一种基于近红外光的非接触式体内供电器件及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于近红外光的非接触式体内供电器件及其制备方法与应用。本发明专利技术非接触式体内供电器件包括由上至下依次设置的空气隔热层、光

【技术实现步骤摘要】
一种基于近红外光的非接触式体内供电器件及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种基于近红外光的非接触式体内供电器件及其制备方法与应用，属于医疗器械


技术介绍

[0002]以心脏起搏器、人工耳蜗为代表的植入式医疗电子设备以及脑机交互设备近年来快速发展，在医疗领域广泛应用。随着性能的提升和复杂化，相关电子元器件的耗电量也在提升，由于电池容量限制，很多植入式医疗电子设备都需要定期通过手术等途径进行电池更换。开发从体外向生物体内非接触式的供电技术是避免手术、延长使用时间的重要手段，是这一领域的重要应用需求和研究焦点。
[0003]根据原理不同，目前从体外向生物体内非接触式供电的技术可分为两种，一种是基于电磁感应原理，利用300MHz
‑
20Ghz波段电磁波的无线充电技术，该波段电磁波对人体组织的穿透能力强，可以达到较深组织。但人体对该波段电磁波的最大安全耐受功率密度较低，仅为10
‑
40mW/cm2，这导致该技术的充电功率一般较低。另外一种是基于光电转换原理，利用可见光的光伏充电技术，该技术发展成熟，人体对可见光的最大暴露功率密度较高，达200mW/cm2，但可见光对人体组织的穿透能力较弱，该技术难以透过较厚的皮肤层，只能应用于表皮充电。总的来说，由于这些缺陷的存在，上述技术的充电功率较低、使用价值较低，只适用于部分低功耗的植入式电子器件。
[0004]人体对波长为700
‑
1500nm的近红外光的最大暴露功率密度高达0.3
‑<br/>1W/cm2，同时近红外光的组织穿透能力要远强于可见光，基于近红外光的体外充电技术是极具前景的。但该技术存在两个难点：由于近红外波长较长，无法通过光电转换原理加以高效利用；同时在能量转换的过程中还存在较强的热效应，极易对人体造成热损伤。
[0005]因此研究一种可以高效利用近红外光能量的器件，实现高功率、大深度、无热损伤的非接触式体内供电，对该领域具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于近红外光的非接触式体内供电器件及其制备方法与应用，该器件利用光热转换
‑
热电转换联用的原理，通过能量接收
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转换器将近红外光的能量以光热转换的形式转换成热能，再通过热电转换得到电能，同时利用空气隔热层和相变储能材料等提高能量转换效率并确保这一过程中不会对生物组织造成热损伤，从而实现对近红外光能的高效、安全利用。
[0007]第一方面，本专利技术保护一种基于近红外光的非接触式体内供电器件，包括由上至下依次设置的空气隔热层、光
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热
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电能量接收
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转换器和相变储热层；
[0008]所述空气隔热层包括上方的菲涅尔透镜和下方的透明隔板，所述菲涅尔透镜与所述透明隔板平行间隔设置；
[0009]所述光
‑
热
‑
电能量接收
‑
转换器包括温差发电器，所述温差发电器包括若干个温差发电片，所述温差发电器的上表面具有光热涂层；
[0010]所述相变储热层包括上方的肋片和下方的底座，所述肋片固定在所述底座上且所述肋片与所述底座之间填充有相变储热材料；
[0011]所述温差发电器与所述透明隔板之间设有间距；
[0012]所述肋片和所述温差发电器贴合配合。
[0013]进一步地，所述基于近红外光的非接触式体内供电器件还包括封装外壳和2根用于连接所述温差发电片的正极和负极的电极线；
[0014]所述菲涅尔透镜和所述透明隔板固定在所述封装外壳上；
[0015]所述封装外壳的侧壁上开设有用于穿过所述电极线的孔道；
[0016]所述封装外壳外表面贴附有医用钛箔。
[0017]上述的基于近红外光的非接触式体内供电器件中，所述光热涂层可由下层的金属镍层、中间的金属镍
‑
氧化铝层和上层的二氧化硅层组成；
[0018]所述金属镍层的厚度可为200～1000nm，具体可为370nm；
[0019]所述金属镍
‑
氧化铝层的厚度可为70～100nm，具体可为90nm；
[0020]所述二氧化硅层的厚度可为50～100nm，具体可为80nm；
[0021]所述金属镍
‑
氧化铝层中金属镍和氧化铝的质量比可为0.6～0.7：0.4～0.3，具体可为0.7：0.3。
[0022]上述的基于近红外光的非接触式体内供电器件中，所述相变储热材料的相变温度可为37℃～50℃；
[0023]所述相变储热材料可为有机物和改性炭黑的混合物；
[0024]所述有机物可为石蜡或十四醇；
[0025]所述改性炭黑可通过如下步骤制备得到：将炭黑颗粒与浓硝酸和浓硫酸的混合溶液混合，离心并收集沉淀，得到酸性改性炭黑；将所述酸性改性炭黑pH值调至中性，得到所述改性炭黑；
[0026]所述浓硝酸和浓硫酸混合溶液中，浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:3；
[0027]所述浓硝酸和浓硫酸混合溶液和所述炭黑颗粒的质量比为1：20；
[0028]所述混合在500～1000rpm搅拌条件下进行，混合时间为24小时；
[0029]所述离心在25度下进行，转速为10000rpm，时间为3min；
[0030]所述pH值调节至中性的步骤如下：将所述酸性改性炭黑分散在去离子水中，再在相同条件下离心多次，直至改性炭黑pH值至中性；
[0031]所述相变储热材料中，所述改性炭黑的质量百分含量可为0.1％～10％，具体可为 5％；
[0032]所述相变储热材料通过如下步骤制备得到：将所述有机物和所述改性炭黑混合，加热至熔融状态进行超声分散，再在室温下冷却凝固，即可得所述相变储热材料；
[0033]所述相变储热材料具有高导热特性。
[0034]上述的基于近红外光的非接触式体内供电器件中，所述菲涅尔透镜的直径可为 60～100mm(如60mm)，厚度为0.5～1.5mm(如1mm)；
[0035]所述透明隔板的直径可为60～100mm(如60mm)，厚度为0.5～1.5mm(如1mm)，材质
可为石英；
[0036]所述透明隔板与所述菲涅尔透镜的距离为3～5mm，具体可为4mm；
[0037]所述温差发电器包括1～4个(如3个)温差发电片，每个温差发电片的横向尺寸为30
×
30mm～62
×
62mm(如40
×
40mm)，厚度为4～16mm(如12mm)；
[0038]所述温差发电器中的光热涂层与所述透明隔板的距离为3～5mm，具体可为4mm；
[0039]所述肋片包括肋基和固定在肋基上的若干个平行间隔设置的翅片，所述肋基的厚度可为0.2～1mm(如0.5mm)，所述翅片的高度可为2～5mm(如4mm)；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于近红外光的非接触式体内供电器件，包括由上至下依次设置的空气隔热层、光
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热
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电能量接收
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转换器和相变储热层；所述空气隔热层包括上方的菲涅尔透镜和下方的透明隔板，所述菲涅尔透镜与所述透明隔板平行间隔设置；所述光
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热
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电能量接收
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转换器包括温差发电器，所述温差发电器包括若干个温差发电片，所述温差发电器的上表面具有光热涂层；所述相变储热层包括上方的肋片和下方的底座，所述肋片固定在所述底座上且所述肋片与所述底座之间填充有相变储热材料；所述温差发电器与所述透明隔板之间设有间距；所述肋片和所述温差发电器贴合配合。2.根据权利要求1所述的基于近红外光的非接触式体内供电器件，其特征在于：所述基于近红外光的非接触式体内供电器件还包括封装外壳和2根用于连接所述温差发电片的正极和负极的电极线；所述菲涅尔透镜和所述透明隔板固定在所述封装外壳上；所述封装外壳的侧壁上开设有用于穿过所述电极线的孔道；所述封装外壳外表面贴附有医用钛箔。3.根据权利要求1或2所述的基于近红外光的非接触式体内供电器件，其特征在于：所述光热涂层由下层的金属镍层、中间的金属镍
‑
氧化铝层和上层的二氧化硅层组成；所述金属镍层的厚度为200～1000nm；所述金属镍
‑
氧化铝层的厚度为70～100nm；所述二氧化硅层的厚度为50～100nm；所述金属镍
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氧化铝层中金属镍和氧化铝的质量比为0.6～0.7：0.4～0.3。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的基于近红外光的非接触式体内供电器件，其特征在于：所述相变储热材料的相变温度为37℃～50℃；所述相变储热材料为有机物和改性炭黑的混合物；所述有机物为石蜡或十四醇；所述改性炭黑通过如下步骤制备得到：将炭黑颗粒与浓硝酸和浓硫酸的混合溶液混合，离心并收集沉淀，得到酸性改性炭黑；将所述酸性改性炭黑pH值调至中性，得到所述改性炭黑；所述相变储热材料中，所述改性炭黑的质量百分含量为0.1％～10％。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的基于近红外光的非接触式体内供电器件，其特征在于：所述菲涅尔透镜的直径60～100mm，厚度0.5～1.5mm；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚培，吕善知，贺泳霖，
申请(专利权)人：中国人民大学，
类型：发明
国别省市：