Wavy-Structured Carbon Nanotube Photo-Thermoelectric Device for Self-Powered Sensing and Energy Harvesting

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作者
Heng Wang,Qi-Rui Yang,Xue-Fei Feng,Xin Lin Li,Jian Wei Liu,Heng Wang,Qi-Rui Yang,Xue-Fei Feng,Xin Lin Li,Jian Wei Liu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (46): 39925-39935
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c13790
摘要

Fabrication of flexible photothermoelectric (PTE) devices represents a promising approach for harvesting solar and low-grade thermal energy. However, most PTE devices focus on enhancing temperature gradients (ΔT) through rigid three-dimensional structures, lacking flexibility, all-weather power generation capabilities, and being unable to achieve synchronized changes in photothermal and structural properties. Here, this paper designs a flexible PTE device with a wave-like structure, integrating thermo-actuation technology with a radiative cooling strategy, and achieving a photothermal device featuring reversible structural deformation, stable temperature gradients, and all-weather power generation. The photothermal response is achieved by forming a highly integrated p-n junction array through spaced printing of surface-functionalized single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) on a polyimide (PI) film. Simultaneously, the mismatched thermal expansion coefficients between Al2O3@PDMS and PI enable reversible thermally driven deformation of the PTE. The resulting wave-like structure enhances the temperature gradient between the hot and cold sides, boosting photothermal conversion efficiency. The presence of Al2O3 nanoparticles confers radiative cooling properties, reflecting solar radiation and increasing the effective heat dissipation area to maintain a stable temperature gradient under illumination. This structural design enables the PTE device to achieve a ΔT of 20 K under 100 mW cm-2 solar irradiation, overcoming the limitations of conventional photothermal devices, and it allows for nighttime energy harvesting, enabling round-the-clock power generation. This strategy offers a design approach for thermal management and the efficient conversion of light and heat energy.
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