[发明专利]一种线圈状热电单元、织物结构热电器件及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种线圈状热电单元、织物结构热电器件及其制备和应用，所述热电单元的纬向为多个线圈串联成的横列组成；经向为循环交替的线圈横列组成，其中线圈为热电纱线线圈，含有P型段、N型段和电极段。本发明通过改变线圈的长度，包缠层厚度可方便调节该器件的输出功率密度，本发明设计的热电器件，能实现人体与环境温差方向的发电，同时具有双向拉伸性能，且无需任何其他纺织基材料支撑，解决了目前大部分柔性热电器件面临的热电单元配置方向问题，具有可穿戴、能源自主的功能，可直接用于批量化、大面积的纺织服装加工生产，极大推进热电器件在能源供给方面的实际应用。

技术领域

本发明属于热电材料及器件及其制备和应用领域，特别涉及一种线圈状热电单元、织物结构热电器件及其制备和应用。

背景技术

随着穿戴式电子市场的迅猛发展，微型化、柔性、持久供电方式已成为制约穿戴式电子设备技术发展的重要瓶颈。热电器件作为一种清洁、安全、持久供电的供能方式，受到国内外的广泛关注。

纺织品是与人们生活息息相关的必需品之一，实现纺织品的能源自主是解决便携式和可穿戴问题最有效的途径。例如专利CN 108103634 A公布了一种通过针织、机织或编织中的一种或几种方法构筑而成的纺织结构热电器件，但该专利中利用针织和机织形成的二维器件需同时编织进绝缘纱线以避免短路现象，影响单位面积输出功率，而三维织造手段形成的三维器件需要纺织基底做支撑，从而影响柔性、拉伸性及可穿戴性。专利CN101056481 B公布了一种定向在纬纱方向的金属线的网络形成的热电结构器件，该制备过程复杂；专利CN 107039576 A公布了一种柔性织物复合热电材料的制备方法，将织物直接浸渍至热电材料的前驱体溶液中，经过加热、干燥等构筑织物结构热电器件，但该器件只能在水平方向工作，不能满足人体与环境方向的发电需求。

一种高功率密度、可自支撑、机械性能良好、工艺简单、可大面积制备的织物结构热电器件，实现热电器件真正可穿戴，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种线圈状热电单元、织物结构热电器件及其制备和应用，克服现有技术中所得器件无法自支撑、柔性、拉伸性、可穿戴性差、制备复杂、不能满足人体和环境的发电需求的缺陷，该方法可自支撑，无需额外支撑材料，结构紧凑，极大提高输出功率密度，且热电针织物能实现人体与环境温差方向的发电需求，可穿戴性好，双向拉伸性能好，可以实现大面积制备，具有良好的应用和发展前景。

本发明的一种线圈状热电单元，其特征在于，所述热电单元的纬向为多个线圈串联成的横列组成；经向为循环交替的线圈横列组成，其中线圈为热电纱线线圈，含有P型段、N型段和电极段。

所述热电纱线为基于磁控溅射、氧化还原掺杂、热蒸镀、涂层、浸渍、静电纺丝、静电喷射、化学气相沉积、物理气相沉积、电化学沉积以及原位生长方法制备的有机、无机纱线或有机、无机薄膜经加捻而成的纱线中的一种或几种。

所述线圈中：N型段和P型段位于线圈的圈柱位置，电极段位于线圈的圈弧位置。

所述N型段长度＝P型段长度＝(L-4)/2，L的单位为mm。

L的长度可为L＝10～40mm。

所述N型和P型掺杂段包裹在包缠层内部，以实现温差最大化及避免器件内部短路现象。

所述包缠层为天然或化学合成的绝缘薄膜及天然或化学合成的绝缘纤维或纱线中的一种。

所述热电单元中线圈横列沿经向的配置方法为第一组横列圈弧置于第二组横列圈柱的上方，第二组横列圈弧则置于第三组横列圈柱的下方，此为一个循环，后续每两组为一个循环，依次重复循环配置。

所述每一组横列是由多个线圈串联成的横列组成，且一个循环里的两组横列(第一组和第二组横列)的组成列数可以相等也可以不相等。