在一个方面中，本文描述了热电装置和制品及其热电装置和制品的各种应用。在一些实施方式中，本文中描述的热电装置包含至少一个偶联至少一个n-型层的p-型层以提供pn结，和至少部分设置于p-型层和n-型层之间的绝缘层，p-型层包括碳纳米颗粒而n-型层包括n-掺杂碳纳米颗粒。在一些实施方式中，p-型层的纳米颗粒和/或n-型层的纳米颗粒设置于包括电极化聚合物的聚合物基质之中。在一些实施方式中，热电制品包含热绝缘载体和由围绕或穿过热绝缘载体的结构形成的热电模块以在热绝缘载体的相对两侧面提供热电模块的表面。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】相关申请的交叉引用本申请要求享有2013年3月14日提交的美国临时专利申请序列号N0.61/783，709和2013年4月4日提交的美国临时专利申请序列号N0.61/808，472依据35 U.S.C.§ 119(e)的优先权，其全部内容通过引用结合于本文中。
本专利技术涉及热电材料并，具体而言，涉及装置、制品、和引入热电材料的织物。
技术介绍
热能广泛应用于发电。然而，通过现有方法将热能转换成电能的效率却较低，范围为约30%?40%。因此，显著大量的热能作为废物逃逸到环境中。据估计，年度全球生产的电力约15太瓦的能量损失至环境中。热电材料能够操作用于捕获热量而另外增加电力生产。热电效率通过优值系数(Figure of Merit)、ZT 量化。表现出较高的ZT值的热电材料具有较高的热电效率。制作具有合理ZT值的热电材料往往是很困难的和/或昂贵的。铋的硫族元素化合物，例如，能够提供具有范围为0.7?I的ZT值的卓越热电性能。这些材料能够进行纳米结构化而产生交替Bi2TejP Bi2Se3层的超晶格结构，导致产生具有可接受电导率和较差导热性的材料。这些材料的制作，不过，可能是费时和昂贵的。此外，由于制作要求和其他材料容差，许多热电材料并不会使其自身轻易并入广泛的各类器件中进行集热发电。
技术实现思路
在一个方面中，本文描述了一种热电装置，其在一些实施方式中能够克服或减轻一个或多个当前热电材料的缺点。在一些实施方式中，本文中描述的热电装置包括至少一个偶联至至少一个η-型层而提供ρη结的P-型层，和至少部分设置于P-型层和η-型层之间的绝缘层，P-型层包括碳纳米颗粒而η-型层包括η-掺杂碳纳米颗粒。P-型层的碳纳米颗粒能够是P-掺杂的。P-型层的纳米颗粒和/或η-型层的纳米颗粒能够设置于包括电极化聚合物的聚合物基质中。另外，绝缘层能够包括表现出压电行为的电极化聚合物或电极化颗粒，如钛酸钡(BaT13)颗粒，碲化铋颗粒(BiTe)，其它无机颗粒或其混合物。本文中所述装置的电极化聚合物和/或压电颗粒能够包括非随机取向的电偶极和/或电偶极域。而且，电极化聚合物和/或颗粒也能够表现出平行或基本平行于热电装置中电流流动的轴线取向的电偶极场以及表现出压电/热电行为。本文中描述的电极化组分的压电和/或热电性质(piezoelectric/pyroelectric properties)能够容许热电装置掺入这种组分而提供除了由暴露于热梯度所产生的电输出之外还由于机械变形所产生的电输出。在一些实施方式中，本文中描述的热电装置包含偶联至多个η-型层而提供多个ρη结的多个P-型层，和至少部分设置于P-型层和η-型层之间的绝缘层，其中至少一个P-型层包含碳纳米颗粒而至少一个η-型层包含η-掺杂碳纳米颗粒。热电装置的P-型层、η-型层和/或绝缘层能够包含电极化聚合物。另外，P-型层和η-型层能够设置成堆叠构造，绝缘层处于这二者之间。正如本文中进一步所述，ρη结能够形成于P-型层和η-型层的界面上。在一些实施方式中，界面过渡区存在于通过P-型层接触η-型层而形成的ρη结上。界面过渡区包含混有η-型层的纳米颗粒的P-型层的纳米颗粒。P-型和η-型层的纳米颗粒的混合能够提供异质结构的Pdt另外，金属中间层能够设置于ρη结的P-型层和η-型层之间。另外，本文中描述的装置的Pn结能够起到与本文中描述的电极化的聚合物基质的压电和/或热电行为相关的电压输出的整流器(rectifier)作用。在本文中描述的热电装置的一些实施方式中，包含P-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(quantum dot)和/或纳米线(nanowire)。在一些实施方式中，无机半导体纳米颗粒具有与任何本文中描述的碳纳米颗粒一致的尺寸。在另一方面中，本文中描述的光热装置包括光伏部件和热电部件，热电部件包括至少一个偶联至至少一个η-型层而提供ρη结的P-型层，和至少部分设置于P-型层和η-型层之间的绝缘层，P-型层包括碳纳米颗粒而η-型层包括η-掺杂碳纳米颗粒。在一些实施方式中，P-型层的纳米颗粒和/或η-型层的纳米颗粒设置于包括电极化聚合物的聚合物基质之中。另外，绝缘层能够包括表现出压电行为的电极化聚合物或电极化颗粒。而且，在一些实施方式中，热电部件包含多个偶联至多个η-型层而提供多个ρη结的P-型层，和至少部分设置于P-型层和η-型层之间的绝缘层。正如本文中所述，PU结能够包括由混有η-型层的纳米颗粒的P-型层的纳米颗粒形成的异质界面过渡区。另外，金属中间层能够设置于ρη结的P-型和η-型层之间。光热装置能够进一步包括位于光伏部件和热电部件之间的斯托克斯迀移层(Stokes shift layer)。斯托克斯迀移层包含一种或多种可用于产生向热电部件的紙邻侧面传输的热能的斯托克斯迀移化学物质。在一些实施方式中，斯托克斯迀移化学物质吸收穿过光伏部件的电磁辐射。另外，在一些实施方式中，通过一种或多种斯托克斯迀移化学物质发射的辐射被光伏部件吸收。在另一方面中，本文中描述了制作热电装置的方法。在一些实施方式中，制作热电装置的方法包括:提供至少一层包括设置于第一聚合物基质中的碳纳米颗粒的P-型层，提供至少一层包括设置于第二聚合物基质中的η-掺杂碳纳米颗粒的η-型层，将绝缘层布置于P-型层和η-型层之间，和将P-型层和η-型层偶联而提供ρη结。第一聚合物基质和/或第二聚合物基质能够进行电极化而在第一和/或第二聚合物基质中提供至少部分对齐排列的偶极域。另外，绝缘层能够进行电极化而在绝缘层中提供至少部分对齐排列的偶极域。绝缘层的偶极域能够包括表现出压电行为的结晶或半结晶域的聚合物材料和/或离散颗粒，如BaT13颗粒。极化作用能够包括沿着P-型层和/或η-型层的长度压装一种或多种相互交错的阵列和向阵列施加极化电压。P-型层和η-型层偶联而提供ρη结，能够在P-型和η-型层的界面上形成异质界面过渡区。此外，金属中间层能够位于结位置上的P-型和η-型层之间。在本文中描述的方法的一些实施方式中，提供并相互偶联多个P-型层和η-型层而导致形成多个ρη结。在一些实施方式中，绝缘层位于P-型层而η-型层之间，其中P-型层和η-型层为堆叠构造。堆叠的P-型层、η-型层和/或绝缘层的聚合物能够包括电极化聚合物或电极化压电颗粒。在另一方面中，本文描述了制作光热装置的方法。在一些实施方式中，制作光热装置的方法包括提供光伏部件，提供热电部件并偶联光伏部件和热电部件，热电部件包括至少一个偶联至至少一个η-型层而提供ρη结的P-型层，和至少部分设置于P-型层和η-型层之间的绝缘层，P-型层包括碳纳米颗粒而η-型层包括η-掺杂碳纳米颗粒。在一些实施方式中，热电部件包含多个偶联至多个η-型层而提供多个正如本文中所述的ρη结的P-型层。在一些实施方式中，制作光热装置的方法进一步包括将斯托克斯迀移层置于光伏部件和热电部件之间。在另一方面中，本文中描述了将电磁能转化成电能的方法。在一些实施方式中，将电磁能转化成电能的方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热电装置，包括：至少一个偶联至至少一个n‑型层而提供pn结的p‑型层；和至少部分设置于所述p‑型层和所述n‑型层之间的绝缘层，所述p‑型层包括设置于第一聚合物基质中的碳纳米颗粒而所述n‑型层包括设置于第二聚合物基质中的n‑掺杂碳纳米颗粒，其中所述第一聚合物基质、第二聚合物基质和绝缘层中至少之一包含电极化聚合物。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·L·卡罗尔，罗伯特·萨默斯，
申请(专利权)人：韦克森林大学，
类型：发明
国别省市：美国;US
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