能伸长的热电材料、热电器件、能穿戴的电子设备、和电子设备的制造方法
【专利说明】能伸长的热电材料、热电器件、能穿戴的电子设备、和电子 设备
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2014年5月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请 No. 10-2014-0066523的优先权，将其公开内容全部引入本文作为参考。
技术领域
[0003] 本公开内容涉及能伸长的（能拉伸的，stretchable)热电材料和/或包括所述能 伸长的热电材料的热电器件。
【背景技术】
[0004] 热电转换是热能向电能的转换和反过来的转换。珀耳帖效应指的是其中当电流流 经热电材料时在热电材料的两个末端之间产生温差的效应，和塞贝克效应指的是其中当在 热电材料的两个末端之间存在温差时产生电的逆效应。
[0005] 通过珀耳帖效应操作的冷却系统对于在其中可难以使用现有冷却系统例如被动 冷却系统或者制冷剂气体压缩型冷却系统的一些应用中的使用可为有效的。热电冷却是生 态友好的冷却技术，其不使用制冷剂气体，从而限制和/或防止任何环境问题。如果热电冷 却的效率通过高效的热电冷却材料的开发得以改善，则其应用领域可扩展至通用冷却设备 例如制冷机（冰箱）和空气调节器（空调）。
[0006] 此外，可利用塞贝克效应从由电脑、汽车发动机、工业设备等产生的热产生电能。 通过塞贝克效应产生的热电电力可变成新的可再生能源。随同在新能源、环境、余能再利用 等方面的日益增长的兴趣一起，对热电器件的兴趣已经增加。
[0007] 存在日益增长的对用于大面积热电器件或者能穿戴的（wearable)热电设备的聚 合物热电材料或者柔性热电材料的兴趣。
[0008]与热电无机材料相比，聚合物热电材料或者柔性热电材料无毒且便宜，并且使用 聚合物热电材料或柔性热电材料制造大面积热电器件是容易的。然而，通常，聚合物热电材 料或柔性热电材料的热电转换效率低。
【发明内容】
[0009] 提供具有伸长性（拉伸性，stretchability)和高的热电转换效率的热电材料。
[0010] 提供包括所述热电材料并且可应用于能穿戴的电子设备的热电器件。
[0011] 另外的方面将在随后的描述中部分地阐明并且部分地将从所述描述明晰，或者可 通过实例实施方式的实践获知。
[0012] 根据实例实施方式，热电材料包括能伸长的聚合物、以及与所述能伸长的聚合物 混合在一起的热电结构体和导电材料。
[0013] 在实例实施方式中，所述能伸长的聚合物可包括如下的至少一种：聚（苯乙烯-异 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)、丁腈橡胶（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)、和聚异戊 二烯。
[0014] 在实例实施方式中，所述热电结构体可包括如下的至少一种：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] 在实例实施方式中，所述含碳的材料可包括如下的至少一种：碳纳米管、石墨烯、 和石墨。
[0016] 在实例实施方式中，所述导电材料可包括如下的至少一种：碳纳米材料和金属材 料。
[0017] 在实例实施方式中，所述碳纳米材料可包括如下的至少一种：碳纳米管、石墨烯、 和石墨稀纳米颗粒。
[0018] 在实例实施方式中，所述导电材料可包括所述碳纳米管和所述金属材料。所述金 属材料可为金属纳米颗粒。所述金属纳米颗粒可吸附在所述碳纳米管的表面上。
[0019] 在实例实施方式中，所述金属材料可包括金（Au)、银（Ag)、铂（Pt)、铜（Cu)、镍 (Ni)、铝（A1)、钯（Pd)、铑（Rh)、和钌（Ru)。
[0020] 在实例实施方式中，混合在一起的所述热电结构体和所述导电材料可为碳纳米管 和金属纳米颗粒。所述金属纳米颗粒可吸附在所述碳纳米管的表面上。
[0021] 在实例实施方式中，所述热电结构体和所述导电材料可包括碳纳米管。
[0022] 在实例实施方式中，所述碳纳米管可为多壁碳纳米管（MWCNT)阵列。所述碳纳米 管可排列在一个方向上。
[0023] 在实例实施方式中，所述多壁碳纳米管阵列可嵌入所述能伸长的聚合物中。
[0024] 在实例实施方式中，所述能伸长的聚合物可具有单轴伸长性。所述多壁碳纳米管 阵列中的所述碳纳米管的长度可平行于所述能伸长的聚合物的伸长方向。
[0025] 在实例实施方式中，所述能伸长的聚合物可具有单轴伸长性。所述多壁碳纳米管 阵列中的所述碳纳米管的长度可垂直于所述能伸长的聚合物的伸长方向。根据实例实施方 式，热电器件可包括所述热电材料、以及电连接至所述热电材料的各个（respective)末端 的第一和第二电极。
[0026] 在实例实施方式中，所述热电器件可进一步包括电连接至所述第一和第二电极的 电子器件。
[0027] 在实例实施方式中，所述电子器件可为如下之一：电力消耗器件、电力存储器件、 和电力供应器件。
[0028] 根据实例实施方式，能穿戴的电子设备可配置成穿戴在对象身上（置于对象上） 用于对所述对象进行检查。所述能穿戴的电子设备可包括所述热电材料、电连接至所述热 电材料的各个末端的第一和第二电极、连接至所述第一和第二电极的电力存储器件、和操 作单元。所述电力存储器件可配置成存储基于在所述热电材料的两个末端之间的温差在所 述热电材料中产生的电能。所述温差可由所述对象提供的热导致。所述操作单元可配置成 从所述电力存储器件接收电能并且对所述对象进行检查操作。
[0029] 在实例实施方式中，所述操作单元可配置成测量所述对象的健康或运动状态。
[0030] 根据实例实施方式，电子设备包括所述热电材料、电连接至所述热电材料的各个 末端的第一和第二电极、和电连接至所述第一和第二电极的电力供应器件。所述电力供应 器件配置成向所述热电材料施加电流用于在所述热电材料的各个末端之一处形成热点冷 却区域。
[0031] 根据实例实施方式，热电材料包括能伸长的聚合物、混合在所述能伸长的聚合物 中的热电结构体、和混合在所述能伸长的聚合物中的导电材料。所述热电材料包含碳。
[0032] 在实例实施方式中，所述能伸长的聚合物可包括如下的至少一种：聚（苯乙烯-异 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)、丁腈橡胶（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)、和聚异戊 二烯。
[0033] 在实例实施方式中，所述导电材料可包括金属纳米颗粒。
[0034] 在实例实施方式中，所述热电结构体可包括嵌入所述能伸长的聚合物中的碳纳米 管。所述金属纳米颗粒可吸附在所述碳纳米管上。
[0035] 在实例实施方式中，所述碳纳米管可以阵列排列并且所述碳纳米管的长度可彼此 平行。
【附图说明】
[0036] 由如在附图中所说明的发明构思的非限制性实施方式的更具体的描述，发明构思 的前述和其它特征将是明晰的，在不同的图中，相同的标记符号始终是指相同的部件（部 分）。附图未必是按比例的，而是将重点放在说明发明构思的原理上。在附图中：
[0037] 图1为说明根据实例实施方式的热电材料的示意图；
[0038] 图2为说明根据实例实施方式制备的热电材料样品的伸长状态的图像；
[0039] 图3为在放大的尺度上的从所述热电材料样品的表面拍摄的扫描电子显微镜 (SEM)图像；
[0040] 图4为说明根据实例实施方式的热电材料的电导率和拉伸应变（tensile strain)之间的关系的图；
[0041] 图5为说明根据实例实施方式的热电材料的塞贝克系数和拉伸应变之间的关系 的图；
[0042] 图6为说明根据实例实施方式的热电材料的功率因数（powerfactor)和拉伸应 变之间的关系的图；
[0043] 图7A为说明根据实例实施方式的热电材料的示意图；
[0044] 图7B为说明根据实例实施方式的热电材料的示意图；
[0045] 图8为说明在图7A的热电材料中包括的纳米结构体的详细图；
[0046] 图9A-9C为说明根据实例实施方式的热电材料的示意图；
[0047] 图10A-10C为说明根据实例实施方式的热电材料的示意图；
[0048] 图11为说明根据实例实施方式的热电器件的示意图；
[0049] 图12为说明根据实例实施方式的热电器件的示意图；
[0050] 图13为说明根据实例实施方式的热电器件的示意图；和
[0051] 图14为根据实例实施方式的能穿戴的电子设备的示意性方框图。
【具体实施方式】
[0052] 现在将参照其中示出了一些实例实施方式的附图更充分地描述实例实施方式。然 而，实例实施方式可以许多不同的形式体现并且不应被解释为限于本文中阐述的实施方 式；相反，提供这些实例实施方式使得本公开内容将是彻底和完整的，并且将发明