[发明专利]一种基于MTEG的微型自供能装置及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于MTEG的微型自供能装置及其制备方法，装置包括：硅基、硅基顶部沉积的多晶硅衬底层、沉积在多晶硅衬底层顶部的多个成阵列排布的P型微型热电臂和N型微型热电臂；其特征在于，在由P型微型热电臂和N型微型热电臂构成的热电偶两端分别设有顶部真空腔和底部真空腔，P型微型热电臂的冷端结点和N型微型热电臂的冷端结点与顶部真空腔的内侧壁接触，顶部真空腔上还设有用于散热的保护金属层。本发明设置的两个真空腔可以有效地避免由环境空气和多晶硅衬底层上方造成的热量损失，以最大限度地提高冷热端结点之间的温差；保护金属层可加快冷端结点的散热，本发明具有结构简单，实用性强，有效提高温差发电效率等优点。

技术领域

本发明涉及温差发电技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于MTEG的微型自供能装置及其制备方法。

背景技术

随着传感器技术、无线通讯技术、微电子技术和嵌入式应用技术的日趋成熟，无线传感器网络迅速发展，利用无线传感器网络，可以实现对所部署区域内的物理状况、环境状况、生物信息等的监测。由于无线传感器网络可以快速部署，并且有自组织，高容错率和强隐蔽性的优点，无线传感器网络可适用于海洋探测、环境监测、船舶监测等应用场合。无线传感器网络是由大量部署在作用区域内的利用无线通讯互相连接的大量传感器节点组成的网络系统，如智能船舶上布置的微型传感器网络节点。

目前，使用的无线传感器网络主要是使用电池作为电源来工作的，由于无线传感器网络节点具有体积小、数量众多、分布范围广泛、工作环境复杂的特点，通过定期更换电池来维持传感器网络的持续工作并不现实，因此，电池的续航能力成为限制无线传感器网络节点工作寿命的主要因素。通常，需要定期更换传感器的电池，以便传感器能够维持正常工作，更换传感器电池的过程中，整个传感器需要重新拆卸连接，从而导致修理成本高、电池寿命缩短、高温和环境污染等问题。

另外，随着医学的发展，心脏起搏器、人工耳蜗以及生物传感器等植入体内的医疗设备被广泛应用，并逐渐开始应用于疾病的检测和预防。一般这些医疗设备也是使用电池供电的，电池的容量成为限制这些医疗设备寿命的主要因素。在电池电量用尽之后，只能通过手术的方式对设备进行更换。这种方式提高了医疗设备使用成本的同时也增加了使用风险。因此，近年来，社会各界对自供能传感器的需求不断增加。

目前，微型自供能装置的供能方式主要有太阳能发电、温差发电、压电发电、化学能电池和燃料电池。利用化学能电池和燃料电池一次性供电电池寿命短，而利用温差电效应为微系统提供能量可以实现长期供电，具有功率密度不随时间的长短而发生变化的特点。利用环境中的余热或废热造成的温度差，可以通过热电材料在不使用外部电源的情况下实现简单的能量转换结构，为微型传感器节点供电。

综上，微型温差发电装置在具有稳定温度差的环境中可以发挥显著效果。船舶在正常航行时，船舶内部具有较多高温热源，如柴油机排出的废气、高温蒸汽、高温缸套水等，可以利用高温热源与机舱空气之间的温度差进行发电。同时，随着船舶工业4.0的推近，微型自供能装置可为智能船舶上布置的微型传感器网络节点提供电能，促进无人船舶的早日实现，推动我国海洋强国战略的进一步实施。

发明内容

根据上述提出现有传感器在更换电池时需要重新拆卸连接而导致修理成本高、电池寿命缩短、高温和环境污染等技术问题，而提供一种基于MTEG的微型自供能装置及其制备方法。本发明主要利用新型双真空腔结构以管理热流路径来获得热电材料冷热端最大温差，从而提高了温差发电效率，能量转换率高。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于MTEG的微型自供能装置，包括：硅基、所述硅基顶部沉积的多晶硅衬底层、沉积在所述多晶硅衬底层顶部的多个成阵列排布的P型微型热电臂和N型微型热电臂；其特征在于，