一种集成制冷及发热功能的口罩制造技术

本实用新型专利技术公开了一种集成制冷及发热功能的口罩。所述口罩包括口罩主体、若干N型Bi2Te3基热电纤维、若干P型Bi2Te3基热电纤维和电源；其中，P型Bi2Te3基热电纤维和N型Bi2Te3基热电纤维固定在口罩主体上，P型Bi2Te3基热电纤维和N型Bi2Te3基热电纤维交替串联连接构成实现电串联、制冷点热并联结构的热电纤维电路；热电纤维电路连接电源。本实用新型专利技术在口罩中集成制冷功能，可以提升需要长时间佩戴口罩的人员如传染病隔离病房的医护人员的舒适度，缓解期肌肉疲劳，避免长时间佩戴口罩出现的疲劳甚至过敏效应。劳甚至过敏效应。劳甚至过敏效应。

【技术实现步骤摘要】
一种集成制冷及发热功能的口罩


[0001]本技术涉及热电转换器件领域，具体涉及一种集成制冷及发热功能的口罩。

技术介绍

[0002]人们长时间的佩戴口罩，会在口鼻区域形成温度较高的区域，从而引起不适感，这种现象传染病隔离病房工作的医护人员中更加严重，因此，有必要开发一种集成制冷及发热功能的口罩，而通过热电制冷可以降低温度，缓解肌肉疲劳，降低口罩佩戴的不适感，此效应可以应用于需要长时间佩戴口罩的场合。
[0003]现有技术中，热电器件可以实现热能和电能的可逆转换，已经成为十分有前途的方向。通过温差发电，在物体受热时，其内部的电子或空穴由高温端往低温端移动，所产生电荷积累的一种现象，可以实现热能向电能的转换，反过来，通过热电制冷，可以实现电能向热能的转换。
[0004]通过Peltier效应可以将电能转变为热能或用于制冷，使热电材料结点一端不断吸热而产生低温，利用此效应可以制造热电制冷器件。Peltier效应会导致电流由金属流入p型半导体，接触面将从周围环境吸收热量从而使环境温度下降。同理，若电流由n型材料流出时，接触面将吸收热量，导致与金属相连端不断地吸收热量，构成热电制冷器。制冷器电路若串接多个p/n型半导体臂，则有可能获得更大温差。
[0005]目前热电制冷装置主要采用商业碲化铋基合金，其材料的热电优值ZT>1，被广泛用于半导体芯片制造、红外探测、生物试样冷藏、光电子学研究等领域的小功率制冷。
[0006]当前高效的热电装置主要由块状的无机热电材料组成，使其坚硬，沉重且笨重，因此不能应用于形状不规则的热源。中国专利申请CN105932149A公开了一种合金纤芯玻璃包层复合材料热电纤维及其制备方法，采用玻璃光纤拉制技术来制备玻璃包层碲化铋基热电纤维。该玻璃包层碲化铋基热电纤维的厚度和维度小于Bi
‑
Te基材料的厚度和维度，而且其单芯结构完整且连续、柔韧性好。热电纤维材料被预测有超高的热电优值，其热电优值会随着纳米纤维直径的减小而增大。该现象起因是纳米纤维细化到一定程度之后，会引起电子态密度以量子化的形式存在，增大材料的Seebeck系数，从而改善热电材料的ZT值。通过制备热电纤维，可以实现无机热电材料的低维化，最终调控其尺度和热电性能。
[0007]2017年Zhang等人以硼硅酸盐玻璃为包层材料，p型的Bi
0.5
Sb
1.5
Te3和n型的Bi2Se3作为纤芯材料，分别制备了P型和N型的热电纤维。所得的热电纤维具有高度柔韧性，超长连续性和机械稳定，同时保持了高的热电性能。在此基础上构造了可以覆盖在不同曲面上温差发电器件，该器件可以提供mW/cm2级的输出功率密度。(Zhang et al,Nano Energy,2017,41:35
‑
42)。
[0008]因此，基于现有的前述材料，开发一种集成制冷及发热功能的口罩是可行的。

技术实现思路

[0009]本技术提供一种集成制冷及发热功能的口罩。
[0010]本技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0011]一种集成制冷及发热功能的口罩，包括口罩主体、若干N型Bi2Te3基热电纤维、若干P型Bi2Te3基热电纤维和电源；
[0012]其中，P型Bi2Te3基热电纤维和N型Bi2Te3基热电纤维固定在口罩主体上，P型Bi2Te3基热电纤维和N型Bi2Te3基热电纤维交替串联连接构成实现电串联、制冷点热并联结构的热电纤维电路；热电纤维电路连接电源。
[0013]进一步地，P型Bi2Te3基热电纤维和N型Bi2Te3基热电纤维通过银胶固定在口罩主体的最外层布料上，因此不对具有吸附和过滤细颗粒物及病毒、病原微生物的功能的口罩主体的第二层即核心层造成损伤。
[0014]进一步地，热电纤维电路两端通过两根导线连接电源。
[0015]进一步地，热电纤维电路中，若在P型Bi2Te3基热电纤维和N型Bi2Te3基热电纤维的连接点处电流方向为由N型Bi2Te3基热电纤维流入P型Bi2Te3基热电纤维，则该连接点定义为第一节点，否则定义为第二节点；
[0016]通过调整电源的正负极接入热电纤维电路的位置，口罩主体实现在第一节点制冷、第二节点发热的目的，通过制冷功能缓解长时间佩戴口罩带来的不适感，提升口罩的穿戴舒适度。
[0017]进一步地，P型Bi2Te3基热电纤维和N型Bi2Te3基热电纤维经过镀金属膜电极后通过银胶交替连接，为了减小热电纤维电路节点处的接触势垒，在P型Bi2Te3基热电纤维两端镀Pt膜，在N型Bi2Te3基热电纤维两端镀Au膜。
[0018]进一步地，P型Bi2Te3基热电纤维和N型Bi2Te3基热电纤维的直径小于300μm，使其具有一定的柔性以适应口罩的使用环境。
[0019]进一步地，电源由纽扣电池组成。
[0020]进一步地，P型Bi2Te3基热电纤维和N型Bi2Te3基热电纤维的数量相同。
[0021]进一步地，第一节点的位置相对于第二节点更远离口罩主体的最外层布料的中心；调整电源的正负极接入热电纤维电路的位置，使口罩主体外围区域的第一节点处电流方向为由N型Bi2Te3基热电纤维流入P型Bi2Te3基热电纤维，最终使口罩达到外围区域制冷、中心区域发热的目的。
[0022]进一步地，P型Bi2Te3基热电纤维和N型Bi2Te3基热电纤维的一端朝向口罩主体的最外层布料的四周，另一端朝向口罩主体的最外层布料的中心。
[0023]本技术与现有的可穿戴器件相比，具有以下优势：
[0024]1)本技术中的热电器件具有制冷功能，利用制冷效应提升穿戴体验，避免长时间佩戴口罩出现的疲劳甚至过敏效应。
[0025]2)本技术中的热电器件利用小型的纽扣电池即可工作，既不影响口罩的便携性，也可使热电器件进行工作有利于期间的小型化、规模化。
附图说明
[0026]图1为本技术实施例的电路示意图。
具体实施方式
[0027]下面结合实施例进一步阐明本技术的内容，但本技术的实施方式不限于此，对未特别说明的工艺参数，可参照常规技术进行。
[0028]下面为本技术的实施例：
[0029]实施例：
[0030]一种集成制冷及发热功能的口罩，如图1所示，包括口罩主体1
‑
1、若干N型Bi2Te3基热电纤维1
‑
3、若干P型Bi2Te3基热电纤维1
‑
4和电源1
‑
7；
[0031]其中，P型Bi2Te3基热电纤维1
‑
4和N型Bi2Te3基热电纤维1
‑
3固定在口罩主体1
‑
1上，P型Bi2Te3基热电纤维1
‑
4和N型Bi2Te3基热电纤维1
‑
3交替串联连接构成实现电串联、制冷点热并联本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成制冷及发热功能的口罩，其特征在于：包括口罩主体(1
‑
1)、若干N型Bi2Te3基热电纤维(1
‑
3)、若干P型Bi2Te3基热电纤维(1
‑
4)和电源(1
‑
7)；其中，P型Bi2Te3基热电纤维(1
‑
4)和N型Bi2Te3基热电纤维(1
‑
3)固定在口罩主体(1
‑
1)上，P型Bi2Te3基热电纤维(1
‑
4)和N型Bi2Te3基热电纤维(1
‑
3)交替串联连接构成实现电串联、制冷点热并联结构的热电纤维电路；热电纤维电路连接电源(1
‑
7)。2.根据权利要求1所述的一种集成制冷及发热功能的口罩，其特征在于：P型Bi2Te3基热电纤维(1
‑
4)和N型Bi2Te3基热电纤维(1
‑
3)通过银胶固定在口罩主体(1
‑
1)的最外层布料上。3.根据权利要求1所述的一种集成制冷及发热功能的口罩，其特征在于：热电纤维电路两端通过两根导线(1
‑
6)连接电源(1
‑
7)。4.根据权利要求1所述的一种集成制冷及发热功能的口罩，其特征在于：热电纤维电路中，若在P型Bi2Te3基热电纤维(1
‑
4)和N型Bi2Te3基热电纤维(1
‑
3)的连接点处电流方向为由N型Bi2Te3基热电纤维(1
‑
3)流入P型Bi2Te3基热电纤维(1
‑
4)，则该连接点定义为第一节点(1
‑
2)，否则定义为第二节点(1
‑
5)。5.根据权利要求1所述的一种集成制冷及发热功能的口罩，其特征在于：P型Bi2Te3基热电纤维(1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东丹，李庆民，杨中民，张勤远，孙敏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：