一种嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法

本发明涉及热电织物织造技术，具体是一种嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法。

背景技术：

1、随着移动网络、传感器、物联网、大数据以及人工智能等技术的发展，智能穿戴设备在健康医疗、智能服饰、智能皮肤等领域展现了广阔的应用前景。热电材料是一种可将热能与电能相互转换的新型功能材料，以其体积小、重量轻、无运动部件、无噪音、无污染、寿命长、易于控制等优点而备受关注。优良的热电材料可以高效地回收热能，基于织物的可穿戴性，将传统纺织与热电材料相结合，由于人体摄入的能量主要以热能形式向外界散失，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纺织品的自供能。

2、目前的热电织物主要是将有机热电材料或者粉末状无机热电材料，通过浸泡、涂覆等方法附着在纺织纱线上，制备形成p型和n型纱线或形成p型段、n型段和电极段的复合纱线，并将纱线间隔穿入具有一定厚度的柔性织物中，制得热电转换织物。此类织物虽然具备一定的柔性，但是由于有机热电材料本身热电性能较差，纺织纱线绝大多数是绝缘的，涂覆热电材料后虽然有一定的导电性，但是电阻很大，以至于其热电转换效率低，且只能用于温差发电，而无法制冷。

3、无机块状热电材料本身具有优越的热电性能，然而，其作为柔性热电材料的应用受到其固有刚度的限制。公开号为cn109524533a的发明申请公布了一种线圈状热电单元、织物结构热电器件及其制备和应用，但其所制备的织物结构的热电器件仅仅可以实现发电功能，无法制冷；其发电功率在μw级，应用范围十分有限，还未实现大面积织造。公开号为cn111095583a的发明申请公布了一种热电织物，可用于机动车座椅表面实现温度控制，但是该织物仅仅是通过铜线等柔性导线连接起来，虽然可以实现制冷功能，但是由于每部分面积较大，排列后只能一个方向弯曲，柔性十分有限，缺乏舒适性，无法穿戴。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法。

2、本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

3、步骤1、根据热电织物的设计尺寸确定无机热电块体的尺寸；

4、步骤2、将导电材料镀在无机热电块体的上表面和下表面；

5、步骤3、织造前，根据热电织物的设计尺寸确定经纱和纬纱的长度；根据无机热电块体的尺寸确定每个口袋状空间的尺寸；

6、步骤4、织造过程，具体步骤如下：

7、s4.1、经纱上机：选取若干根非导电纱线作为经纱；然后将经纱的一端固定在后卷轴上，根据组织图依次进行穿棕和穿筘，最后将经纱的另一端固定在前卷轴上；

8、s4.2、织造第一单元结构：第一单元结构的织物组织结构为单层组织，纬纱使用非导电纱线；织造两纬非导电纱线后，第一单元结构织造完成；

9、s4.3、织造第二单元结构：第二单元结构的织物组织结构由多层组织和单层组织构成，纬纱使用非导电纱线；两种织物组织在引纬时同时成型，织造至能够包覆至少三分之一的无机热电块体；

10、s4.4、织造第三单元结构：第三单元结构的织物组织结构由多层组织和浮线组织构成，纬纱更换为导电纱线；两种织物组织在引纬时同时成型，织造若干纬导电纱线直至完全覆盖无机热电块体的上表面和下表面，第三单元结构织造完成；

11、s4.5、再次织造第二单元结构：两种织物组织在引纬时同时成型，纬纱更换为非导电纱线；再次织造至完全包覆无机热电块体，此时沿纬向形成若干个均匀间隔排列的单侧密闭的口袋状结构；

12、s4.6、在单侧密闭的口袋状结构内放入无机热电块体，其中p型无机热电块体与n型无机热电块体在纬向和经向上均间隔设置，无机热电块体的上表面和下表面分别紧贴织物的上表面和下表面，一个织物组织循环完成；开始下一个织物组织循环的织造，按照s4.2织造完成下一个织物组织循环的第一单元结构后，当前织物组织循环的单侧密闭的口袋状结构变为全密闭的口袋状结构，进而形成口袋状空间并将无机热电块体完全包裹其中；

13、s4.7、重复s4.3～s4.6，织造至设计长度，织造完成；

14、步骤5、加热织物的上表面和下表面，将导电纱线与无机热电块体焊接导电；

15、步骤6、将一个口袋状空间的上表面和下表面中的一个表面中的第三单元结构的浮线组织中的所有导电纱线去除，同时将与该口袋状空间相邻的四个口袋状空间的上表面和下表面中的另一个表面中的第三单元结构的浮线组织中的所有导电纱线去除；对整个织物按照上述方式处理完成后，进而将所有的无机热电块体串联起来，得到热电织物。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

17、(1)本发明将热电原理与纺织技术相结合，通过合理的织物组织结构设计，在经纬向织造出大小相同的口袋状空间，并在口袋状结构织造成单侧密闭的过程中将无机热电块体嵌入到织物中，一体成型，克服了无机热电块体作为柔性热电材料的应用受到其固有刚度的限制，解决了无机热电材料柔性化的关键技术问题，在保持优异热电性能的同时，亦具有高柔性，实现三维可变形，在保持其较高的热电转换效率的同时，亦可实现温差制冷，同时具有很好的机械稳定性、可水洗性和耐久性。

18、(2)本发明可以通过改变无机热电块体的材料、尺寸和排列，从而调节热电织物的厚度和性能；通过使用不同功能的纱线以及不同的织物组织结构的设计，可以赋予热电织物多样化的功能，如非导电纱线使用弹性纱线，使织物具备柔性的同时具有一定的弹性；多层织物组织部分，下层纱线使用纱支数较粗的纱线，上层纱线使用纱支数较细的纱线可以增加织物的芯吸效应，从而增加织物的热舒适性等。

19、(3)本发明所制备的热电织物可以任意裁剪并且所用的材料均可绿色回收。

20、(4)本发明操作简单，成本低，可以规模化连续制备大面积热电织物，为热电织物商业化生产铺平道路。

21、(5)本发明的热电织物已成功应用于智能可穿戴领域，整个热电转换系统具有很好的导电性和较高的热电转换效率，在实现温差发电的同时亦可实现温差制冷，其高功率密度可以为包括手机在内的移动电子设备供电，也可实现人体的温度调控，制热温差可达到20k以上，制冷温差可以达到10k以上。亦可应用于医疗健康、航空航天、军事领域等。

技术特征：

1.一种嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法，其特征在于，步骤1中，无机热电块体的厚度≤热电织物的厚度，无机热电块体的宽度小于热电织物的整体宽度除以无机热电块体沿纬向的个数的比值。

3.根据权利要求1所述的嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法，其特征在于，步骤1中，无机热电块体的形状为长方体、圆柱体、梯形体或沙漏型。

4.根据权利要求1所述的嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法，其特征在于，步骤2中，无机热电块体的上表面和下表面为无机热电块体的温差最大的两个相对的表面。

5.根据权利要求1所述的嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法，其特征在于，步骤3中，经纱的长度比热电织物的整体长度大50～100cm，纬纱长度比热电织物的宽度大5～10cm，口袋状空间的尺寸能够完全包裹无机热电块体。

6.根据权利要求1所述的嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法，其特征在于，s4.4中，导电纱线织造偶数纬。

7.根据权利要求1所述的嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法，其特征在于，s4.6中，一个p型无机热电块体在经向和纬向的相邻的无机热电块体均为n型无机热电块体，一个n型无机热电块体在经向和纬向的相邻的无机热电块体均为p型无机热电块体。

8.根据权利要求1所述的嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法，其特征在于，步骤4中，多层组织和单层组织的织物组织结构是平纹组织、斜纹组织或缎纹组织。

9.根据权利要求1所述的嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法，其特征在于，该方法还包括步骤7：对热电织物进行热定型，使无机热电块体被织物更紧密地包覆。

技术总结
本发明公开了一种嵌入式无机半导体基热电织物的织造方法，包括：根据热电织物的设计尺寸确定无机热电块体的尺寸；再将导电材料镀在无机热电块体的上表面和下表面；再根据热电织物的设计尺寸确定经纱和纬纱的长度；根据无机热电块体的尺寸确定每个口袋状空间的尺寸；开始织造过程；织造完成，加热织物的上表面和下表面，将导电纱线与无机热电块体焊接导电；最后将所有的无机热电块体串联起来，得到热电织物。本发明将热电原理与纺织技术相结合，将无机热电块体嵌入到织物中，一体成型，解决了无机热电材料柔性化的关键技术问题，在保持优异热电性能的同时，实现三维可变形，在保持较高的热电转换效率的同时，亦可实现温差制冷。

技术研发人员：景媛媛,张坤
受保护的技术使用者：东华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15