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可穿戴式热电元件解决方案

频道:APP开发 标签:物联网方案电子产品开发单片机开发方案开发控制板开发解决方案 时间:2019年03月07日 浏览:123次 评论:0条

 
   
        可穿戴式热电元件基本含义:

  将两块不同的金属(如铜和铁)靠在一起时,由于两金属中自由电子浓度的不同,使得电子从一金属向另一金属扩散转移,电子转移量与金属所处的温度有关。如果将两块金属处于同一温度,那么电子转移会达到一种平衡,这种平衡使得两金属的接触界面上产生一个电势差,称为接触电势。温度不同,接触电势也不同,根据接触电势的大小,可以测量触点所处的温度,这种装置称为热电偶。如果将两个类似于热电偶的金属接触面置于不同的温度下,并用导线将它们连接起来形成闭合回路,那么,在导线中将会产生不间断的电流,这就是最简单的温差发电。


 

  可穿戴式热电元件内容:

  韩国科学技术院(KAIST)电气电子工程系赵秉镇(音)教授研究团队日前表示,已开发出像衣服一样可穿着,并利用体温为手机和穿戴式电子设备提供充足电力的“可穿戴式热电元件”。

  热电元件是指将热能量app软件开发转化为电子能量的半导体元件,这是利用连接两种金属时,如果一边高温一边低温,就会在两个电路之间产生电流的现象的元件,一般都是由碲化铋(Bi2Te3)和碲化锑(Sb2Te3)等热电物质制作。

  若将这种热电元件穿在身上,就会根据外部气温和体温的差异产生电流。但现有产品使用陶瓷类基板,又硬又重。最近开发出部分使用柔软有机材料的元件,但能源效率与现有元件相比只有百分之一左右。

  热电效应:

  所谓的热电效应,是当受热物体中的电子(空穴),由高温区往低温区移动时,产生电流或电荷堆积的一种现象。而这个效应的大小,则是用称为thermopower(Q)的参数来测量,其定义为Q=E/-dT(E为因电荷堆积产生的电场,dT则是温度梯度)。三个基本热电效应。

  塞贝克(Seeback)效应,珀尔贴(Peltier)效应,汤姆逊效应。

  塞贝克(Seeback)效应:

  塞贝克(Seeback)效应,又称作第一热电效应,它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。在两种金属A和B组成的回路中,如果使两个接触点的温度不同,则在回路中将出现电流,称为热电流。 塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差,该电势差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个基本因素。半导体的温差电动势较大,可用作温差发电器。

  珀尔贴(Peltier)效应:

  珀尔贴(Peltier)效应,又称为第二热电效应,是指当电流通过A 、B两种金属组成的接触点时,除了因为电流流经电路而产生的焦耳热外,还会在接触点产生吸热或放热的效应,它是塞贝克效应的逆反应。

  由于焦耳热与电流方向无关,因此珀尔贴热可以用反向两次通电的方法测得。

  汤姆逊效应:

  汤姆逊效应,1856年,汤姆逊利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和帕尔帖效应进行了全面分析,并将本来互不相干的塞贝克系数和帕尔帖系数之间建立了联系。汤姆逊认为,在绝对零度时,帕尔帖系数与塞贝克系数之间存在简单的倍数关系。在此基础上,他又从理论上预言了一种新的温差电效应,即当电流在温度不均匀的导体中流过时,导体除产生不可逆的焦耳热之外,还要吸收或放出一定的热量(称为汤姆孙热)。或者反过来,当一根金属棒的两端温度不同时,金属棒两端会形成电势差。这一现象后叫汤姆逊效应(Thomson effect),成为继塞贝克效应和帕尔帖效应之后的第三个热电效应(thermoelectric effect)。

  汤姆逊效应是导体两端有温差时产生电势的现象,帕尔帖效应是带电导体的两端产生温差(其中的一端产生热量,另一端吸收热量)的现象,两者结合起来就构成了塞贝克效应。

  热电比:

  热电比即热电厂发热量和发电量的比值。根据《关于发展热电联产的规定》,要求供热式汽轮发电机组的蒸汽流既发电又供热的常规热电联产,应符合下列指标: A、 所有热电联产机组总热效率年平均大于45%。 总热效率=(供热量+供电量X 3600千焦/千瓦时)/(燃料总消耗量X燃料单位低位热值)X 100%。 B、 单机容量在5万千瓦以下的热电机组,其热电比年平均应大于100%;单机容量在5万千瓦至20万千瓦以下的热电机组,其热电比年平均应大于50%;单机容量20万千瓦及以上抽汽凝汽两用供热机组,采暖期热电比应大于50%。 热电比=供热量/(供电量X 3600千焦/千瓦时)X 100%。

  注:供热量单位采用千焦,供电量单位采用千瓦时,燃料总消耗量单位采用千克,燃料单位低位热值千焦/千克,这两个条件是衡量热电机组是否达标的必备条件。

  热电性:

  当矿物温度变化时,在晶体的某些结晶方向产生电荷的性质称为热电性。

  矿物的热电性主要存在于无对称中心、具有极性轴的介电质矿物晶体中。如电气石、方硼石。

  热电性是指宝石矿物在外界温度变化时,在晶体的某些方向产生电荷的性质。热电性最初发现于石英中。

  热释电材料如钛酸铅、硫酸三甘肽具有材料表面在受热情况下出现电荷的现象,这种现象是由于此类物质的分子有自发极化作用形成电偶极子在物体表面吸附环境中的静电荷达到中和,但温度变化下其自发极化强度相应改变从而在物体表面出现多余的电荷,我们称材料的这种表现为热释电效应。热释电效应是热电性的一个重要方面。


 

  可穿戴式热电元件历史:

  但KAIST研究团队与此相反,在换上效率较高的热电物质,制造成墨水形态后,以在柔软的玻璃纤维前后印刷的方法成功实现“一箭双雕”。

  可穿戴式热电元件影响:

  新元件像普通纤维那样容易加工、比较轻便,但电力生产能力是相同重量的陶瓷类元件的14倍。如果用贴在胳膊上的腕带形态来制作,就会产生大约40毫瓦(以气温零上20度,体温37度为基准)的电力,大大超过了在智能带上使用的电子传感器电力消耗量。如果制作成上衣大小来穿,就可生产两瓦电力,甚至可以供手机通话。

  赵秉镇教授表示,目标是在3年内要使能源效率比现在多四倍,实现实用化。起初是用于辅助现有电池,但将来还可以制作没有电池的电子设备。

  KAIST热电元件

  若将这种热电元件穿在身上,就会根据外部气温和体温的差异产生电流。但现有产品使用陶瓷类基板,又硬又重。最近开发出部分使用柔软有机材料的元件,但能源效率与现有元件相比只有百分之一左右。

  但KAIST研究团队与此相反,在换上效率较高的热电物质,制造成墨水形态后,以在柔软的玻璃纤维前后印刷的方法成功实现“一箭双雕”。

  新元件像普通纤维那样容易加工、比较轻便,但电力生产能力是相同重量的陶瓷类元件的14倍。如果用贴在胳膊上的腕带形态来制作,就会产生大约40毫瓦(以气温零上20度,体温37度为基准)的电力,大大超过了在智能带上使用的电子传感器电力消耗量。如果制作成上衣大小来穿,就可生产两瓦电力,甚至可以供手机通话。

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