Design and fabrication of thermoelectric generators into textile, with area selective ALD and spraying
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-06-18
Department
Major/Subject
Functional materials
Mcode
CHEM3025
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
59
Series
Abstract
Thermoelectric devices can utilize a temperature difference to produce electrical power in a scalable manner. This makes it is a promising solution to power the growing demand for wearable electronics. Since the current state-of-the-art thermoelectric materials bismuth telluride (Bi2Te3) and antimony telluride (Sb2Te3) are brittle and toxic for humans, more research for wearable solutions and materials for fabric substrates is needed to reach this goal. The issues that need to be solved by research are to find appropriate flexible and nontoxic material solutions available, a reliable deposition method and a functional design for the direction of the temperature difference. For a thermoelectric design to work impregnated into a textile substrate the placement and edges of the two deposited materials need special attention. The two different semiconductor materials cannot be in contact with each other but also need to be thick enough to overcome the electrical resistance of the fabric. Although, atomic layer deposition is a technique for precise pinhole free deposition, limiting deposited areas is a challenge, especially when depositing on a fabric substrate. This thesis will attempt to design and fabricate a thermoelectric generator using zinc oxide and poly(3,4-ethylenedioxuthiophene)poly(styrenesulfonate) by impregnating these materials into a fabric substrate. The impregnation will be done with area selective atomic layer deposition and spraying, to achieve the proposed design. A literature section has been outlined to describe the relative theory behind the design and the chosen materials for this work while the experimental section reviews the methods and results for fabricating the proposed design.Termoelektriska enheter kan utnyttja en temperaturskillnad för att skapa elektricitet, tekniken är mekaniskt hållbar och den skapade spänningen är proportionell till temperaturskillnaden mellan de olika polerna. Detta gör termoelektricitet till en lovande lösning för att skapa trådlös el åt kroppsnära teknik, som är en växande teknikform på väg till marknaden. Dagens termoelektriska material (Bi2Te3) är sköra och giftiga, så nya lösningar krävs för att utnyttja tekniken effektivt. Tyger som består av termoelektriska moduler bör vara utav flexibla och ogiftiga material som kan deponeras på ett kontrollerbart sätt till enligt riktningen av temperaturskillnaden. För att ett termoelektriskt mönster skulle fungera impregnerat i tyg, är det viktigt att de olika deponerade materialen inte i kontakt med varandra och är i tillräckligt tjocka lager för att överkomma tygets elektriska resistans. Atomlagerdeponering är en deponerings teknik som är känd för att kunna deponera felfria tunnfilmer av material på en variation an underlag. Denna deponerings teknik kan också vara väldigt täckande, vilket kan göra begränsande av filmen svårt. Denna avhandling tillverkar ett termoelektriskt mönster för att deponeras på tyg, där temperaturskillnaden kommer att vara längs med tyget. De termoelektriska materialen som mönstret består av är zinkoxid och en elektriskt ledande polymer (PEDOT:PSS). Mönstret fabriceras på ett bomull tyg substrat med hjälp av begränsad atomlagerdeponering för zinkoxid och begränsad sprutmålning av PEDOT:PSS. Avhandlingen är delad till en litteraturandel där nuvarande läget av forskningen är behandlad och en experimentell andel där fabricerings metoderna för mönstret är beskrivna.Description
Supervisor
Karppinen, MaaritThesis advisor
Marin, GiovanniKrahl, Fabian
Keywords
atomic layer deposition, zinc oxide, PEDOT:PSS, thermoelectric devices, textile