自由悬挂端部(连接到成角度下垂热电偶(angle hail thermocouple)和细供电引线)。加热器块支撑膜并包括连同热电偶由计算机外部控制的加热线圈。薄膜容许它们从其释放的预定起始位置的如同摆那样进行自由摆动。摆动的衰减用于确定机械性质和与压电功率相关的热电功率。图7示出了测试的结果。图7的上图示出了单个极化PVDF膜来回摆动的电压输出。预测了电压输出的对称性质。然而，图7底部的曲线示出了接触而形成ρη结的极化P-型和η-型PVDF膜的电压输出。膜对的非对称电压输出是通过ρη结的整流特性。这种整流能够加以利用而从本文中描述的热电装置提取由装置的各种机械变形产生的功率，否则其将由机械变形的方向性施加的随机性抵偿掉。
[0054]图1示出了根据本文中描述的一个实施方式的热电装置的放大侧视图。图1中示出的热电装置包含交替模式的偶联至η-型层⑵的两个P-型层(I)。P-型层⑴和η-型层(2)的交替偶联为热电装置提供了在装置的相对两侧面上具有ρη结(4)的ζ-型构造。绝缘层⑶设置于P-型层⑴和η-型层⑵的界面之间，因为同P-型层⑴和η-型层
(2)为堆叠构造。正如本文中所述，图1中提供的热电装置是放大状态而有利于图示说明和理解装置的各个部件。在一些实施方式中，然而，热电装置并非处于放大状态而使绝缘层
(3)接触P-型层⑴和η-型层⑵。
[0055]图1另外示出了通过将装置一个侧面暴露于热源而引发的通过热电装置的电流流动。为热电装置提供电接触部(X)而将热发电流应用于外部负载。
[0056]图2示出了根据本文中描述的一个实施方式的热电装置(200)，其中P-型层(201)和η-型层(202)为堆叠构造。以堆叠构造ρ_型层(201)和η-型层(202)通过绝缘层(207)分隔。热电装置(200)通过电接触部(204，205)连接至外部负载。
[0057]现在转向能够包含于本文中描述的热电装置的各个实施方式中的部件，本文中描述的热电装置包括至少一个包括碳纳米颗粒的P-型层。
[0058]P-型层的碳纳米颗粒，在一些实施方式中，包括富勒烯、碳纳米管、或其混合物。富勒烯，在一些实施方式中，包括1-(3-甲氧基羰基)丙基-1-苯基(6，6) C61 (PCBM)。在一些实施方式中，碳纳米管包括单壁碳纳米管(SWNT)，多壁碳纳米管(MffNT)，以及P-掺杂的单壁碳纳米管，P-掺杂的多壁碳纳米管或其混合物。
[0059]在一些实施方式中，P-掺杂的单壁碳纳米管和/或P-掺杂的多壁碳纳米管以范围为约0.lwt%?约30wt%的量包括硼。在一些实施方式中，P-掺杂的单壁碳纳米管和/或P-掺杂的多壁碳纳米管按照范围为约5*1:%?约25*1:%或约10wt%?约20wt%的量包括硼。在一些实施方式中，P-掺杂的单壁碳纳米管和/或P-掺杂的多壁碳纳米管按照小于约0.lwt%的量包括硼。在一些实施方式中，P-掺杂的单壁碳纳米管和/或P-掺杂的多壁碳纳米管包括氧。
[0060]在一些实施方式中，P-型掺杂剂引入到单壁和/或多壁碳纳米管的晶格中。在一些实施方式中，P-型掺杂剂通过包围单壁和/或多壁碳纳米管的环境而外部提供给碳纳米管。正如本文中进一步所述，P-型层的碳纳米管，在一些实施方式中，设置于聚合物基质中。在一些实施方式中，聚合物基质能够将P-掺杂剂提供于碳纳米管的表面上。在一些实施方式中，在聚合物基质将P-掺杂剂提供于碳纳米管表面上的情况下，碳纳米管在引入到聚合物基质中之前并未进行P-掺杂。可替换地，在一些实施方式中，在聚合物基质将P-掺杂剂提供于碳纳米管表面上的情况下，碳纳米管在引入到聚合物基质中之前包括P-掺杂剂。而且，在一些实施方式中，也设置于聚合物基质中的化学物质，如碱金属，能够起到碳纳米管的P-掺杂剂的作用。
[0061]在一些实施方式中，P-型层的碳纳米颗粒具有高的高径比。正如本文所用的所述术语高径比，是指碳纳米颗粒的长度除以碳纳米颗粒的直径或宽度。在一些实施方式中，P-型层的碳纳米颗粒表现出范围为约I?约16的高径比。在一些实施方式中，碳纳米颗粒表现出范围为约10?约100,000的高径比。在一些实施方式中，碳纳米颗粒具有范围为约10?约10，000或约5?约1000的高径比。
[0062]P-型层的碳纳米颗粒，包括碳纳米管，在一些实施方式中，具有范围为约Inm?约5mm或约1nm?约Imm的长度。在一些实施方式中，碳纳米颗粒具有范围为约50nm?约500 μ m，约10nm?约100 μ m，或约500nm?约10 μ m的长度。在一些实施方式中，碳纳米颗粒具有范围为约200 μ m?约500 μ m的长度。
[0063]p-型层的碳纳米颗粒，在一些实施方式中，具有范围为约Inm?约10nm的直径。在一些实施方式中，碳纳米颗粒具有范围为约1nm?约80nm或约20nm?约60nm的直径。在一些实施方式中，碳纳米颗粒具有大于约10nm或小于约Inm的直径。
[0064]在一些实施方式中，P-型层的碳纳米颗粒，包括碳纳米管，设置成垫层型构造(matconfigurat1n)。
[0065]p-型层，在一些实施方式中，按照范围为约0.1wt%?约10wt%的量包含一种或多种本文中描述的碳纳米颗粒。在一些实施方式中，P-型层按照至少约2wt%的量包含碳纳米颗粒。在一些实施方式中，p-型层按照至少约5wt%s至少约1(^1:%的量包含碳纳米颗粒。在一些实施方式中，P-型层按照范围为约2wt%?约5(^1:%的量包含碳纳米颗粒。在一些实施方式中，P-型层按照范围为约5wt%?约3(^1:%的量包含碳纳米颗粒。
[0066]本文中描述的p-型层的碳纳米颗粒负载率，在一些实施方式中，能够参照层的所需塞贝克系数进行选择。图3示出了作为根据本文中描述的一些实施方式的P-型层的聚偏氟乙烯(PVDF)基质的SWNT负载率的函数的塞贝克系数。正如图3中所示，范围为5wt%?10wt %的SWNT负载率为P-型层提供了一定范围的塞贝克系数。
[0067]尽管在图3中指示的是PVDF，但P-型层的基质能够由其它聚合物物质构成。任何与本发明的目的不矛盾的聚合物材料能够用于P-型层的聚合物基质的生产。在一些实施方式中，聚合物基质包含半结晶聚合物，其包括但不限于，聚氟乙烯(PVF)，聚偏氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)，聚偏氟乙烯-四氟乙烯(PVDF-TFE)，聚四氟乙烯(PTFE)，或其混合物或共聚物。热电装置的P-型层中使用的PVDF，PVDF-TFE和/或PVDF-TrFE的半结晶聚合物能够表现出增加的β -相的含量。例如，P-型层的PVDF，PVDF-TFE和/或PVDF-TrFE能够表现出相比率β/α为1.5?2.5。在一些实施方式中，β/α相比率为2?2.5。正如本文中的讨论，β -相结晶能够通过极化作用技术提供非随机取向，由此增强了聚合物基质的压电和热电性质。
[0068]在一些实施方式中，P-型层的聚合物基质包括聚丙烯酸(PAA)，聚甲基丙烯酸酯(PMA)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其混合物或共聚物。在一些实施方式中，聚合物基质包括聚烯烃，其包括但不限于聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯或其混合物或共聚物。
[0069]在一些实施方式中，P-型层的聚合物基质包含一种或多种共轭聚合物。在一些实施方式中，共轭聚合物包括噻吩类，其包括聚(3-己基噻吩)(Ρ3ΗΤ)，聚(3-辛基噻吩)(Ρ30Τ)，和聚噻吩(PTh) ο
[0070]在一些实施方式中，P-型层的聚合物基质包含一种或多种半导性聚合物。在一些实施方式中，半导性聚合物包括苯撑亚乙稀基类(phenylene vinylenes)，如聚(苯撑乙稀)(poly (phenylene vinylene))和聚(对苯撑乙稀)(poly (p-phenylene vinylene))(PPV)，及其衍生物。在一些实施方式中，半导性聚合物能够包括聚芴类，聚萘类，及其衍生物。在一些实施方式中，半导性聚合物包括聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)，聚酰胺类，聚(N-乙烯基咔唑)(PVCZ)，聚吡咯(PPy)，和聚苯胺(PAn)。在一些实施方式中，半导性聚合物包含聚[2，6-(4，4-二-(2-乙基己基)-4H-环戊并[2，Ι-b ;3，4_b，] 二噻吩)-alt-4, 7- (2，I, 3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)。
[0071]在一些实施方式中，P-型层能够具有与本发明目的一致的任何所需厚度。在一些实施方式中，p-型层具有至少约1nm或至少约10nm的厚度。p_型层，在一些实施方式中，具有至少约500nm或至少约I μπι的厚度。在一些实施方式中，ρ_型层具有至少约5 μπι或至少约15 μm的厚度。在一些实施方式中，p-型层具有范围为约5nm?约50 μm的厚度。在一些实施方式中，P-型层具有范围为约50nm?约30 μπι的厚度。在一些实施方式中，P-型层具有范围为约10nm?约20 μπι的厚度。在一些实施方式中，ρ-型层具有范围为约1nm?约10nm的厚度。
[0072]在一些实施方式中，P-型层能够具有与本发明的目的一致的任何所需的长度。在一些实施方式中，P-型层具有至少约I μπι或至少约ΙΟμπι的长度。在一些实施方式中，ρ-型层具有至少约100 μπι或至少约500 μπι的长度。ρ_型层，在一些实施方式中，具有至少约Imm或至少约1mm的长度。在一些实施方式中，P-型层具有范围为约I μπι?约10mm的长度。在一些实施方式中，P-型层具有范围为约10 μ m?约500mm的长度。
[0073]ρ-型层，在一些实施方式中，在290K的温度下具有至少约5 μ V/Κ的塞贝克系数。在一些实施方式中，P-型层在290Κ的温度下具有至少约10 μ V/Κ的塞贝克系数。在一些实施方式中，P-型层在290Κ的温度下具有至少约15 μ V/Κ或至少约20 μ V/Κ的塞贝克系数。在一些实施方式中，P-型层在290Κ的温度下具有至少约30 μ V/Κ的塞贝克系数。P-型层，在一些实施方式中，在290Κ的温度下具有范围为约5 μ V/Κ?约35 μ V/Κ的塞贝克系数。在一些实施方式中，P-型层在290Κ的温度下具有范围为约ΙΟμν/K?约30μν/Κ的塞贝克系数。
[0074]正如本文中所述，在一些实施方式中，ρ-型层的塞贝克系数能够根据碳纳米颗粒特性和负载率而变化。在一些实施方式中，例如，P-型层的塞贝克系数与P-型层的单壁碳纳米管负载率成反比。
[0075]除了至少一个ρ-型层之外，本文中描述的热电装置包括至少一个包含多个η-掺杂碳纳米颗粒的η-型层。
[0076]η-掺杂碳纳米颗粒，在一些实施方式中，包括富勒烯，碳纳米管，或其混合物。富勒烯，在一些实施方式中，包括1-(3-甲氧基羰基)丙基-1-苯基(6，6) C61 (PCBM)。在一些实施方式中，η-掺杂的碳纳米管包括单壁碳纳米管，多壁碳纳米管或其混合物。
[0077]在一些实施方式中，η-型层的碳纳米颗粒，包括碳纳米管，设置成垫层型构造。
[0078]在一些实施方式中，η-掺杂的单壁碳纳米管和/或η-掺杂的多壁碳纳米管按照范围为约0.lwt%?约30wt%的量包括氮。在一些实施方式中，η-掺杂的单壁碳纳米管和/或η-掺杂的多壁碳纳米管按照范围为约5wt%?约25wt%或约10wt%?约20wt%的量包括氮。在一些实施方式中，η-掺杂的单壁碳纳米管和/或η-掺杂的多壁碳纳米管按照小于约0.1wt %的量包括氮。在一些实施方式中，η-掺杂的单壁碳纳米管和/或η-掺杂的多壁碳纳米管是脱氧的纳米管。
[0079]在一些实施方式中，η-型掺杂剂引入到单壁和/或多壁碳纳米管的晶格中。在一些实施方式中，η-型掺杂剂通过包围单壁和/或多壁碳纳米管的环境外部提供给碳纳米管。正如本文中进一步所述，η-型层的碳纳米管，在一些实施方式中，设置于聚合物基质中。在一些实施方式中，聚合物基质能够将η-掺杂剂提供于碳纳米管的表面。在一些实施方式中，在聚合物基质将η-掺杂剂提供于碳纳米管的表面的情况下，碳纳米管在引入到基质中之前未进行η-掺杂。在一些实施方式中，在聚合物基质将η-掺杂剂提供于碳纳米管的表面的情况下，碳纳米管在弓I入到基质中之前进行了 η-掺杂。
[0080]在一些实施方式中，η-型层的η-掺杂碳纳米颗粒具有高的高径比。在一些实施方式中，η-型层的η-掺杂碳纳米颗粒表现出范围为约I?约16的高径比。在一些实施方式中，η-掺杂碳纳米颗粒表现出范围为约10?约100,000的高径比。在一些实施方式中，η-掺杂碳纳米颗粒具有范围为约10?约10，000或约5?约1000的高径比。
[0081]η-型层的碳纳米颗粒，包括碳纳米管，在一些实施方式中，具有的长度范围为约Inm?约5mm或约1nm?约1mm。在一些实施方式中，η-掺杂碳纳米颗粒具有范围为约50nm?约500 μ m，约10nm?约100 μ m，或约500nm?10 μ m的长度。在一些实施方式中，η-掺杂的碳纳米管具有范围为约200pm?约500 μπι的长度。
[0082]η-型层的碳纳米颗粒，在一些实施方式中，具有范围为约Inm?约10nm的直径。在一些实施方式中，η-掺杂碳纳米颗粒具有范围为约1nm?约80nm或约20nm?约60nm的直径。在一些实施方式中，η-掺杂碳纳米颗粒具有大于约10nm或小于约Inm的直径。
[0083]η-型层，在一些实施方式中，按照基于η-型层的总重量范围为约0.1被％?约100wt%的量能够包括本文中描述的η-掺杂碳纳米颗粒的一种或多种物质。在一些实施方式中，η-型层按照至少约2被％的量包含η-掺杂碳纳米颗粒。在一些实施方式中，η-型层按照至少约5wt%S至少约1wt%的量包含η-掺杂碳纳米颗粒。在一些实施方式中，η-型层按照范围为约2wt%?约5(^1:%的量包含η-掺杂碳纳米颗粒。在一些实施方式中，η-型层按照范围为约5wt%?约3(^1:%的量包含η-掺杂碳纳米颗粒。对于ρ-型层，η-型层的纳米颗粒负载率，在一些实施方式中，能够参照层的所需的塞贝克系数进行确定。
[0084]正如本文中所述，η-型层进一步包含η-掺杂碳纳米颗粒设置于其中的聚合物基质。η-型层的聚合物基质能够包括本文对于ρ-型层引述的任何聚合物物质。例如，η-型层的聚合物基质能够包括半结晶聚合物，包括，但不限于，聚氟乙烯(PVF)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚偏氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)，聚偏氟乙烯-四氟乙烯(PVDF-TFE)，聚四氟乙烯(PTFE)，或其混合物或共聚物。热电装置的η-型层中所用的PVDF、PVDF-TFE和/或PVDF-TrFE的半结晶聚合物能够表现出含量增加的β -相。例如，η-型层的PVDF、PVDF_TFE和/或PVDF-TrFE能够表现出1.5?2.5的β / α比率。在一些实施方式中，β / α比率为2?2.5。正如本文中的讨论，相结晶能够通过极化作用技术提供非随机的取向，由此增强基质的压电和热电性质。
[0085]在一些实施方式中，η-型层能够具有与本发明的目的不矛盾的任何所需的厚度。在一些实施方式中，η-型层具有至少约Inm的厚度。在一些实施方式中，η-型层具有至少约1nm或至少约10nm的厚度。η-型层，在一些实施方式中，具有至少约500nm或至少约Iym的厚度。在一些实施方式中，η-型层具有至少约5 μm或至少约15 μm的厚度。在一些实施方式中，η-型层具有范围为约5nm?约50 μπι的厚度。在一些实施方式中，η_型层具有范围为约50nm?约30 μ m的厚度。在一些实施方式中，n_型层具有范围为约10nm?约20 μπι的厚度。
[0086]在一些实施方式中，η-型层能够具有与本发明的目的不矛盾的任何所需的长度。在一些实施方式中，η-型层具有至少约Ιμπι或至少约10 μm的长度。在一些实施方式中，η-型层具有至少约100 μπι或至少约500 μπι的长度。η_型层，在一些实施方式中，具有至少约Imm或至少约1mm的长度。在一些实施方式中，η-型层具有范围为约I μπι?约10mm的长度。在一些实施方式中，η-型层具有范围为约10 μπι?约500mm的长度。在一些实施方式中，η-型层具有与毗邻ρ-型层同延的或基本上同延的长度。
[0087]η-型层，在一些实施方式中，在290Κ的温度下具有至少约_5 μ V/Κ的塞贝克系数。在一些实施方式中，η-型层在290Κ的温度下具有至少约-10 μ V/Κ的塞贝克系数。在一些实施方式中，η-型层在290Κ的温度下具有至少约-15 μ V/Κ或至少约-20 μ V/Κ的塞贝克系数。在一些实施方式中，η-型层在290Κ的温度下具有至少约-30 μ V/Κ的塞贝克系数。η-型层，在一些实施方式中，在290Κ的温度下具有范围为约-5 μ V/Κ?约-35 μ V/Κ的塞贝克系数。在一些实施方式中，η-型层在290Κ的温度下具有范围为约-10 μ V/Κ?约-30 μ V/K的塞贝克系数。
[0088]在一些实施方式中，η-型层的塞贝克系数能够根据η-掺杂碳纳米颗粒特性和负载率而变化。在一些实施方式中，例如，η-型层的塞贝克系数与η-型层的碳纳米颗粒负载率成反比。
[0089]在本文中描述的热电装置的一些实施方式中，包括ρ-掺杂的和η-掺杂的碳纳米管的碳纳米颗粒能够用一种或多种无机半导体纳米颗粒代替。在一些实施方式中，无机半导体纳米颗粒包括IV族材料，H/VI族材料或III/V族材料或其组合。在一些实施方式中，无机半导体纳米颗粒包括量子点和/或纳米线。在一些实施方式中，无机半导体材料提供了 P-掺杂剂或η-掺杂剂用于本文中描述的各个P-层和η-层。
[0090]本文中描述的热电装置，在一些实施方式中，还包括设置于至少一个ρ-型层和至少一个η-型层之间的绝缘层。在一些实施方式中，绝缘层是电绝缘。在一些实施方式中，绝缘层是电绝缘和热绝缘。在一些实施方式中，一种热电装置包含设置于多个P-型层和η-型层之间的多个绝缘层。绝缘层