一種利用人體體溫發(fā)電的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種可穿戴于人體的直接利用人體體溫發(fā)電的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備與人類生活工作的聯(lián)系越來越緊密。電子設(shè)備的微小化和可穿戴化成為電子設(shè)備發(fā)展趨勢，比如谷歌眼鏡、電子手環(huán)以及其他可穿戴式的健康監(jiān)測診斷設(shè)備等。可穿戴式設(shè)備為人們的生活帶來了很大的便利，但其供能問題也是一個極大挑戰(zhàn)。電池是常用的供能手段，但電池存在環(huán)境污染和持續(xù)性供電的問題。使用人體本身的熱能進行發(fā)電供能既清潔環(huán)保又能長期持續(xù)供電，是一種行之有效的替代方案。但由于人體體溫與環(huán)境溫差小，約6?10°C，屬于極低溫低品位熱能，利用難度較大。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的可將身體余熱轉(zhuǎn)化為電能的方式是半導體熱電轉(zhuǎn)換;但半導體熱電材料本身賽貝克系數(shù)小，最高約為200μν/Κ。若要輸出足夠微電子器件供能的電壓，則需要成百上千個小的單元串聯(lián)在一起輸出電壓，結(jié)構(gòu)十分復雜;且熱電材料通常價格較貴，成本較高。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種利用人體體溫發(fā)電的裝置，其目的在于解決現(xiàn)有的體溫發(fā)電領(lǐng)域半導體熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)結(jié)構(gòu)復雜的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供了一種利用人體體溫發(fā)電的裝置，包括兩塊底板、兩塊側(cè)板、多孔發(fā)電層、多孔導液層、電極、循環(huán)工質(zhì)、聚熱板和散熱板；
[0006]聚熱板與散熱板的兩端分別通過兩塊側(cè)板連接，聚熱板、散熱板、兩塊側(cè)板和兩塊底板形成一個密閉腔體；
[0007]多孔發(fā)電層設(shè)于密閉腔體內(nèi)，緊貼在聚熱板的內(nèi)側(cè)；多孔發(fā)電層的兩端均設(shè)有電極;側(cè)板上具有用于引出電極的開孔;其中，聚熱板的內(nèi)側(cè)是指其與散熱板相對的一側(cè)；
[0008]多孔導液層設(shè)于密閉腔體內(nèi)，緊貼散熱板的內(nèi)側(cè)；多孔導液層內(nèi)部被循環(huán)工質(zhì)浸潤，多孔導液層的兩端緊貼多孔發(fā)電層的端部;其中，散熱板的內(nèi)側(cè)是指其與聚熱板相對的一側(cè)；
[0009]本實用新型提供的這種利用人體體溫發(fā)電的裝置，當其未被穿戴于人體時，多孔發(fā)電層從多孔導液層吸收循環(huán)工質(zhì)至完全浸潤；當其被佩戴于人體時，聚熱板從人體吸收熱量，熱量傳遞給緊貼散熱板的多孔發(fā)電層，多孔發(fā)電層內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)從多孔發(fā)電層表面蒸發(fā)，同時在毛細力的作用下驅(qū)動多孔發(fā)電層內(nèi)部的循環(huán)工質(zhì)在多孔發(fā)電層內(nèi)流動，在多孔發(fā)電層兩端產(chǎn)生電勢并輸出電能，電能通過電極導出；而離開多孔發(fā)電層的氣態(tài)工質(zhì)在散熱板處釋放熱量凝結(jié)成液態(tài)，并通過多孔導液層輸送回多孔發(fā)電層下端，實現(xiàn)工質(zhì)循環(huán)，由此實現(xiàn)利用體溫持續(xù)不斷地進行發(fā)電。
[0010]優(yōu)選的，聚熱板和散熱板為高導熱材料，聚熱板與散熱板相對的一側(cè)均電絕緣;底板、側(cè)板均為電絕緣且熱絕緣材料。
[0011]優(yōu)選的，聚熱板、散熱板、側(cè)板、多孔發(fā)電層和多孔導液層均為弧形結(jié)構(gòu)，使得該利用人體體溫發(fā)電的裝置整體呈弧形狀，便于穿戴。
[0012]優(yōu)選的，上述散熱板外側(cè)具有增強散熱的翅片結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選的，多孔發(fā)電層采用一體成型的納米多孔材料，或者采用由納米顆粒堆積而成的納米多孔材料。
[0014]優(yōu)選的，多孔導液層采用微米多孔材料。
[0015]優(yōu)選的，循環(huán)工質(zhì)采用水或有機溶劑。
[0016]總體而言，通過本實用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：
[0017](I)本實用新型提供的利用人體體溫發(fā)電的裝置，利用液體蒸發(fā)-冷凝循環(huán)，驅(qū)動循環(huán)工質(zhì)在多孔發(fā)電層內(nèi)持續(xù)流動，通過多孔發(fā)電層內(nèi)納米通道的動電效應(yīng)產(chǎn)生持續(xù)不斷的電能輸出，從而將熱能轉(zhuǎn)化為電能；
[0018](2)本實用新型提供的利用人體體溫發(fā)電的裝置，可直接穿戴于人體，利用人體與環(huán)境的極低溫差發(fā)電為微電子器件供能，且單個循環(huán)組件可提供高達IV的電壓，不需要成百上千的小單元組件串聯(lián)來提供較大的輸出電壓；
[0019](3)本實用新型提供的利用人體體溫發(fā)電的裝置，利用多孔材料的毛細作用控制整個裝置內(nèi)的工質(zhì)循環(huán)，裝置內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)不能自由流動，因此該裝置可任意角度放置，人體隨意動作不影響工質(zhì)循環(huán)以及發(fā)電。
【附圖說明】
[0020]圖I是本實用新型實施例提供的發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1_聚熱板、2-散熱板、3-側(cè)板、4-底板、5-多孔發(fā)電層、6-電極、7-多孔導液層、8-循環(huán)工質(zhì)。
【具體實施方式】
[0022]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0023]實施例I提供的一種利用人體體溫發(fā)電的裝置，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括相對放置的弧形聚熱板I、弧形散熱板2，兩塊側(cè)板3、兩塊底板4、多孔發(fā)電層5、電極6、多孔導液層7、循環(huán)工質(zhì)8;
[0024]聚熱板I和散熱板2之間有兩塊弧形側(cè)板3和兩塊底板4;聚熱板1、散熱板2、兩塊側(cè)板3和兩塊底板4形成一個密閉腔體;聚熱板I上與散熱板2相對的內(nèi)側(cè)緊貼一層多孔發(fā)電層5，多孔發(fā)電層兩端設(shè)有電極6，側(cè)板3上具有開口，電極6可通過該開孔引出；散熱板2上與聚熱板I相對的內(nèi)側(cè)緊貼一層多孔導液層7，多孔導液層7內(nèi)部被液體循環(huán)工質(zhì)8浸潤，多孔導液層的兩端緊貼多孔發(fā)電層5的端部。
[0025]本實施例里，聚熱板1、散熱板2、側(cè)板3、多孔發(fā)電層5和多孔導液層7均為弧形結(jié)構(gòu)，使得該發(fā)電裝置整體呈弧形手環(huán)結(jié)構(gòu)，可直接佩戴于手腕或手臂處，其多孔發(fā)電層5采用納米多孔材料；當未穿戴于人體時，納米多孔發(fā)電層5從微米多孔導液層吸收液體循環(huán)工質(zhì)至完全浸潤；當被佩戴于人體時，聚熱板I從人體吸收熱量，熱量傳遞給緊貼散熱板2的多孔發(fā)電層5，多孔發(fā)電層5內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)8從多孔發(fā)電層5表面蒸發(fā)，同時在毛細力的作用下驅(qū)動多孔發(fā)電層5內(nèi)部的循環(huán)工質(zhì)從下端往上端流動，通過納米多孔材料內(nèi)的動電現(xiàn)象在多孔發(fā)電層5的上下兩端產(chǎn)生電勢并輸出電能，電能通過電極6導出；而從多孔發(fā)電層5蒸發(fā)的循環(huán)工質(zhì)轉(zhuǎn)換為氣態(tài)，并在散熱板2處釋放熱量凝結(jié)成液態(tài)，并通過多孔導液層7輸送回多孔發(fā)電層5的下端，實現(xiàn)工質(zhì)循環(huán);因此該裝置可持續(xù)不斷地利用體溫進行發(fā)電。
[0026]本實施例提供的利用人體體溫發(fā)電的裝置，由聚熱板1、散熱板2、兩塊側(cè)板3和兩塊底板4形成的密閉腔體可在常壓下運行，也可抽真空在低壓下運行。該發(fā)電裝置熱電性能的好壞取決于所選納米發(fā)電層材料性質(zhì)結(jié)構(gòu)、循環(huán)工質(zhì)的種類以及腔體內(nèi)部環(huán)境壓力的綜合影響，本實施例中多孔發(fā)電層使用直徑為30nm?40nm的碳納米顆粒堆積而成，碳納米顆粒的表面電動電勢為_28mV;本實施例采用的循環(huán)工質(zhì)為去離子水;密閉腔體內(nèi)的壓力為4kpa0
[0027]對實施例提供的這種利用人體體溫發(fā)電的裝置進行測試，在環(huán)境溫度為21°C條件下，該發(fā)電裝置輸出熱電電壓可達IV;可在50s之內(nèi)將一個IyF的電容充至0.8V，可用于為微電子器件供電。
[0028]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種利用人體體溫發(fā)電的裝置，其特征在于，包括聚熱板（I)、散熱板(2)、兩塊側(cè)板(3)、兩塊底板(4)、多孔發(fā)電層(5)、電極(6)、多孔導液層(7)和循環(huán)工質(zhì)(8); 所述聚熱板（I)與散熱板（2)的兩端分別通過兩塊側(cè)板（3)連接，聚熱板（I)、散熱板(2)、兩塊側(cè)板(3)和兩塊底板(4)形成一個密閉腔體； 所述多孔發(fā)電層(5)緊貼在聚熱板（I)的內(nèi)側(cè)，多孔發(fā)電層(5)的兩端設(shè)有電極(6);側(cè)板(3)上具有用于引出電極(6)的開孔； 所述多孔導液層(7)緊貼散熱板(2)的內(nèi)側(cè)，其兩端緊貼多孔發(fā)電層(5)的端部；多孔導液層(7)被循環(huán)工質(zhì)(8)浸潤。2.如權(quán)利要求I所述的利用人體體溫發(fā)電的裝置，其特征在于，所述聚熱板（I)、散熱板(2)、側(cè)板(3)、多孔發(fā)電層(5)和多孔導液層(7)均為弧形結(jié)構(gòu)，使得所述利用人體體溫發(fā)電的裝置整體呈弧形狀。3.如權(quán)利要求I或2所述的利用人體體溫發(fā)電的裝置，其特征在于，所述散熱板(2)的外側(cè)具有增強散熱的翅片結(jié)構(gòu)。4.如權(quán)利要求I所述的利用人體體溫發(fā)電的裝置，其特征在于，所述聚熱板（I)和散熱板(2)為高導熱材料，聚熱板(I)與散熱板(2)相對的一側(cè)均采用電絕緣材料;底板(4)、側(cè)板(3)均采用電絕緣且熱絕緣材料。5.如權(quán)利要求I所述的利用人體體溫發(fā)電的裝置，其特征在于，所述多孔發(fā)電層(5)采用一體成型的納米多孔材料，或者采用由納米顆粒堆積而成的納米多孔材料。6.如權(quán)利要求I所述的利用人體體溫發(fā)電的裝置，其特征在于，所述多孔導液層(7)采用微米多孔材料。7.如權(quán)利要求I所述的利用人體體溫發(fā)電的裝置，其特征在于，所述循環(huán)工質(zhì)（8)采用水或有機溶劑。
【專利摘要】本實用新型公開了一種利用人體體溫發(fā)電的裝置，該裝置包括聚熱板、散熱板、兩塊底板、兩塊側(cè)板、多孔發(fā)電層、多孔導液層、電極和循環(huán)工質(zhì)；聚熱板與散熱板的兩端分別通過兩塊側(cè)板連接，聚熱板、散熱板、兩塊側(cè)板和兩塊底板形成一個密閉腔體；多孔發(fā)電層緊貼聚熱板的內(nèi)側(cè)；其兩端均設(shè)有電極；側(cè)板上具有用于引出電極的開孔；多孔導液層緊貼散熱板的內(nèi)側(cè)，其內(nèi)部被循環(huán)工質(zhì)浸潤，多孔導液層的兩端緊貼多孔發(fā)電層的端部；該裝置被佩戴于人體時，利用聚熱板從人體吸收的熱量，使多孔發(fā)電層內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)蒸發(fā)，使得循環(huán)工質(zhì)在多孔發(fā)電層內(nèi)循環(huán)流動，在多孔發(fā)電層兩端產(chǎn)生電勢并持續(xù)輸出電能；實現(xiàn)利用人體與環(huán)境的極低溫差持續(xù)發(fā)電的目的；具有結(jié)構(gòu)簡單，輕便可穿戴的特點。
【IPC分類】H02N3/00
【公開號】CN205160407
【申請?zhí)枴緾N201520945282
【發(fā)明人】周軍, 劉抗, 丁天朋, 李嘉, 陳千
【申請人】華中科技大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年11月24日