能伸長的熱電材料、熱電器件、能穿戴的電子設(shè)備、和電子設(shè)備的制造方法
【專利說明】能伸長的熱電材料、熱電器件、能穿戴的電子設(shè)備、和電子 設(shè)備
[0001] 相關(guān)申請
[0002] 本申請要求2014年5月30日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請 No. 10-2014-0066523的優(yōu)先權(quán)，將其公開內(nèi)容全部引入本文作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開內(nèi)容涉及能伸長的（能拉伸的，stretchable)熱電材料和/或包括所述能 伸長的熱電材料的熱電器件。
【背景技術(shù)】
[0004] 熱電轉(zhuǎn)換是熱能向電能的轉(zhuǎn)換和反過來的轉(zhuǎn)換。珀耳帖效應(yīng)指的是其中當電流流 經(jīng)熱電材料時在熱電材料的兩個末端之間產(chǎn)生溫差的效應(yīng)，和塞貝克效應(yīng)指的是其中當在 熱電材料的兩個末端之間存在溫差時產(chǎn)生電的逆效應(yīng)。
[0005] 通過珀耳帖效應(yīng)操作的冷卻系統(tǒng)對于在其中可難以使用現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)例如被動 冷卻系統(tǒng)或者制冷劑氣體壓縮型冷卻系統(tǒng)的一些應(yīng)用中的使用可為有效的。熱電冷卻是生 態(tài)友好的冷卻技術(shù)，其不使用制冷劑氣體，從而限制和/或防止任何環(huán)境問題。如果熱電冷 卻的效率通過高效的熱電冷卻材料的開發(fā)得以改善，則其應(yīng)用領(lǐng)域可擴展至通用冷卻設(shè)備 例如制冷機（冰箱）和空氣調(diào)節(jié)器（空調(diào)）。
[0006] 此外，可利用塞貝克效應(yīng)從由電腦、汽車發(fā)動機、工業(yè)設(shè)備等產(chǎn)生的熱產(chǎn)生電能。 通過塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生的熱電電力可變成新的可再生能源。隨同在新能源、環(huán)境、余能再利用 等方面的日益增長的興趣一起，對熱電器件的興趣已經(jīng)增加。
[0007] 存在日益增長的對用于大面積熱電器件或者能穿戴的（wearable)熱電設(shè)備的聚 合物熱電材料或者柔性熱電材料的興趣。
[0008]與熱電無機材料相比，聚合物熱電材料或者柔性熱電材料無毒且便宜，并且使用 聚合物熱電材料或柔性熱電材料制造大面積熱電器件是容易的。然而，通常，聚合物熱電材 料或柔性熱電材料的熱電轉(zhuǎn)換效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 提供具有伸長性（拉伸性，stretchability)和高的熱電轉(zhuǎn)換效率的熱電材料。
[0010] 提供包括所述熱電材料并且可應(yīng)用于能穿戴的電子設(shè)備的熱電器件。
[0011] 另外的方面將在隨后的描述中部分地闡明并且部分地將從所述描述明晰，或者可 通過實例實施方式的實踐獲知。
[0012] 根據(jù)實例實施方式，熱電材料包括能伸長的聚合物、以及與所述能伸長的聚合物 混合在一起的熱電結(jié)構(gòu)體和導(dǎo)電材料。
[0013] 在實例實施方式中，所述能伸長的聚合物可包括如下的至少一種：聚（苯乙烯-異 戊二烯-苯乙烯）（SIS)、聚（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）（SBS)、聚（苯乙烯-乙烯/ 丁 烯-苯乙烯）（SEBS)、聚偏氟乙烯（PVDF)、丁腈橡膠（NBR)、聚氨酯（PU)、聚（二甲基硅氧 烷）（PDMS)、聚氨酯丙烯酸酯（PUA)、全氟聚醚（PFPE)、聚酯（PE)、聚丁二烯（PB)、和聚異戊 二烯。
[0014] 在實例實施方式中，所述熱電結(jié)構(gòu)體可包括如下的至少一種：含Sb-Te的材料、含 Bi-Te的材料、含Bi-Sb-Te的材料、含Co-Sb的材料、含Pb-Te的材料、含Ge-Tb的材料、含 Si-Ge的材料、含Sm-Co的材料、和含碳的材料。
[0015] 在實例實施方式中，所述含碳的材料可包括如下的至少一種：碳納米管、石墨烯、 和石墨。
[0016] 在實例實施方式中，所述導(dǎo)電材料可包括如下的至少一種：碳納米材料和金屬材 料。
[0017] 在實例實施方式中，所述碳納米材料可包括如下的至少一種：碳納米管、石墨烯、 和石墨稀納米顆粒。
[0018] 在實例實施方式中，所述導(dǎo)電材料可包括所述碳納米管和所述金屬材料。所述金 屬材料可為金屬納米顆粒。所述金屬納米顆粒可吸附在所述碳納米管的表面上。
[0019] 在實例實施方式中，所述金屬材料可包括金（Au)、銀（Ag)、鉑（Pt)、銅（Cu)、鎳 (Ni)、鋁（A1)、鈀（Pd)、銠（Rh)、和釕（Ru)。
[0020] 在實例實施方式中，混合在一起的所述熱電結(jié)構(gòu)體和所述導(dǎo)電材料可為碳納米管 和金屬納米顆粒。所述金屬納米顆?？晌皆谒鎏技{米管的表面上。
[0021] 在實例實施方式中，所述熱電結(jié)構(gòu)體和所述導(dǎo)電材料可包括碳納米管。
[0022] 在實例實施方式中，所述碳納米管可為多壁碳納米管（MWCNT)陣列。所述碳納米 管可排列在一個方向上。
[0023] 在實例實施方式中，所述多壁碳納米管陣列可嵌入所述能伸長的聚合物中。
[0024] 在實例實施方式中，所述能伸長的聚合物可具有單軸伸長性。所述多壁碳納米管 陣列中的所述碳納米管的長度可平行于所述能伸長的聚合物的伸長方向。
[0025] 在實例實施方式中，所述能伸長的聚合物可具有單軸伸長性。所述多壁碳納米管 陣列中的所述碳納米管的長度可垂直于所述能伸長的聚合物的伸長方向。根據(jù)實例實施方 式，熱電器件可包括所述熱電材料、以及電連接至所述熱電材料的各個（respective)末端 的第一和第二電極。
[0026] 在實例實施方式中，所述熱電器件可進一步包括電連接至所述第一和第二電極的 電子器件。
[0027] 在實例實施方式中，所述電子器件可為如下之一：電力消耗器件、電力存儲器件、 和電力供應(yīng)器件。
[0028] 根據(jù)實例實施方式，能穿戴的電子設(shè)備可配置成穿戴在對象身上（置于對象上） 用于對所述對象進行檢查。所述能穿戴的電子設(shè)備可包括所述熱電材料、電連接至所述熱 電材料的各個末端的第一和第二電極、連接至所述第一和第二電極的電力存儲器件、和操 作單元。所述電力存儲器件可配置成存儲基于在所述熱電材料的兩個末端之間的溫差在所 述熱電材料中產(chǎn)生的電能。所述溫差可由所述對象提供的熱導(dǎo)致。所述操作單元可配置成 從所述電力存儲器件接收電能并且對所述對象進行檢查操作。
[0029] 在實例實施方式中，所述操作單元可配置成測量所述對象的健康或運動狀態(tài)。
[0030] 根據(jù)實例實施方式，電子設(shè)備包括所述熱電材料、電連接至所述熱電材料的各個 末端的第一和第二電極、和電連接至所述第一和第二電極的電力供應(yīng)器件。所述電力供應(yīng) 器件配置成向所述熱電材料施加電流用于在所述熱電材料的各個末端之一處形成熱點冷 卻區(qū)域。
[0031] 根據(jù)實例實施方式，熱電材料包括能伸長的聚合物、混合在所述能伸長的聚合物 中的熱電結(jié)構(gòu)體、和混合在所述能伸長的聚合物中的導(dǎo)電材料。所述熱電材料包含碳。
[0032] 在實例實施方式中，所述能伸長的聚合物可包括如下的至少一種：聚（苯乙烯-異 戊二烯-苯乙烯）（SIS)、聚（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）（SBS)、聚（苯乙烯-乙烯/ 丁 烯-苯乙烯）（SEBS)、聚偏氟乙烯（PVDF)、丁腈橡膠（NBR)、聚氨酯（PU)、聚（二甲基硅氧 烷）（PDMS)、聚氨酯丙烯酸酯（PUA)、全氟聚醚（PFPE)、聚酯（PE)、聚丁二烯（PB)、和聚異戊 二烯。
[0033] 在實例實施方式中，所述導(dǎo)電材料可包括金屬納米顆粒。
[0034] 在實例實施方式中，所述熱電結(jié)構(gòu)體可包括嵌入所述能伸長的聚合物中的碳納米 管。所述金屬納米顆?？晌皆谒鎏技{米管上。
[0035] 在實例實施方式中，所述碳納米管可以陣列排列并且所述碳納米管的長度可彼此 平行。
【附圖說明】
[0036] 由如在附圖中所說明的發(fā)明構(gòu)思的非限制性實施方式的更具體的描述，發(fā)明構(gòu)思 的前述和其它特征將是明晰的，在不同的圖中，相同的標記符號始終是指相同的部件（部 分）。附圖未必是按比例的，而是將重點放在說明發(fā)明構(gòu)思的原理上。在附圖中：
[0037] 圖1為說明根據(jù)實例實施方式的熱電材料的示意圖；
[0038] 圖2為說明根據(jù)實例實施方式制備的熱電材料樣品的伸長狀態(tài)的圖像；
[0039] 圖3為在放大的尺度上的從所述熱電材料樣品的表面拍攝的掃描電子顯微鏡 (SEM)圖像；
[0040] 圖4為說明根據(jù)實例實施方式的熱電材料的電導(dǎo)率和拉伸應(yīng)變（tensile strain)之間的關(guān)系的圖；
[0041] 圖5為說明根據(jù)實例實施方式的熱電材料的塞貝克系數(shù)和拉伸應(yīng)變之間的關(guān)系 的圖；
[0042] 圖6為說明根據(jù)實例實施方式的熱電材料的功率因數(shù)（powerfactor)和拉伸應(yīng) 變之間的關(guān)系的圖；
[0043] 圖7A為說明根據(jù)實例實施方式的熱電材料的示意圖；
[0044] 圖7B為說明根據(jù)實例實施方式的熱電材料的示意圖；
[0045] 圖8為說明在圖7A的熱電材料中包括的納米結(jié)構(gòu)體的詳細圖；
[0046] 圖9A-9C為說明根據(jù)實例實施方式的熱電材料的示意圖；
[0047] 圖10A-10C為說明根據(jù)實例實施方式的熱電材料的示意圖；
[0048] 圖11為說明根據(jù)實例實施方式的熱電器件的示意圖；
[0049] 圖12為說明根據(jù)實例實施方式的熱電器件的示意圖；
[0050] 圖13為說明根據(jù)實例實施方式的熱電器件的示意圖；和
[0051] 圖14為根據(jù)實例實施方式的能穿戴的電子設(shè)備的示意性方框圖。
【具體實施方式】
[0052] 現(xiàn)在將參照其中示出了一些實例實施方式的附圖更充分地描述實例實施方式。然 而，實例實施方式可以許多不同的形式體現(xiàn)并且不應(yīng)被解釋為限于本文中闡述的實施方 式；相反，提供這些實例實施方式使得本公開內(nèi)容將是徹底和完整的，并且將發(fā)明