[發明專利]一種p/n型熱電薄膜及其制備方法、可穿戴熱電發電機、應用

在審

• 申請號: 202111661356.6
• 申請日: 2021-12-30
• 公開（公告）號: CN114335314A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 劉建偉;李新林;陳誠
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32;H01L35/02;H01L35/34
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種p/n型熱電薄膜材料，包括基體和復合在所述基體上的熱電薄膜；所述熱電薄膜具有p型材料和n型材料交替間隔設置的結構；所述p型材料和n型材料之間通過導電材料相連接。該p/n型熱電薄膜能夠彎曲成上下起伏的波浪結構，固定在柔性光熱基底上，得到具有三維波浪結構的可穿戴熱電發電機，成功解決了最大熱阻和熱流方向不匹配的問題，相同溫度下具有更大的溫差。同時，柔性基底使熱電發電機可以貼在復雜的人體皮膚表面，利用人體皮膚和環境溫差持續發電；而且冷端還可以加輻射冷卻膜，應對夏天發電機熱端和冷端溫差較小的問題，使得可穿戴熱電發電機可適用于炎熱、寒冷天氣下的戶外運動，更加合理的利用光熱效應和輻射冷卻。

技術領域

本發明涉及可穿戴熱電發電機技術領域，涉及一種p/n型熱電薄膜及其制備方法、熱電發電機、應用，尤其涉及一種p/n型熱電薄膜及其制備方法、新型可穿戴熱電發電機、應用。

背景技術

基于Seebeck效應的熱電發電機作為一種安全環保的可再生能源的轉換技術，一直被各界所關注和研究。英國《自然-通訊》(Nature Communications，2017年，第8期)報道了一種利用單層碳納米管制備的熱電發電機。英國《自然-通訊》(Nature Communications，2019年，第10期)報道了一種利用硒化銀制備的熱電發電機。《能源與環境科學》(EnergyEnvironmental Science，2016年，9卷,1696～1705頁)報道了一種利用過渡金屬硫化物制備的熱電發電機。上述報道的熱電發電機都具有良好的輸出功率。

但是大部分報道的熱電發電機仍然存在溫度梯度低，造成能量利用率較低的問題；而且硬質熱電發電機難以彎曲，很難應用于復雜的人體皮膚，利用人體表面與環境溫差進行發電；同時，普通的可穿戴熱電發電機不適合極端天氣下的戶外運動，例如，夏天，熱電發電機冷熱兩端的溫度差不夠大，且容易被曬傷；冬天，露出的皮膚容易被凍傷。

因此，如何得到一種具有更好的綜合性能的熱電發電機，進一步拓寬其應用的深度和廣度，已成為領域內諸多具有前瞻性的研究人員廣泛關注的焦點之一。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種p/n型熱電薄膜及其制備方法、熱電發電機、應用，尤其涉及一種p/n型熱電薄膜及可穿戴熱電發電機。本發明提供的可穿戴熱電發電機，具有三維的波浪結構，成功解決了最大熱阻和熱流方向不匹配的問題，相同溫度下具有更大的溫差。同時，柔性基底使熱電發電機可以貼在復雜的人體皮膚表面，利用人體皮膚和環境溫差持續發電。合理的利用光熱效應和輻射冷卻，使本發明提供的可穿戴熱電發電機可適用于炎熱、寒冷天氣下的戶外運動。

本發明提供了一種p/n型熱電薄膜材料，包括基體和復合在所述基體上的熱電薄膜；

所述熱電薄膜具有p型材料和n型材料交替間隔設置的結構；

所述p型材料和n型材料之間通過導電材料相連接。

優選的，所述p/n型熱電薄膜為柔性p/n型熱電薄膜；

所述基體包括柔性基體；

所述熱電薄膜具有一個或多個p/n交替間隔的熱電對；

所述p/n型熱電薄膜為具有波浪結構的p/n型熱電薄膜；

所述波浪的一面為p型材料，另一面為n型材料；

所述p/n型熱電薄膜包括條狀p/n型熱電薄膜；

所述間隔的間距為1～5mm；

所述導電材料包括銀膠、銀納米線、液態金屬、石墨烯、碳納米管和銅納米線中的一種或多種。

優選的，所述p型材料p型半導體熱電材料；

所述n型材料包括n型半導體熱電材料；

所述p型材料的材質為p型納米線；