隨著智慧生活的到來，生活中有越來越多的隨身智慧型裝置，這些設備的能源供給逐漸變成一個重要的議題。本篇文章介紹了熱電模組應用在隨身設備供能的優勢，以及藉由改善傳統模組的結構與製程，製備出可撓的軟性熱電模組。目前已有研究結合軟性熱電模組與衣服而製成可靠體溫發電的機能衣，相信未來軟性熱電模組，能在智慧生活中有更多應用，讓我們的生活更加便利。
本文將從以下大綱，探討可撓式熱電技術及最新應用發展趨勢。
‧前言
‧可撓式模組潛力
‧可撓式模組類型
‧可撓式模組目前應用
‧可撓式模組前景
‧結語
【內文精選】
熱電模組具其獨有的優點，如無動件磨損，不需額外更換零件或保養，只需安裝完成便可長時間穩定使用；無毒，不含鉛、汞等接觸人體有害之物質；溫度控制與量測敏感快速，適合用於小型快速致冷或加熱用途。由於其安靜、可長時間使用不需維護等特性，目前主要被應用在需小能量供應且難以維護的儀器或需準確控溫的設備，如航太工業的微型感測器電力供給，或車用冰箱等小型移動致冷設備。
隨著3C電子產品愈發多元，穿戴式裝置(Wearable Device)越發輕薄短小，能設置電池的區域相對有限。若電池的容量不足，則容易有續航力不足的問題，但過大的電池容量又會占據機體本身大部分的體積與重量。再加上隨著IC技術發展，未來電子產品的耗能勢必會加倍提升，若能有隨身攜帶的輕便型供能裝置，定能大幅延長3C產品一次充電的使用時間，並進一步使裝置輕量化。而熱電模組便是具有此種潛力的最好選擇。
如圖一所示，傳統的熱電模組通常由兩片陶瓷基板間串聯大量P型與N型熱電顆粒的三明治結構所組成，由於使用硬式的陶瓷基板且模組具有高顆粒堆疊密度，難以適用於不規則彎曲的複雜表面，無法緊密貼合皮膚表面，造成熱源利用效率較低；近年有許多研究開始嘗試軟性可撓(Flexible)熱電模組的可能性，如利用PI或PDMS等軟性高分子材料作基板取代不可彎曲的陶瓷，或改變模組結構的設計以利整體彎曲，以期能夠將熱電模組推廣到各式穿戴式裝置的使用上，改變未來智慧型穿戴式裝置的供能方式。
圖一、軟性可撓模組能適應複雜的彎曲面，相比於傳統硬式模組，能完整貼合物品表面
可撓式模組潛力
人體每天攝取的食物，在經過代謝作用後轉化為能量，其中部分的能量最終轉化為熱能而消耗。根據文獻，人體不同部位的發熱功率不同，以胸腔、腹部最接近身體核心區的發熱功率最高，次之為大腿、前額、手臂等血管較集中的四肢部位，如表一所示。對比一些常用的穿戴式裝置之耗能功率（表二），若能充分利用人體散失出來的能量，理論上便可穩定替這些穿戴式裝置供能，未來甚至可以取代鋰電池，達成無限續航的目的。
可撓式模組類型
為了能充分回收人體散失的熱能，能夠完全貼合人體表面不規則曲面的可撓式模組就顯得相當重要。恩荷芬理工大學Z. Cao等人，發表了利用印刷製程(Screen Printing)在KAPTON®高分子基板上製備出長條形的厚膜模組（圖四）。長條形的模組結構可以減少在同樣模組面積下的電極面積，避免多次彎曲後電極失效的可能性，同時也使模組能在特定方向上有良好的彎曲特性，但相對來說，較無法抵抗另一個彎曲方向的應力。
也有研究嘗試降低熱電材料厚度，並將粉末與高導熱的高分子混合，使熱電材料本身具有一定的韌性，可進行適當程度的撓曲，如圖六所示。此種製程由於改善了材料本身的韌性，而使模組整體皆可彎曲，有較廣的應用範圍。但可撓式模組由於受限於其厚度，冷熱端溫差難以建立，因此可撓模組的輸出通常比傳統模組低。韓國We等人，設計改變冷熱端的建立方式，彌補薄型的可撓式熱電模組難以建立溫差的缺點，其熱端同樣貼近皮膚，但冷端以其他基板墊高，使其遠離皮膚熱源，形成類似紡錘體…...以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖六、混雜熱電粉末與高分子形成漿料，再將其印刷在纖維上，形成軟性可撓的熱電布
作者：陳力祺／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」386期，更多資料請見下方附檔。