Flexible thermocouple using a thermoelectric graphene fiber with a seamless junction

热电偶 材料科学 石墨烯 热电效应 制作 塞贝克系数 纤维 氧化物 光电子学 复合材料 纳米技术 热导率 医学 物理 替代医学 病理 冶金 热力学
作者
Seungwon Kim,Soomook Lim,Myeong Hee Jeong,Wonjoon Kim,Seunghyun Baik,Ji Won Suk
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:172: 15-22 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2023.05.078
摘要

Temperature is an important physical variable that indicates the condition of the human body and artificial systems. Advanced wearable applications require the development of temperature sensors with different form factors. In this study, a fiber-shaped thermoelectric temperature sensor is fabricated using a continuous graphene fiber whose two halves possess different reduction states. A seamless junction is formed by partially reducing a wet-spun graphene oxide fiber with hydroiodic acid (HI) solutions of different concentrations. One-half of the fiber is mildly reduced with 0.97 wt.% HI, while the other half is highly reduced with 30.6 wt.% HI. The different reduction states of the graphene composite fiber result in different Seebeck coefficients, allowing for the fabrication of a fiber-shaped graphene thermocouple without any laborious assembly. The flexible graphene thermocouple exhibits high sensitivity with a thermopower of 12.5 μV K–1 in the temperature range of room temperature to ∼70 °C. Furthermore, it exhibits high linearity with a correlation coefficient exceeding 0.995 and fast response with a time constant of 0.24 s. Owing to its mechanical robustness and flexibility, the stand-alone graphene thermocouple can be knitted into a cotton fabric glove, which presents a fast response to environmental changes without any external power source. This work offers a unique fabrication method for producing a high-performance, flexible thermocouple that features a seamless and clear junction without the use of additional materials. This alternative method eliminates the complicated assembly processes typically required for conventional thermocouples.
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