱電優值較高，采用碲化鉍及其合金可以提高溫差發電裝置的發電功率。但是，由于碲化鉍（BiTe）材料力學性能較差，該材料的結構為-Te-Bi-Te-Te-Bi-Te-層狀結構，在Ti-Ti之間為范德瓦爾斯鍵，容易斷裂，所以碲化鉍材料在受到壓力時Te-Te層易產生滑移，導致斷裂變形。使得直接加工在柔性基底上的碲化鉍材料容易斷裂引起溫差發電單元失效。所以，若在聚酰亞胺基底上附加一層絕緣硬質薄膜，可以提高剛度、保持熱電材料的原有形狀結構，從而避免熱電材料斷裂引起溫差發電單元失效。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

本實用新型在聚酰亞胺基底上表面沉積一層等間距分布的多個絕緣硬質薄膜，在每個絕緣硬質薄膜上面的兩側分別有相互平行且長度與厚度相等的一條P型薄膜熱電臂和一條N型薄膜熱電臂，每對P型薄膜熱電臂和N型薄膜熱電臂的一端用導電銀膠導線，P型薄膜熱電臂的另一端與相鄰上一條的N型薄膜熱電臂的另一端用導電銀膠導線連接，N型薄膜熱電臂的另一端與相鄰下一條的P型薄膜熱電臂的另一端用導電銀膠導線連接，以相同連接方式依次構成柔性溫差發電微單元結構。

所述的絕緣硬質薄膜的材料為氮化硅或類金剛石。

所述的薄膜熱電臂的材料為摻雜的碲化鉍。

本實用新型具有的有益效果是：

采用聚酰亞胺基底和導電銀膠導線使溫差發電單元結構具有柔性，可在多個方向變形，當溫差發電單元發生結構變形時，絕緣硬質薄膜可避免延展性差的碲化鉍熱電材料發生斷裂，避免溫差發電單元的失效。該發明主要針對體內植入式醫療微裝置的供能，具有推廣應用價值。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是圖1的左視圖。

圖3是本實用新型卷曲封裝的柔性溫差發電裝置示意圖。