Kirigami-inspired organic and inorganic film-based flexible thermoelectric devices with built-in heat sink

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作者
Chongyang Zeng,Kan Chen,Cevriye Koz,Eleni-Chrysanthi Stefanaki,Eugenio Sebastian Suena Galindez,Han Zhang,Oliver Fenwick,Richard Tuley,Emiliano Bilotti
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:121: 109213-109213 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.109213
摘要

Thermoelectric (TE) devices can convert heat to electricity directly, which offers a unique opportunity to realize waste heat recovery. However, conventional TE devices inevitably use heat sinks, which are bulky, rigid and heavy, limiting practical applications. Herein, we propose a fully integrated film-based TE device with intrinsically built-in fins as heat sink in a hexagonal honeycomb device structure, that simultaneously achieves high TE performance and conformability, as confirmed by experiments and modelling. A flexible Kapton substrate with copper electrodes, integrating either carbon nanotube (CNT) veils or bismuth telluride (Bi2Te3) TE 'legs', both of n- and p-type, achieved a remarkable specific power of 185.4 nW K−2 for a Bi2Te3-based device and 53.1 nW K−2 for a CNT-based device, thanks to the heat dissipation effect granted by the built-in fins. Besides, the addition of oriented polymer films interconnects, contracting when above their glass transition temperature, allowed a single substrate two-dimensional (2D) TE device to self-fold into a three-dimensional (3D) hexagonal honeycomb structure, with built-in fins, contactlessly and autonomously. The demonstrated shape-programmed kirigami-inspired scalable TE device paves the way for realising self-powered applications comprising hundreds of TE legs with both inorganic (e.g., Bi2Te3) and organic (e.g. CNT veils) TE materials and integrated heat sinks.
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