[实用新型]一种具有可延展导线的穿戴式柔性温差发电结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种温差发电结构，尤其涉及一种具有可延展导线的穿戴式柔性温差发电结构。

背景技术

穿戴式医疗装置的应用越来越广泛，例如脉搏血氧仪、脑电监测仪、心电监护仪、毒素检测仪和血糖测试仪等，可以实时检测人体的健康指标或辅助治疗疾病。为穿戴式医疗装置提供持久稳定的供能是当今世界一个研究热点和难题。现有供能方式主要依靠锂电池供电，其有效工作时间为一般为几个小时至几天，需要经常取下设备进行充电，限制了患者的行动范围，给患者带来很多不便；且对于自理能力差的患者，经常更换电池会增加了看护的人力成本。

此外还有一些新型的供能方式，例如核电池、外界电磁耦合供能、压电发电和温差发电等。核电池工作寿命可以超过十年，但一般体积较大，而且对人体具有毒性和辐射危险；通过体外电磁感应的方式供电在体外需要携带额外的装置，将会增加患者行动的负担；压电发电是将人体运动的能量转化为电能，但人在运动频率低或静态情况下输出功率无法达到器件工作所需功耗。

温差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。温差发电器件无移动部件、无噪音、无污染、结构简单；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，而温差发电对温差的下限没有要求，因此，可以直接利这部分热量进行发电，实现持续供能。

现有的微型柔性温差发电构件通常是在柔性的基底上直接加工微型热电臂，再通过溅射、化学气相沉积等MEMS工艺或银膏涂覆等方法进行导线连接，这类温差发电构件的厚度较小，在人体表皮作为热源时不能产生较大的温差；还有研究者将薄膜类的热电阵列封装为立体结构，增大温度梯度，但由于薄膜热电材料电阻较大，且MEMS工艺加工厚度有限，发电的功率无法达到常用穿戴式医疗装置的供能需求。由于室温下碲化铋材料的热电优值较高，因此，采用碲化铋基的热电材料制作热电臂，可以提高温差发电装置的发电功率。但是，人体表存在许多曲面而且人体活动具有灵活性，就需要穿戴式温差发电构件具有更小的尺寸和更好的柔性；碲化铋基材料机械性能较差，受力易导致断裂变形，这样直接加工在柔性基底上的碲化铋基材料容易断裂，使温差发电单元失效。因此，开发一种能够减小冲击，柔性较好的温差发电微单元结构是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供能够适应曲面、工艺简单、热电转换效率高、可靠性好的一种具有可延展导线的穿戴式柔性温差发电结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型从穿戴面向外，依次包括柔性导热硅胶垫、温差发电层、导热贴片和金属散热片；温差发电层冷端面和热端面分别与导热贴片底面和柔性导热硅胶垫上面相连接，导热贴片上面与金属散热片底面相连接。

所述温差发电层，具有至少有一行、每行含有两个及以上结构相同的刚性温差发电模组，每个刚性温差发电模组均由多个N型热电臂、与N型热电臂相同个数P型热电臂用金属导电片串联，再通过柔性可延展金属导线与相邻的刚性温差发电模组连接，每个刚性温差发电模组的多个N型热电臂和多个P型热电臂之间及可延展金属导线均用聚二甲基硅氧烷封装而成温差发电层。

所述柔性导热硅胶垫的导热填充颗粒为氧化铝颗粒，或者是氧化铝、氧化镁及氮化硼的混合颗粒。

所述N型热电臂材料为掺杂碲化铋基热电材料，P型热电臂材料为掺杂碲化铋基热电材料，金属导电片材料为纯铜。

本实用新型具有的有益效果是：

采用具有间隙的聚二甲基硅氧烷封装和可延展金属导线使温差发电结构具有柔性，可在多个方向变形。当柔性温差发电结构的穿戴面贴合非平面的人体表皮时，可延展金属导线和聚二甲基硅氧烷封装可以吸收变形应力，避免机械性能差的碲化铋基热电臂断裂和电极连接的失效。温差发电层的热端一侧封装柔性导热硅胶垫，替代常用的陶瓷板导热板，保证了与穿戴者皮肤接触的紧密型，提高了传热效率；各个刚性温差发电模组的冷端具有独立的导热贴片和金属散热片，降低了结构厚度和质量，增大了冷热端温度差。

该发明主要针对穿戴式医疗装置的供能，具有推广应用价值。

附图说明

图1是弯曲的穿戴式柔性温差发电结构示意图。

图2是弯曲的穿戴式柔性温差发电结构剖面示意图。

图3是穿戴式柔性温差发电结构的爆炸示意图。

图4穿戴式柔性温差发电结构的工艺流程图。