利用體溫對手機充電方法的理論分析

手機體溫充電系統的關鍵部分是直流電產生模塊，該模塊主要是由809個半導體熱電偶形成的熱電堆。熱電堆的制造工藝主要涉及材料的切割成形和預處理，以及組件的整體焊接組裝等過程。根據前面的分析，熱電堆的制造工藝有下列要求：接觸電阻和接觸熱阻應盡可能小；具有較高的可靠性和較強的機械承受力；容易實現與散熱器和人體表面的良好熱接觸；盡可能低的生產成本。

(1)材料的切割及預處理目前最常用的溫差電材料Bi2Te3及其合金材料是采用熔體生長法制備的。由于這類材料具有極易解理和各向異性的特點，在將晶錠切割成設計所需面長比的條狀溫差電偶臂時，必須注意選擇材料的切割方向，使溫差電偶的長度方向沿材料的生長方向，從而保證溫差電偶處于優值最大的方向。對于尺寸較小的溫差電偶臂，采用線切割或電火花切割可在很大程度上減小材料的損傷和切割損耗。然而這種方式切割速率較慢。

Bi2Te3及其合金具有斜方晶體結構，通常難以與常用的幾種錫類焊料具有較好的可焊性，因而難于實現溫差電偶與導流片的直接焊接。常用的解決方法是在溫差電偶臂的端面上掛一層過渡焊料，通常采用Bi95Sb5，除了盡可能選擇接觸性能較好的焊料外，還需要適當的工藝。焊接前，最好對各焊接表面進行化學清洗(腐蝕法)，焊接時則需要選擇適當的焊接溫度和時間，都可以在一定程度上提高熱電堆的接頭導電和導熱特性。

(2)器件的組裝焊接陶瓷金屬化技術是目前最常用的熱電堆制造技術。該技術采用熱導率較高和電絕緣較好的陶瓷片作為基片，根據熱電堆導流片設計圖，采用篩網印制和高溫燒結的方法在陶瓷片上形成局部金屬化區域，然后在該區域形成銅導流片，之后就可將溫差電偶臂焊接在兩陶瓷片之間構成熱電堆。常用的陶瓷片有氧化鋁(Al2O3)和氧化鈹(BeO)，普通的應用要求多采用氧化鋁材料。

5 試驗結果

直流電產生模塊利用半導體溫差電池組將冷面和熱面之間的溫差轉化為電壓，試驗裝置如圖5所示。

試驗裝置

在半導體溫差電池組的熱面加熱水，冷面加冷水，使其兩邊形成溫差，為把熱水的熱量很好的傳給半導體溫差電池組，半導體溫差電池組和金屬隔板之間的接觸面涂上一層薄導熱硅膠，排走接觸面的空氣，讓溫差電池組表面與金屬導熱隔板充分接觸。實驗測得可調直流電源經升壓器件給手機充電時其電壓約0．911 V，電流約70 mA，則等效輸入內阻為13．01Ω。因此．試驗采用由127對N-P半導體熱電偶組成1片溫差電池．其外形尺寸為40 mm×40 mm×4 mm，測得內阻約為3．8 Ω，采用4片做不同的串并聯試驗，外接負載為15 Ω電阻，使其等效為經過升壓器件給手機充電。圖6為在不同溫差下的試驗結果，表2列出了溫差為9 K時的實驗數據

6 結論

根據理論分析設計了手機體溫充電系統，試驗結果表明，4片半導體溫差電池串聯時等效內阻和負載電阻達到匹配，輸出功率最大，在相同溫差下利用半導體溫差電池的串聯可以提高電壓和電流，以滿足升壓穩壓電路模塊的啟動條件，從而滿足手機充電要求。理論分析和試驗結果均證明利用體溫為手機充電是可行的，只要進一步提高熱電偶的轉化效率，將實現手機真正意義上的永不斷電。