熱量捕獲器及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱量捕獲器，包括：織物、印刷或編織于所述織物上下表面上的第一金屬和第二金屬構(gòu)成的閉合回路以及接入所述閉合回路的蓄電設(shè)備或用電設(shè)備。利用室溫液態(tài)金屬墨水和織物表面的親和特性，通過印刷方式制備用于熱量捕獲的溫差電器件，制備過程在常溫及常規(guī)條件下即可完成，對環(huán)境要求不高，因而可顯著降低溫差電器件制備工藝的復雜性，提高其制作效率。
【專利說明】熱量捕獲器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能源【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種熱量捕獲器及其制作方法，尤其涉及一種基于熱電效應(yīng)印刷或編織于織物表面的熱量捕獲器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自1821年德國科學家塞貝克在實驗中發(fā)現(xiàn)塞貝克效應(yīng)以來，經(jīng)珀爾帖、湯姆遜以及開爾文等科學家的大量研究，熱電效應(yīng)理論得到了不斷發(fā)展，并日趨完善。在兩種不同金屬所組成的閉合回路中，當兩接點的溫度不同時，電子會隨著溫度梯度由高溫區(qū)往低溫區(qū)移動，從而產(chǎn)生電流或電荷堆積，在該回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，該電動勢稱為熱電勢?；谶@一效應(yīng)制造出的可以實現(xiàn)熱能與電能之間相互轉(zhuǎn)換的溫差電器件，以及由此延伸出來的傳感器和探測器等成為目前溫差電學最主要的應(yīng)用方向。
[0003]隨著人類對能源的重視程度越來越高，開發(fā)可再生能源、提高能源利用率逐步成為世界各國的共識，中低溫熱量的捕獲利用正日益得到關(guān)注。近年來，溫差電器件已經(jīng)引起美國、德國、日本等國的高度重視，投入巨資競相研制。溫差電器件因其對工作環(huán)境的高度適應(yīng)性、性能的高度穩(wěn)定性、壽命長、無須維護、無污染、無震動、無噪音等特點，一經(jīng)問世就成為研究的熱點。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，溫差電器件雖然取得了相當?shù)倪M步，并在中低溫熱能捕獲領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景，但是復雜的制作工藝(如焊接)一直限制著它的進一步推廣應(yīng)用，且一般很難制作于柔性基底上，而此類技術(shù)在諸如人體熱量捕獲并用于驅(qū)動移動用電設(shè)備方面很有價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種熱量捕獲器及其制作方法，利用室溫液態(tài)金屬墨水和織物表面的親和特性，通過印刷方式制備用于熱量捕獲的溫差電器件，制備過程在常溫及常規(guī)條件下即可完成，對環(huán)境要求不高，因而可顯著降低溫差電器件制備工藝的復雜性，提高其制作效率。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明提供一種熱量捕獲器，包括:織物、印刷或編織于所述織物上下表面上的第一金屬和第二金屬構(gòu)成的閉合回路以及接入所述閉合回路的蓄電設(shè)備或用電設(shè)備。
[0008]更好地，所述第一金屬為含有0.lwt%?10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或摻有
0.01wt%?80wt%納米半導體材料顆粒的含有0.lwt%?10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或摻有0.01wt%?80wt%有機物的含有0.lwt%?10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬，所述第二金屬為含有0.lwt%?10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或摻有0.01wt%?80wt%納米半導體材料顆粒的含有0.lwt%?10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或摻有0.01wt%?80wt%有機物的含有0.lwt%? 10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或固態(tài)金屬，在所述閉合回路中第一金屬和第二金屬為兩種不同材質(zhì)的金屬。[0009]更好地，所述室溫液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金或鈉鉀合金中的至少一種。
[0010]更好地,所述納米半導體材料顆粒為粒徑Inm?900nm的硫化鍺顆粒、硒化鍺顆粒、碲化鍺顆粒、鉍化銦顆粒、砷化銦顆粒、銻化銦顆粒、氧化銦顆粒、磷化銦顆粒、硫化銦顆粒、硒化銦顆粒、氧化銦錫顆粒、碲化銦顆粒、氧化鉛顆粒、硫化鉛顆粒、硒化鉛顆粒、碲化鉛顆粒、娃化鎂顆粒、氧化錫顆粒、氯化錫顆粒、硫化錫顆粒、硒化錫顆粒、締化錫顆粒、硫化銀顆粒、硒化銀顆粒、碲化銀顆粒、氧化碲顆粒、氧化鋅顆粒、砷化鋅顆粒、銻化鋅顆粒、磷化鋅顆粒、硫化鋅顆粒、硒化鋅顆?；蚓喕\顆粒。
[0011]更好地，所述有機物為烷、烯、炔、芳香烴、醇、醛、羧酸或酯。
[0012]更好地，所述固態(tài)金屬為鉬、金、銀、銅、鐵、招、鋪、秘、鎘、鍺、鎳、錯、鉭、鉛、鶴、錸、康銅、鶴錸合金或鎳鎘合金。
[0013]更好地，所述織物為棉織物、毛織物、絲織物、滌綸織物、滌粘、滌腈、滌棉、緞或尼富紡。
[0014]更好地，所述織物上的電路包覆有生物相容性材料,所述生物相容性材料包括:生物相容性聚四氟乙烯。
[0015]更好地，所述蓄電設(shè)備包括:蓄電池、充電電池；所述用電設(shè)備包括:電子計算機或便攜式電子設(shè)備。
[0016]本發(fā)明還提供一種熱量捕獲器制作方法，包括以下步驟:S1:將第一金屬以線的形式印刷或編織在織物上下表面，中間穿過織物連通；S2:將第二金屬以線的形式印刷或編織在織物上下表面，同時保持第一金屬和第二金屬的兩端連通，構(gòu)成閉合回路；S3:蓄電設(shè)備或用電設(shè)備通過導線與第一金屬中間部連接。
[0017]更好地，所述織物的一側(cè)接受來自高溫熱源的熱量，該熱源包括:生物發(fā)熱體、工廠余熱、汽車尾氣噴管、灶具或太陽發(fā)電裝置；另一側(cè)處于室溫或更低溫度。
[0018](三)有益效果
[0019]本發(fā)明的熱量捕獲器及其制作方法，利用室溫液態(tài)金屬墨水和織物表面的親和特性，通過印刷方式制備用于熱量捕獲的溫差電器件，制備過程在常溫及常規(guī)條件下即可完成，對環(huán)境要求不高，因而可顯著降低溫差電器件制備工藝的復雜性，提高其制作效率。使用該方法得到的溫差電器件，可廣泛用于回收工業(yè)生產(chǎn)、生活等多領(lǐng)域中的中低溫熱量，尤其通過印刷在服裝上，可隨時捕獲人體熱能，大大提高了一次能源的利用效率，同時拓展了溫差電器件的應(yīng)用范圍。這種方法也可擴展用于其他類型發(fā)電裝置的印刷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明熱量捕獲器的熱電效應(yīng)原理圖；
[0021]圖2為本發(fā)明熱量捕獲器制作方法步驟圖；
[0022]圖3為本發(fā)明熱量捕獲器制作過程示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實施例1熱量捕獲器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明實施例1熱量捕獲器接點處截面示意圖；
[0025]圖6為本發(fā)明實施例2熱量捕獲器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7為本發(fā)明實施例3熱量捕獲器的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】[0027]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0028]如圖1并參考圖3所示，熱量捕獲器包括:織物1、印刷或編織于所述織物上下表面上的第一金屬21和第二金屬22構(gòu)成的閉合回路以及接入所述閉合回路的蓄電設(shè)備或用電設(shè)備。所述第一金屬21為含有0.lwt%~10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或摻有
0.01wt%~80wt%納米半導體材料顆粒的含有0.lwt%~10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或摻有0.01wt%~80wt%有機物的含有0.lwt%~10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬，借助充填有室溫液態(tài)金屬墨水的筆型裝置、印刷設(shè)備或蘸有室溫液態(tài)金屬的刷子涂覆于織物I表面；所述第二金屬22為含有0.lwt%~10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或摻有0.01wt%~80wt%納米半導體材料顆粒的含有0.lwt%~10?丨％氧化物的室溫液態(tài)金屬或摻有0.01wt%~80wt%有機物的含有0.lwt%~10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或固態(tài)金屬，室溫液態(tài)金屬借助充填有室溫液態(tài)金屬墨水的筆型裝置、印刷設(shè)備或蘸有室溫液態(tài)金屬的刷子涂覆于織物I表面，固態(tài)金屬直接附著于織物I表面；在所述閉合回路中第一金屬21和第二金屬22為兩種不同材質(zhì)的金屬。
[0029]所述的充填有室溫液態(tài)金屬墨水的筆型裝置包括:鋼筆式筆型裝置、圓珠筆式筆型裝置、印刷設(shè)備或噴頭式筆型裝置；所述刷子包括毛筆、油畫筆或油漆刷。
[0030]所述室溫液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金或鈉鉀合金中的至少一種；所述納米半導體材料顆粒為粒徑Inm~900nm的硫化鍺顆粒、硒化鍺顆粒、締化鍺顆粒、秘化銦顆粒、砷化銦顆粒、鋪化銦顆粒、氧化銦顆粒、磷化銦顆粒、硫化銦顆粒、硒化銦顆粒、氧化銦錫顆粒、碲化銦顆粒、氧化鉛顆粒、硫化鉛顆粒、硒化鉛顆粒、碲化鉛顆粒、硅化鎂顆粒、氧化錫顆粒、氯化錫顆粒、硫化錫顆粒、硒化錫顆粒、碲化錫顆粒、硫化銀顆粒、硒化銀顆粒、碲化銀顆粒、氧化碲顆粒、氧化鋅顆粒、砷化鋅顆粒、銻化鋅顆粒、磷化鋅顆粒、硫化鋅顆粒、硒化鋅顆?；蝽诨\顆粒中的至少一種；所述有機物為烷、烯、炔、芳香烴、醇、醛、羧酸或酯中的至少一種；所述固態(tài)金屬為怕、金、銀、銅、鐵、招、鋪、秘、鋪、錯、鎮(zhèn)、錯、組、鉛、鶴、鍊、康銅、鶴鍊合金或鎮(zhèn)鋪合金中的一種；所述織物I為棉織物、毛織物、絲織物、滌綸織物、滌粘、滌腈、滌棉、緞或尼富紡中的一種，并且所述織物上的電路包覆有生物相容性材料以避免皮膚直接接觸金屬受到感染，其生物相容性材料包括:生物相容性聚四氟乙烯。所述蓄電設(shè)備包括:蓄電池、充電電池；所述用電設(shè)備包括:電子計算機或便攜式電子設(shè)備。
[0031]所述織物I的一側(cè)用于接受來自高溫熱源TH的熱量，該熱源可以包括:生物體、工廠余熱、汽車尾氣噴管、灶具或太陽發(fā)電裝置等；另一側(cè)處于室溫或更低溫度Tc ;所述閉合回路中通過導線4接入蓄電設(shè)備或用電設(shè)備回收利用電能ν_。所述導線4材質(zhì)包括:銅質(zhì)、鋁質(zhì)、鋼質(zhì)、銀質(zhì)或超導材料。
[0032]如圖2并參考圖3所示，熱量捕獲器制作方法包括以下步驟:
[0033]S1:將第一金屬21以線的形式印刷或編織在織物I上下表面，中間穿過織物連通；
[0034]S2:將第二金屬22以同樣方式印刷或編織在織物I上下表面，同時保持第一金屬21和第二金屬22的兩端連通，構(gòu)成閉合回路；
[0035]S3:蓄電設(shè)備或用電設(shè)備通過導線4與第一金屬21中間部連接。
[0036]實施例1
[0037]圖4為本發(fā)明實施例1熱量捕獲器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為本發(fā)明實施例1熱量捕獲器接點處截面示意圖；如圖4并參考圖5所示，本實施例中織物I選用Imm厚的棉布；在室溫下將含有0.25wt%鎵氧化物的第一金屬(液態(tài)鎵)21以線的形式涂覆在織物I上表面上，并沿著編織線穿過織物I延伸到下表面，使兩端點分別位于織物I上下表面，形成呈連續(xù)曲線形狀的第一金屬21;
[0038]同樣，在室溫下將含有0.25wt%鎵氧化物的第二金屬(液態(tài)鎵銦合金)22從織物I上表面第一金屬21的端點開始，以線的形式涂覆在織物I上表面上，并沿著編織線穿過織物I延伸到下表面第一金屬21的另一端點為止，形成呈連續(xù)曲線形狀的第二金屬22 ；
[0039]第一金屬21與第二金屬22構(gòu)成閉合回路,在第一金屬21中間通過導線4接入蓄電池3，便完成了本實施例的熱量捕獲器的制作。
[0040]實施例2
[0041]圖6為本發(fā)明實施例2熱量捕獲器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，與實施例1不同的是，熱量捕獲器不只由一個熱電轉(zhuǎn)換回路構(gòu)成，而是由多個熱電轉(zhuǎn)換回路串聯(lián)組合而成，由此可獲得更大量的電能，從而更適應(yīng)實際需求。
[0042]織物I選用Imm厚的滌綸布；在室溫下將摻有0.lwt%硅化鎂納米顆粒的含有
0.5wt%鎵氧化物的第一金屬(液態(tài)鎵)21以線的形式涂覆在織物I上表面上，并沿著編織線穿過織物I延伸到下表面，使兩端點分別位于織物I上下表面，形成呈連續(xù)曲線形狀的第一金屬21 ；
[0043]同樣，在室溫下將含有0.5wt%鎵氧化物的第二金屬(液態(tài)鎵銦錫合金)22從織物I上表面第一金屬21的端點開始，以線的形式涂覆在織物I上表面上，并沿著編織線穿過織物I延伸到下表面第一金屬21的另一端點為止，形成呈連續(xù)曲線形狀的第二金屬22 ；
[0044]重復以上步驟，在織物I上印刷多個由第一金屬21與第二金屬22構(gòu)成的閉合回路，并在每個回路的第一金屬21中間接入導線4，通過導線4將每個由第一金屬21與第二金屬22構(gòu)成的閉合回路串聯(lián)在一起，最后接到蓄電池3上。便完成了本實施例的可印刷式熱量捕獲器的制作。
[0045]實施例3
[0046]圖7為本發(fā)明實施例3熱量捕獲器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖7所示與實施例1和實施例2不同的是，熱量捕獲器的組成方式改為由多個熱電轉(zhuǎn)換回路并聯(lián)組合而成，而且第二金屬22為固態(tài)金屬而非液態(tài)金屬，由此除可獲得大量的電能外，還可拓展其應(yīng)用材料的范圍。
[0047]織物I選用Imm厚的毛織物；
[0048]在室溫下將摻有0.5wt%乙酸乙酯的含有0.lwt%?10wt%鎵氧化物的第一金屬(液態(tài)鎵)21以線的形式涂覆在織物I上表面上，并沿著編織毛線穿過織物I延伸到下表面，使兩端點分別位于織物I上下表面，形成呈連續(xù)曲線形狀的第一金屬21 ；
[0049]在室溫下將第二金屬(康銅線)22的一端與織物I上表面第一金屬21的端點接合，并與織物I的毛線編織在一起，沿著編織毛線穿過織物I延伸到下表面與第一金屬21的另一端點接合，從而構(gòu)成由第一金屬21和第二金屬22組成的閉合回路；[0050]重復以上步驟，在織物I上印刷多個由第一金屬21與第二金屬22組成的閉合回路，并在每個回路的第一金屬21中間接入導線4，通過導線4將每個由第一金屬21與第二金屬22構(gòu)成的閉合回路并聯(lián)在一起，最后接到智能手機5上。便完成了本實施例的可印刷式熱量捕獲器的制作。
[0051]以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種熱量捕獲器，其特征在于，包括:織物、印刷或編織于所述織物上下表面上的第一金屬和第二金屬構(gòu)成的閉合回路以及接入所述閉合回路的蓄電設(shè)備或用電設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的熱量捕獲器，其特征在于，所述第一金屬為含有0.lwt%?10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或摻有0.0 lwt%?80wt%納米半導體材料顆粒的含有0.lwt%?10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或摻有0.01wt%?80wt%有機物的含有0.lwt%?10界七％氧化物的室溫液態(tài)金屬，所述第二金屬為含有0.lwt%? 10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或摻有0.01wt%?80wt%納米半導體材料顆粒的含有0.lwt%?10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或摻有0.01wt%?80wt%有機物的含有0.lwt%?10wt%氧化物的室溫液態(tài)金屬或固態(tài)金屬，在所述閉合回路中第一金屬和第二金屬為兩種不同材質(zhì)的金屬。
3.如權(quán)利要求2所述的熱量捕獲器，其特征在于，所述室溫液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、汞、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金或鈉鉀合金中的至少一種。
4.如權(quán)利要求2所述的熱量捕獲器，其特征在于，所述納米半導體材料顆粒為粒徑Inm?900nm的硫化鍺顆粒、硒化鍺顆粒、締化鍺顆粒、秘化銦顆粒、砷化銦顆粒、鋪化銦顆粒、氧化銦顆粒、磷化銦顆粒、硫化銦顆粒、硒化銦顆粒、氧化銦錫顆粒、碲化銦顆粒、氧化鉛顆粒、硫化鉛顆粒、硒化鉛顆粒、締化鉛顆粒、娃化鎂顆粒、氧化錫顆粒、氯化錫顆粒、硫化錫顆粒、硒化錫顆粒、碲化錫顆粒、硫化銀顆粒、硒化銀顆粒、碲化銀顆粒、氧化碲顆粒、氧化鋅顆粒、砷化鋅顆粒、鋪化鋅顆粒、磷化鋅顆粒、硫化鋅顆粒、硒化鋅顆?；蚓喕\顆粒。
5.如權(quán)利要求2所述的熱量捕獲器，其特征在于，所述有機物為烷、烯、炔、芳香烴、醇、醛、羧酸或酯。
6.如權(quán)利要求2所述的熱量捕獲器，其特征在于，所述固態(tài)金屬為鉬、金、銀、銅、鐵、招、鋪、秘、鋪、錯、鎮(zhèn)、錯、組、鉛、鶴、鍊、康銅、鶴鍊合金或鎮(zhèn)鋪合金。
7.如權(quán)利要求1所述的熱量捕獲器，其特征在于，所述織物為棉織物、毛織物、絲織物、滌綸織物、滌粘、滌腈、滌棉、緞或尼富紡。
8.如權(quán)利要求1所述的熱量捕獲器，其特征在于，所述織物上的電路包覆有生物相容性材料，所述生物相容性材料包括:生物相容性聚四氟乙烯。
9.一種熱量捕獲器制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 51:將第一金屬以線的形式印刷或編織在織物上下表面，中間穿過織物連通； 52:將第二金屬以線的形式印刷或編織在織物上下表面，同時保持第一金屬和第二金屬的兩端連通，構(gòu)成閉合回路； 53:蓄電設(shè)備或用電設(shè)備通過導線與第一金屬中間部連接。
10.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述織物的一側(cè)接受來自高溫熱源的熱量，該熱源包括:生物發(fā)熱體、工廠余熱、汽車尾氣噴管、灶具或太陽發(fā)電裝置；另一側(cè)處于室溫或更低溫度。
【文檔編號】H01L35/34GK103545441SQ201210432007
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月12日
【發(fā)明者】劉靜, 李海燕 申請人:中國科學院理化技術(shù)研究所