[发明专利]基于电偶骨架及有机浇筑固化的可穿戴人体温差发电器

说明书

本发明涉及一种基于电偶骨架及有机浇筑固化的可穿戴人体温差发电器，属于电子器件领域。该发电器包括导铜片、P型电偶、N型电偶和镂空工艺隔条；所述导铜片与P型电偶、N型电偶的两端焊接，以形成π形电偶对长条；若干π形电偶对长条依次平铺至有机浇筑空腔中，相邻的π形电偶对长条通过导线焊接。镂空工艺隔条置于相邻的π形电偶对长条之间；相邻的π形电偶对长条之间的空隙浇筑有机填充液体，经常温固化后，取出镂空工艺隔条，形成可穿戴人体温差发电器件。实现人体TEG器件的高填充因子与柔性并存，有力地推动TEG器件在人体大弯曲表面余热回收及自供电传感器件的广泛应用。

技术领域

本发明属于电子器件领域，涉及基于电偶骨架及有机浇筑固化的可穿戴人体温差发电器。

背景技术

温差发电(Thermoelectric Generation，简称TEG)技术是一种利用热电转换材料直接将热能转化为电能的绿色环保技术。人体是一个相对恒定的理想热源，整个体表散失至环境的热功率大约为60-180W，若利用TEG技术将1％的人体散热转化为电能，则发电功率达到0.6-1.8W，可满足大多数可穿戴传感器的电能需求，实现battery-free(自供电)可穿戴传感器。目前人体温差发电器件的主要问题为：传统的块体TEG器件虽然发电功率密度大，但不具备柔性；薄膜TEG器件虽然具有良好的柔性，但发电功率密度过低。

为了同时实现TEG器件的高功率密度与柔性，研究人员开发了新的制造工艺，比如文献1：先在柔性基板(即聚二甲基硅氧烷，简称PDMS)上打孔，然后将块体电偶置于孔中，最后采用液态金属将电偶连接；文献2：先将块体电偶与薄铜片胶合，然后在一端打印并胶合一层Sn_96.5Ag_3.0Cu_0.5，最后用低导热高分子固体材料填充空隙。尽管这两种新制造工艺使得TEG兼具较高功率密度和一定的柔性，但制造工艺复杂(包含打孔、印刷、高温胶合或焊接、以及填充等)、材料昂贵(如EGaIn液态金属)；并且由于采用传统的块体结构连接方式，使其只适用于人体较平坦表面。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于电偶骨架及有机浇筑固化的可穿戴人体温差发电器。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于电偶骨架及有机浇筑固化的可穿戴人体温差发电器，包括导铜片、P型电偶、N型电偶和镂空工艺隔条；

所述导铜片与P型电偶、N型电偶的两端焊接，以形成π形电偶对长条；

若干π形电偶对长条依次平铺至有机浇筑空腔中，相邻的π形电偶对长条通过导线焊接；

镂空工艺隔条置于相邻的π形电偶对长条之间；

π形电偶对长条和镂空工艺隔条都平铺至有机浇筑空腔中；

相邻的π形电偶对长条之间的空隙浇筑有机填充液体，经常温固化后，取出镂空工艺隔条，形成柔性可穿戴人体温差发电器件。

可选的，所述有机浇筑空腔的截面与人体大弯曲表面展开后形成的平面一致；

所述人体大弯曲表面包括小臂表面、大臂表面、臀部表面、大腿表面和踝关节表面；

其中，小臂表面的母线近似为直斜线，小臂表面的横断面近似为椭圆，小臂表面展开近似为扇形；

提取不同人群小臂母线的斜率和手腕的维度，确定典型的小臂表面形貌及其特征长度范围。

可选的，所述有机浇筑空腔的截面为扇形或长方形。

可选的，所述导铜片的厚度≤0.1mm；P型电偶与N型电偶具有相同的几何尺寸，且为长方体，z方向高度为0.5～3mm，x方向宽度为0.5～4mm，y方向长度为0.5～4mm；相邻电偶的间隔为0.5～2mm。