基于铯钨青铜的柔性光热电器件及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种基于铯钨青铜的柔性光热电器件及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
基于铯钨青铜的柔性光热电器件及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光热电材料领域，具体涉及一种基于铯钨青铜的柔性光热电器件及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]随着智能可穿戴设备逐渐向小功耗
、
便携化方向发展
,
人们对于可为其供电的微型柔性可穿戴发电器件的需求也日益增加
。
在各种发电模式中，利用自然能源发电具有环保
、
清洁以及可持续的优势
,
其中热能作为无处不在的自然能源
,
基于热能的可穿戴发电器件具有广阔的研究前景
。
传统的无机热电材料如碲化铋等具有成本高，刚性大，且具有毒性，其塞贝克系数也较低
(
～
μ
V K
‑1)
，需要大量器件单元的集成才能达到符合实际应用的电压输出
。
而基于氧化还原离子对的离子热电材料诸如
Fe(CN)6‑4‑
/Fe(CN)6‑3‑
和
Fe
3+
/Fe
2+
，具有低毒，低成本和高塞贝克系数
(
～
mV K
‑1)
的优点，且离子热电可以通过封装在聚合物基质，实现可拉伸的柔性热电器件，以达到器件表面更贴合例如人体表面等不规则曲面的需求
。
[0003]传统的可穿戴发电器件通常将人体作为热源
,
通过与环境构建温度差来发电，能量转换率相对较低，且人体自身对热能的供给也十分有限，而太阳能转换热能技术可以很好的解决热能来源过小的问题
。
太阳能作为新型可再生能源之一，具有清洁环保
、
取之不尽用之不竭的优势
。
太阳光谱的能量主要在
200
‑
2500nm
范围内，其中
200
‑
400nm
范围内的紫外线
(UV)
占总能量的5％；可见光
(VL)
波长在
400
‑
700nm
，占总能量的
45
％；而剩下的
50
％来自于
700
‑
2500nm
范围内的近红外光
(NIR)。
其中，红外线占比最高
,
穿透力强可以不受环境影响如多云等天气，所以在不影响织物的着色性的情况下吸收这部分能量即可达到热量收集的目的
。
受气候和环境变化对高太阳能近红外光影响最小的启发，近红外光热转换为显著增强柔性光热电器件之间的温度梯度提供了一种具有高能量转换效率的候选方案
。
传统的光热材料对于太阳光的吸收主要集中在可见光区域，造成这些材料大多为深色外观，用于可穿戴领域容易出现织物着色性差的问题，不利于大规模的实际应用
。
所以选取一种近红外吸收性能优异，且不影响可穿戴器件着色性的光热材料具有重要意义
。
铯钨青铜
(Cs
x
WO3)
是一种含钨的非整比化合物，呈六方晶体结构
。
因为金属铯离子的存在是的铯钨青铜具有半导体性质，具有优异的光学性能
。
铯钨青铜在近红外光区
(780
‑
2500nm)
的吸收性能是由于它在近红外光区拥有自由电子吸收后的带间跃迁，小极化子吸收，及表面等离子共振共同作用造成的，保证了优异的光热性能
。
同时铯钨青铜的禁带宽度为
3.05eV
，其吸收边界为
405nm
，几乎与可见光的最小波长重合，所以铯钨青铜在可见光区域
(380
‑
780nm)
透过率高，十分符合太阳光热电器件中光热层的设计需求
。

技术实现思路

[0004]为了解决传统热电器件的使用温差小，工艺复杂，成本高昂等不利于广泛运用问题，本专利技术提供一种基于铯钨青铜的柔性光热电器件及其制备方法，具有成本低廉以及简
易高效的特点，可用于太阳光热电领域
。
[0005]本专利技术提供一种基于铯钨青铜的柔性光热电器件，由铯钨青铜光热纳米纤维膜和离子热电模块组装得到，所述离子热电模块由基底
、
惰性电极材料
、
若干对
N
型离子凝胶柱和
P
型离子凝胶柱组成，基底中设置若干
N
型离子凝胶柱和
P
型离子凝胶柱，相邻的两个
N
型离子凝胶柱和
P
型离子凝胶柱组成
P
‑
N
对，通过惰性电极材料串联连接
P
‑
N
对
。
[0006]优选的，所述基底为硅橡胶基底
。
[0007]优选的，
N
型离子凝胶柱和
P
型离子凝胶柱分别由注射在基底中的
N
型离子溶液和
P
型离子溶液冷冻形成
。
[0008]优选的，所述惰性电极材料为石墨
、
石墨纸
、
碳纸
、
碳棒
、
铂电极中的任意一种
。
[0009]本专利技术提供基于铯钨青铜的柔性光热电器件制备方法，将
P
型离子溶液
、N
型离子溶液间隔注入基底的空腔中，使用惰性电极材料连接，冷冻得到离子热电模块；将铯钨青铜光热纳米纤维膜与离子热电模块组装在一起得到柔性太能热电器件
。
[0010]优选的，冷冻得到离子热电模块的冷冻温度为
‑
10
～
‑
40℃
，冷冻时间为4～
12
小时
。
[0011]优选的，铯钨青铜光热纳米纤维膜的制备过程为：按一定质量比铯钨青铜纳米粉体加入到有机溶剂中，超声磁力搅拌一定时间，获得具有一定浓度的钨青铜铯分散液；然后在铯钨青铜分散液中，以特定的质量比加入高分子聚合物，磁力搅拌至充分溶解，得到静电纺丝储备液；以静电纺丝储备液为原料，采用静电纺丝工艺，制备得到铯钨青铜光热纳米纤维膜
。
[0012]优选的，所述有机溶剂是
N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
四氢呋喃中的一种或两种，若为两种，则两种有机溶剂的比例为1～3：3～
1。
[0013]优选的，所述高分子聚合物是聚丙烯腈
、
聚氨酯
、
聚偏二氟乙烯
、
聚乙烯醇的一种
。
[0014]优选的，所述高分子聚合物与铯钨青铜纳米粉体的质量比为8～3：
1。
[0015本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于铯钨青铜的柔性光热电器件，其特征在于，由铯钨青铜光热纳米纤维膜和离子热电模块组装得到，所述离子热电模块由基底
、
惰性电极材料
、
若干对
N
型离子凝胶柱和
P
型离子凝胶柱组成，基底中设置若干
N
型离子凝胶柱和
P
型离子凝胶柱，相邻的两个
N
型离子凝胶柱和
P
型离子凝胶柱组成
P
‑
N
对，通过惰性电极材料串联连接
P
‑
N
对
。2.
根据权利要求1所述的基于铯钨青铜的柔性光热电器件，其特征在于，所述基底为硅橡胶基底，所述惰性电极材料为石墨
、
石墨纸
、
碳纸
、
碳棒
、
铂电极中的任意一种；
N
型离子凝胶柱和
P
型离子凝胶柱分别由注射在基底中的
N
型离子溶液和
P
型离子溶液冷冻形成
。3.
基于铯钨青铜的柔性光热电器件制备方法，其特征在于，将
P
型离子溶液
、N
型离子溶液间隔注入基底的空腔中，使用惰性电极材料连接，冷冻得到离子热电模块；将铯钨青铜光热纳米纤维膜与离子热电模块组装在一起得到柔性太能热电器件
。4.
根据权利要求3所述的基于铯钨青铜光热纳米纤维膜与离子热电模块柔性光热电器件的制备方法，其特征在于，冷冻得到离子热电模块的冷冻温度为
‑
10
～
‑
40℃。5.
根据权利要求3所述的基于铯钨青铜光热纳米纤维膜与离子热电模块柔性光热电器件的制备方法，其特征在于，铯钨青铜光热纳米纤维膜的制备过程为：按一定质量比铯钨青铜纳米粉体加入到有机溶剂中，超声磁力搅拌一定时间，获得具有一定浓度的钨青铜铯分散液；然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓胜，卓明鹏，陈伟凡，
申请(专利权)人：江西善拓环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：