[发明专利]一种应力增强的热电换能器件

说明书

本发明涉及一种应力增强的热电换能器件，并且根据本发明的一个方面，提供了热电换能器件，其包括：柔性衬底；设置在所述柔性衬底上的栅电极；设置在所述栅电极和衬底上的绝缘层；分别设置在所述绝缘层上的第一电极、热电材料层、第二电极；以及设置在热电材料层、第一电极和第二电极上的保护层；以及设置在所述第一电极与第二电极之间的热电材料层，为具有量子和压电耦合性质，以及热电效应的功能材料。

技术领域

本发明涉及热电换能器件，特别地，涉及一种应力增强的热电换能器件。

背景技术

社会的发展却使得人类对能源的需求日益增加，开发绿色环保的新能源方式成为研究热点。热电转换是一种绿色环保的能量来源，利用塞贝克效应，可以将外部的热量转换成电能。塞贝克效应可简述为：在金属或者半导体两端存在温度差时，其两端会产生电势差。例如，在热电材料A与B相连构成的电路中，两个节点分别处于温度T₁与T₂，因此节点间存在的电势差可以为其中，S_B(T)、S_A(T)为两种不同的热电材料A、B的塞贝克系数。热电换能器件的热电转换能力与热电材料的塞贝克系数密切相关。然而，目前的热电换能器件，所使用的热电材料的塞贝克系数比较低，限制了其热电转换效率。

量子压电电子学是将量子理论应用于压电效应的新兴学科，基于量子和压电的耦合，可以控制或调节材料的一些特性，例如拓扑相变、电子透射系数、能级跃迁等等，量子压电电子学在传感器、微机电系统、自供能器件、柔性电子器件和人机接口等领域具有广阔的前景。基于热电材料的量子和压电耦合特性，应力产生的极化场可以调节塞贝克系数，进而影响热电换能器件的转换效率。

利用热电材料层的量子与压电特性设计的热电换能器件，可以通过外部应力进一步提升材料的塞贝克系数，以产生更大的热生电动势，增强热电转换效率。与普通的热电换能器件相比，其具有低成本、结构简单、转换效率高等优点。

发明内容

技术问题

本发明要解决的问题是提出一种热电换能器件，其使用了具有量子和压电耦合特性的热电材料，通过应力产生极化场，增大热电材料的塞贝克系数，增大热生电动势，即利用应力增强热电换能器件的将热量转换为电能的能力，其中器件吸收热能的方式为施加于器件两端的温度差或者器件表面的温度梯度等方式实现，其中器件两端电极产生的电势差可以由温度差或者温度梯度的大小等决定。

技术方案

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了应力增强的热电换能器件，包括柔性衬底；设置在所述柔性衬底上的栅电极；设置在所述栅电极和衬底上的绝缘层；分别设置在所述绝缘层上的第一电极、热电材料层和第二电极；设置在所述左电极与右电极之间的热电换能层；其中，所述第一电极和第二电极分别与所述热电材料层连接；其中所述的热电材料层被设置为具有量子和压电耦合性质，以及热电效应的功能材料；以及设置在第一电极、热电材料层和第二电极上的保护层。此外，所述的保护层为具有高导热率的柔性绝缘材料。此外，所述的绝缘层和柔性衬底为具有低导热率的柔性绝缘材料。此外，该热电换能器件还可以包括用于收集热能的收集部，其被设置在保护层两端表面或保护层表面上。

另外，根据本发明的一个方面，提供了一种应力增强的热电换能器件，包括柔性衬底；分别设置在所述柔性衬底上的第一电极、热电材料层和第二电极；设置在所述第一电极与第二电极之间的热电换能层；其中，所述第一电极和第二电极分别与所述热电材料层连接；其中所述的热电材料层被设置为具有量子和压电耦合性质，以及热电效应的功能材料；以及设置在第一电极、热电材料层和第二电极上的保护层。此外，所述的保护层为具有高导热率的柔性绝缘材料。此外，所述的绝缘层和柔性衬底为具有低导热率的柔性绝缘材料。此外，该热电换能器件还可以包括用于收集热能的收集部，其被设置在保护层两端表面或保护层表面上。

有益效果