可穿戴式熱電元件解決方案

　
   
        可穿戴式熱電元件基本含義:

　　將兩塊不同的金屬(如銅和鐵)靠在一起時(shí)，由于兩金屬中自由電子濃度的不同，使得電子從一金屬向另一金屬擴散轉移，電子轉移量與金屬所處的溫度有關(guān)。如果將兩塊金屬處于同一溫度，那么電子轉移會(huì )達到一種平衡，這種平衡使得兩金屬的接觸界面上產(chǎn)生一個(gè)電勢差，稱(chēng)為接觸電勢。溫度不同，接觸電勢也不同，根據接觸電勢的大小，可以測量觸點(diǎn)所處的溫度，這種裝置稱(chēng)為熱電偶。如果將兩個(gè)類(lèi)似于熱電偶的金屬接觸面置于不同的溫度下，并用導線(xiàn)將它們連接起來(lái)形成閉合回路，那么，在導線(xiàn)中將會(huì )產(chǎn)生不間斷的電流，這就是最簡(jiǎn)單的溫差發(fā)電。

 

　　可穿戴式熱電元件內容:

　　韓國科學(xué)技術(shù)院(KAIST)電氣電子工程系趙秉鎮(音)教授研究團隊日前表示，已開(kāi)發(fā)出像衣服一樣可穿著(zhù)，并利用體溫為手機和穿戴式電子設備提供充足電力的“可穿戴式熱電元件”。

　　熱電元件是指將熱能量轉化為電子能量的半導體元件,這是利用連接兩種金屬時(shí)，如果一邊高溫一邊低溫，就會(huì )在兩個(gè)電路之間產(chǎn)生電流的現象的元件,一般都是由碲化鉍(Bi2Te3)和碲化銻(Sb2Te3)等熱電物質(zhì)制作。

　　若將這種熱電元件穿在身上，就會(huì )根據外部氣溫和體溫的差異產(chǎn)生電流。但現有產(chǎn)品使用陶瓷類(lèi)基板，又硬又重。最近開(kāi)發(fā)出部分使用柔軟有機材料的元件，但能源效率與現有元件相比只有百分之一左右。

　　熱電效應：

　　所謂的熱電效應，是當受熱物體中的電子(空穴)，由高溫區往低溫區移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生電流或電荷堆積的一種現象。而這個(gè)效應的大小，則是用稱(chēng)為thermopower(Q)的參數來(lái)測量，其定義為Q=E/-dT(E為因電荷堆積產(chǎn)生的電場(chǎng)，dT則是溫度梯度)。三個(gè)基本熱電效應。

　　塞貝克(Seeback)效應，珀爾貼(Peltier)效應，湯姆遜效應。

　　塞貝克(Seeback)效應：

　　塞貝克(Seeback)效應，又稱(chēng)作第一熱電效應，它是指由于兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現象。在兩種金屬A和B組成的回路中，如果使兩個(gè)接觸點(diǎn)的溫度不同，則在回路中將出現電流，稱(chēng)為熱電流。 塞貝克效應的實(shí)質(zhì)在于兩種金屬接觸時(shí)會(huì )產(chǎn)生接觸電勢差，該電勢差取決于金屬的電子逸出功和有效電子密度這兩個(gè)基本因素。半導體的溫差電動(dòng)勢較大，可用作溫差發(fā)電器。

　　珀爾貼(Peltier)效應：

　　珀爾貼(Peltier)效應，又稱(chēng)為第二熱電效應，是指當電流通過(guò)A 、B兩種金屬組成的接觸點(diǎn)時(shí)，除了因為電流流經(jīng)電路而產(chǎn)生的焦耳熱外，還會(huì )在接觸點(diǎn)產(chǎn)生吸熱或放熱的效應，它是塞貝克效應的逆反應。

　　由于焦耳熱與電流方向無(wú)關(guān)，因此珀爾貼熱可以用反向兩次通電的方法測得。

　　湯姆遜效應：

　　湯姆遜效應，1856年，湯姆遜利用他所創(chuàng )立的熱力學(xué)原理對塞貝克效應和帕爾帖效應進(jìn)行了全面分析，并將本來(lái)互不相干的塞貝克系數和帕爾帖系數之間建立了聯(lián)系。湯姆遜認為，在絕對零度時(shí)，帕爾帖系數與塞貝克系數之間存在簡(jiǎn)單的倍數關(guān)系。在此基礎上，他又從理論上預言了一種新的溫差電效應，即當電流在溫度不均勻的導體中流過(guò)時(shí)，導體除產(chǎn)生不可逆的焦耳熱之外，還要吸收或放出一定的熱量(稱(chēng)為湯姆孫熱)?；蛘叻催^(guò)來(lái)，當一根金屬棒的兩端溫度不同時(shí)，金屬棒兩端會(huì )形成電勢差。這一現象后叫湯姆遜效應(Thomson effect)，成為繼塞貝克效應和帕爾帖效應之后的第三個(gè)熱電效應(thermoelectric effect)。

　　湯姆遜效應是導體兩端有溫差時(shí)產(chǎn)生電勢的現象，帕爾帖效應是帶電導體的兩端產(chǎn)生溫差(其中的一端產(chǎn)生熱量，另一端吸收熱量)的現象，兩者結合起來(lái)就構成了塞貝克效應。

　　熱電比：

　　熱電比即熱電廠(chǎng)發(fā)熱量和發(fā)電量的比值。根據《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規定》，要求供熱式汽輪發(fā)電機組的蒸汽流既發(fā)電又供熱的常規熱電聯(lián)產(chǎn)，應符合下列指標：　A、 所有熱電聯(lián)產(chǎn)機組總熱效率年平均大于45%?！】偀嵝?(供熱量+供電量X 3600千焦/千瓦時(shí))/(燃料總消耗量X燃料單位低位熱值)X 100%?！、 單機容量在5萬(wàn)千瓦以下的熱電機組，其熱電比年平均應大于100%;單機容量在5萬(wàn)千瓦至20萬(wàn)千瓦以下的熱電機組，其熱電比年平均應大于50%;單機容量20萬(wàn)千瓦及以上抽汽凝汽兩用供熱機組，采暖期熱電比應大于50%?！犭姳?供熱量/(供電量X 3600千焦/千瓦時(shí))X 100%。

　　注：供熱量單位采用千焦，供電量單位采用千瓦時(shí)，燃料總消耗量單位采用千克，燃料單位低位熱值千焦/千克，這兩個(gè)條件是衡量熱電機組是否達標的必備條件。

　　熱電性：

　　當礦物溫度變化時(shí)，在晶體的某些結晶方向產(chǎn)生電荷的性質(zhì)稱(chēng)為熱電性。

　　礦物的熱電性主要存在于無(wú)對稱(chēng)中心、具有極性軸的介電質(zhì)礦物晶體中。如電氣石、方硼石。

　　熱電性是指寶石礦物在外界溫度變化時(shí)，在晶體的某些方向產(chǎn)生電荷的性質(zhì)。熱電性最初發(fā)現于石英中。

　　熱釋電材料如鈦酸鉛、硫酸三甘肽具有材料表面在受熱情況下出現電荷的現象，這種現象是由于此類(lèi)物質(zhì)的分子有自發(fā)極化作用形成電偶極子在物體表面吸附環(huán)境中的靜電荷達到中和，但溫度變化下其自發(fā)極化強度相應改變從而在物體表面出現多余的電荷，我們稱(chēng)材料的這種表現為熱釋電效應。熱釋電效應是熱電性的一個(gè)重要方面。

 

　　可穿戴式熱電元件歷史：

　　但KAIST研究團隊與此相反，在換上效率較高的熱電物質(zhì)，制造成墨水形態(tài)后，以在柔軟的玻璃纖維前后印刷的方法成功實(shí)現“一箭雙雕”。

　　可穿戴式熱電元件影響：

　　新元件像普通纖維那樣容易加工、比較輕便，但電力生產(chǎn)能力是相同重量的陶瓷類(lèi)元件的14倍。如果用貼在胳膊上的腕帶形態(tài)來(lái)制作，就會(huì )產(chǎn)生大約40毫瓦(以氣溫零上20度，體溫37度為基準)的電力，大大超過(guò)了在智能帶上使用的電子傳感器電力消耗量。如果制作成上衣大小來(lái)穿，就可生產(chǎn)兩瓦電力，甚至可以供手機通話(huà)。

　　趙秉鎮教授表示，目標是在3年內要使能源效率比現在多四倍，實(shí)現實(shí)用化。起初是用于輔助現有電池，但將來(lái)還可以制作沒(méi)有電池的電子設備。

　　KAIST熱電元件

　　若將這種熱電元件穿在身上，就會(huì )根據外部氣溫和體溫的差異產(chǎn)生電流。但現有產(chǎn)品使用陶瓷類(lèi)基板，又硬又重。最近開(kāi)發(fā)出部分使用柔軟有機材料的元件，但能源效率與現有元件相比只有百分之一左右。

　　但KAIST研究團隊與此相反，在換上效率較高的熱電物質(zhì)，制造成墨水形態(tài)后，以在柔軟的玻璃纖維前后印刷的方法成功實(shí)現“一箭雙雕”。

　　新元件像普通纖維那樣容易加工、比較輕便，但電力生產(chǎn)能力是相同重量的陶瓷類(lèi)元件的14倍。如果用貼在胳膊上的腕帶形態(tài)來(lái)制作，就會(huì )產(chǎn)生大約40毫瓦(以氣溫零上20度，體溫37度為基準)的電力，大大超過(guò)了在智能帶上使用的電子傳感器電力消耗量。如果制作成上衣大小來(lái)穿，就可生產(chǎn)兩瓦電力，甚至可以供手機通話(huà)。