可穿戴式熱電元件基本含義:

　　將兩塊不同的金屬(如銅和鐵)靠在一起時(shí)，由于兩金屬中自由電子濃度的不同，使得電子從一金屬向另一金屬擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，電子轉(zhuǎn)移量與金屬所處的溫度有關(guān)。如果將兩塊金屬處于同一溫度，那么電子轉(zhuǎn)移會(huì)達(dá)到一種平衡，這種平衡使得兩金屬的接觸界面上產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，稱為接觸電勢(shì)。溫度不同，接觸電勢(shì)也不同，根據(jù)接觸電勢(shì)的大小，可以測(cè)量觸點(diǎn)所處的溫度，這種裝置稱為熱電偶。如果將兩個(gè)類似于熱電偶的金屬接觸面置于不同的溫度下，并用導(dǎo)線將它們連接起來形成閉合回路，那么，在導(dǎo)線中將會(huì)產(chǎn)生不間斷的電流，這就是最簡(jiǎn)單的溫差發(fā)電。

 

　　可穿戴式熱電元件內(nèi)容:

　　韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院(KAIST)電氣電子工程系趙秉鎮(zhèn)(音)教授研究團(tuán)隊(duì)日前表示，已開發(fā)出像衣服一樣可穿著，并利用體溫為手機(jī)和穿戴式電子設(shè)備提供充足電力的“可穿戴式熱電元件”。

　　熱電元件是指將熱能量轉(zhuǎn)化為電子能量的半導(dǎo)體元件,這是利用連接兩種金屬時(shí)，如果一邊高溫一邊低溫，就會(huì)在兩個(gè)電路之間產(chǎn)生電流的現(xiàn)象的元件,一般都是由碲化鉍(Bi2Te3)和碲化銻(Sb2Te3)等熱電物質(zhì)制作。

　　若將這種熱電元件穿在身上，就會(huì)根據(jù)外部氣溫和體溫的差異產(chǎn)生電流。但現(xiàn)有產(chǎn)品使用陶瓷類基板，又硬又重。最近開發(fā)出部分使用柔軟有機(jī)材料的元件，但能源效率與現(xiàn)有元件相比只有百分之一左右。

　　熱電效應(yīng)：

　　所謂的熱電效應(yīng)，是當(dāng)受熱物體中的電子(空穴)，由高溫區(qū)往低溫區(qū)移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生電流或電荷堆積的一種現(xiàn)象。而這個(gè)效應(yīng)的大小，則是用稱為thermopower(Q)的參數(shù)來測(cè)量，其定義為Q=E/-dT(E為因電荷堆積產(chǎn)生的電場(chǎng)，dT則是溫度梯度)。三個(gè)基本熱電效應(yīng)。

　　塞貝克(Seeback)效應(yīng)，珀?duì)栙N(Peltier)效應(yīng)，湯姆遜效應(yīng)。

　　塞貝克(Seeback)效應(yīng)：

　　塞貝克(Seeback)效應(yīng)，又稱作第一熱電效應(yīng)，它是指由于兩種不同電導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。在兩種金屬A和B組成的回路中，如果使兩個(gè)接觸點(diǎn)的溫度不同，則在回路中將出現(xiàn)電流，稱為熱電流。 塞貝克效應(yīng)的實(shí)質(zhì)在于兩種金屬接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生接觸電勢(shì)差，該電勢(shì)差取決于金屬的電子逸出功和有效電子密度這兩個(gè)基本因素。半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)較大，可用作溫差發(fā)電器。

　　珀?duì)栙N(Peltier)效應(yīng)：

　　珀?duì)栙N(Peltier)效應(yīng)，又稱為第二熱電效應(yīng)，是指當(dāng)電流通過A 、B兩種金屬組成的接觸點(diǎn)時(shí)，除了因?yàn)殡娏髁鹘?jīng)電路而產(chǎn)生的焦耳熱外，還會(huì)在接觸點(diǎn)產(chǎn)生吸熱或放熱的效應(yīng)，它是塞貝克效應(yīng)的逆反應(yīng)。

　　由于焦耳熱與電流方向無關(guān)，因此珀?duì)栙N熱可以用反向兩次通電的方法測(cè)得。

　　湯姆遜效應(yīng)：

　　湯姆遜效應(yīng)，1856年，湯姆遜利用他所創(chuàng)立的熱力學(xué)原理對(duì)塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)進(jìn)行了全面分析，并將本來互不相干的塞貝克系數(shù)和帕爾帖系數(shù)之間建立了聯(lián)系。湯姆遜認(rèn)為，在絕對(duì)零度時(shí)，帕爾帖系數(shù)與塞貝克系數(shù)之間存在簡(jiǎn)單的倍數(shù)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，他又從理論上預(yù)言了一種新的溫差電效應(yīng)，即當(dāng)電流在溫度不均勻的導(dǎo)體中流過時(shí)，導(dǎo)體除產(chǎn)生不可逆的焦耳熱之外，還要吸收或放出一定的熱量(稱為湯姆孫熱)。或者反過來，當(dāng)一根金屬棒的兩端溫度不同時(shí)，金屬棒兩端會(huì)形成電勢(shì)差。這一現(xiàn)象后叫湯姆遜效應(yīng)(Thomson effect)，成為繼塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)之后的第三個(gè)熱電效應(yīng)(thermoelectric effect)。

　　湯姆遜效應(yīng)是導(dǎo)體兩端有溫差時(shí)產(chǎn)生電勢(shì)的現(xiàn)象，帕爾帖效應(yīng)是帶電導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生溫差(其中的一端產(chǎn)生熱量，另一端吸收熱量)的現(xiàn)象，兩者結(jié)合起來就構(gòu)成了塞貝克效應(yīng)。

　　熱電比：

　　熱電比即熱電廠發(fā)熱量和發(fā)電量的比值。根據(jù)《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》，要求供熱式汽輪發(fā)電機(jī)組的蒸汽流既發(fā)電又供熱的常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)，應(yīng)符合下列指標(biāo)：　A、 所有熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組總熱效率年平均大于45%?！】偀嵝?(供熱量+供電量X 3600千焦/千瓦時(shí))/(燃料總消耗量X燃料單位低位熱值)X 100%。　B、 單機(jī)容量在5萬千瓦以下的熱電機(jī)組，其熱電比年平均應(yīng)大于100%;單機(jī)容量在5萬千瓦至20萬千瓦以下的熱電機(jī)組，其熱電比年平均應(yīng)大于50%;單機(jī)容量20萬千瓦及以上抽汽凝汽兩用供熱機(jī)組，采暖期熱電比應(yīng)大于50%?！犭姳?供熱量/(供電量X 3600千焦/千瓦時(shí))X 100%。

　　注：供熱量單位采用千焦，供電量單位采用千瓦時(shí)，燃料總消耗量單位采用千克，燃料單位低位熱值千焦/千克，這兩個(gè)條件是衡量熱電機(jī)組是否達(dá)標(biāo)的必備條件。

　　熱電性：

　　當(dāng)?shù)V物溫度變化時(shí)，在晶體的某些結(jié)晶方向產(chǎn)生電荷的性質(zhì)稱為熱電性。

　　礦物的熱電性主要存在于無對(duì)稱中心、具有極性軸的介電質(zhì)礦物晶體中。如電氣石、方硼石。

　　熱電性是指寶石礦物在外界溫度變化時(shí)，在晶體的某些方向產(chǎn)生電荷的性質(zhì)。熱電性最初發(fā)現(xiàn)于石英中。

　　熱釋電材料如鈦酸鉛、硫酸三甘肽具有材料表面在受熱情況下出現(xiàn)電荷的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是由于此類物質(zhì)的分子有自發(fā)極化作用形成電偶極子在物體表面吸附環(huán)境中的靜電荷達(dá)到中和，但溫度變化下其自發(fā)極化強(qiáng)度相應(yīng)改變從而在物體表面出現(xiàn)多余的電荷，我們稱材料的這種表現(xiàn)為熱釋電效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)是熱電性的一個(gè)重要方面。

 

　　可穿戴式熱電元件歷史：

　　但KAIST研究團(tuán)隊(duì)與此相反，在換上效率較高的熱電物質(zhì)，制造成墨水形態(tài)后，以在柔軟的玻璃纖維前后印刷的方法成功實(shí)現(xiàn)“一箭雙雕”。

　　可穿戴式熱電元件影響：

　　新元件像普通纖維那樣容易加工、比較輕便，但電力生產(chǎn)能力是相同重量的陶瓷類元件的14倍。如果用貼在胳膊上的腕帶形態(tài)來制作，就會(huì)產(chǎn)生大約40毫瓦(以氣溫零上20度，體溫37度為基準(zhǔn))的電力，大大超過了在智能帶上使用的電子傳感器電力消耗量。如果制作成上衣大小來穿，就可生產(chǎn)兩瓦電力，甚至可以供手機(jī)通話。

　　趙秉鎮(zhèn)教授表示，目標(biāo)是在3年內(nèi)要使能源效率比現(xiàn)在多四倍，實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。起初是用于輔助現(xiàn)有電池，但將來還可以制作沒有電池的電子設(shè)備。

　　KAIST熱電元件

　　若將這種熱電元件穿在身上，就會(huì)根據(jù)外部氣溫和體溫的差異產(chǎn)生電流。但現(xiàn)有產(chǎn)品使用陶瓷類基板，又硬又重。最近開發(fā)出部分使用柔軟有機(jī)材料的元件，但能源效率與現(xiàn)有元件相比只有百分之一左右。

　　但KAIST研究團(tuán)隊(duì)與此相反，在換上效率較高的熱電物質(zhì)，制造成墨水形態(tài)后，以在柔軟的玻璃纖維前后印刷的方法成功實(shí)現(xiàn)“一箭雙雕”。

　　新元件像普通纖維那樣容易加工、比較輕便，但電力生產(chǎn)能力是相同重量的陶瓷類元件的14倍。如果用貼在胳膊上的腕帶形態(tài)來制作，就會(huì)產(chǎn)生大約40毫瓦(以氣溫零上20度，體溫37度為基準(zhǔn))的電力，大大超過了在智能帶上使用的電子傳感器電力消耗量。如果制作成上衣大小來穿，就可生產(chǎn)兩瓦電力，甚至可以供手機(jī)通話。