穿戴式柔性温差发电器的设计与热电耦合建模研究

发布时间：2020-12-01 18:07

　　随着柔性电子与智能穿戴设备在医疗健康领域的快速发展,其对长续航、高能量密度电源的需求也日益增强。温差发电器是将热能直接转化为电能的一种能量收集装置,具有清洁、无运动部件等优点,可收集人体余热为智能穿戴设备持续地提供电能。然而,现有的穿戴式温差发电器功率密度较低,尚不能完全满足智能穿戴设备长期供电驱动的需要;且人体的体表多为曲面,,传统的刚性温差发电器无法实现与皮肤的良好贴合。因此,需要设计一种柔性好、.功率密度高的穿戴式温差发电器,实现智能穿戴设备的自供能,并通过理论分析、数值仿真等方法对穿戴式温差发电器的传热和发电性能进行研究。为此,本文结合国家自然科学基金项目“体内植入式热电—压电复合型柔性微发电构件研究”(编号:51275466)和“智能假肢手物体抓握过程中的滑移产生机理及其检测技术研究”(编号:51575485),采用理论建模、数值仿真与实验研究相结合的方式,开展了穿戴式柔性温差发电器结构设计与制造、热电臂形状参数影响理论建模分析、柔性温差发电器热电耦合数值仿真、冷端散热结构热阻建模分析等方面的研究工作。第1章,阐述了本论文的研究背景与意义,详细介绍了国内外在穿戴式温差发电器设... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

BIIN丁ELLIGENCE曹能穿效设备市场发展趋势Isl

解决上述问题的有效途径之一是釆用能量收集装置为智能穿戴设备供电。目前主要的??能量收集装置有太阳能电池［１７，２１］、温差发电器［１８，２２１、生物燃料电池［１９，２３］与压电发电器［２Ｇ，２４］??等，如图１．２所示，可以分别对光能、人体的热能、生物质能和运动能进行收集并转换为．??电能。其中，温差发电器基于热电材料的塞贝克效应［２５］，具有清洁、无运动部件、结构紧??凑等优点［２６］，由于人体摄入的能量主要以热能形式向外界散失［１６］，利用穿戴式温差发电器??对人体余热进行收集转换，理论上可实现智能穿戴设备的自供能［２７＿３１】。因此，开发一种便??携可靠、功率密度高、制造成本低的穿戴式柔性温差发电器，具有重要的研究和应用价值。??本学位论文结合国家自然科学

ａ＞ｅ??鱷■?＿??图１．３手表型穿戴式温差发电器Ｍ?图１．４集成在服饰中的穿戴式温差发电器Ｗ??（２）柔性温差发电器??由于采用柔性的热电臂或连接电极，穿戴式柔性温差发电器能够吸收变形引入的弯曲??应力，使器件在较好地贴合人体皮肤曲面的同时，减少变形或振动冲击对热电臂或电极连??接界面的破坏。按照热电臂在衬底上的排列方式，柔性温差发电器可以分为面内型??（Ｉｎ－ｐｌａｎｅ）结构和面外型（Ｏｕｔ－ｐｌａｎｅ）结构。面内型结构的温差发电器中，热电臂与基底平??面平行，热电臂为薄膜结构，按照热流传递方向，分为面内－水平型结构（图１．５（ａ））与面??内－垂直型（图１．５（ｂ））；面外型结构温差发电器的热电臂与基底垂直，因此可称为面外－??垂直型结构，其热流传递方向也与基底垂直，如图１．５（ｃ）所示。??（ａ）?ｙ???Ｖ?（ｂ）?二（Ｃ）?ｙ?ｈｅａｕａｏｗ??．．■■■■??占。屢／?Ｉ．—…ｉ?＇?－?７??；?；?一?．／？．．．．．－ｒ－７－

【参考文献】：
期刊论文
[1]碲化铋基热电半导体晶体研究[J]. 李小亚,陈炎,郝峰,包晔峰,陈立东.  中国材料进展. 2017(04)

硕士论文
[1]Bi2Te3基热电模组钎焊连接及工艺优化研究[D]. 谌礼群.浙江大学 2017



本文编号：2894966