Caracterización de propiedades termoeléctricas en nanocompuestos de Ag2Se con grafeno sobre sustratos flexibles

En el mundo, una gran parte de la energía utilizada por el ser humano se escapa al ambiente en forma de calor. Ahora que el calentamiento global es una preocupación cada vez más urgente, encontrar alternativas de energía limpia se ha vuelto una necesidad. En este sentido, los generadores termoeléctr...

Full description

Autores:
Quintero Camargo, Ever Eduardo
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2022
Institución:
Universidad de los Andes
Repositorio:
Séneca: repositorio Uniandes
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/54608
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/1992/54608
Palabra clave:
Termoeléctrico
Serigrafía
Grafeno
Flexible
Termoelectricidad
Materiales nanocompuestos
Electrónica flexible
Generadores termoeléctricos
Física
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description En el mundo, una gran parte de la energía utilizada por el ser humano se escapa al ambiente en forma de calor. Ahora que el calentamiento global es una preocupación cada vez más urgente, encontrar alternativas de energía limpia se ha vuelto una necesidad. En este sentido, los generadores termoeléctricos (TE) pueden aprovechar esa energía desperdiciada, convirtiendo una diferencia de temperatura en energía eléctrica. Dentro de este grupo de dispositivos, recientemente se ha fijado la atención de la comunidad científica sobre los termoeléctricos flexibles (FTE). Los FTE son materiales TE, generalmente de menos de un centímetro de grosor, que pueden ser doblados y estirados sin disminuir considerablemente su eficiencia. Así, tienen aplicaciones en el diseño de ropa inteligente, dispositivos móviles autoalimentados, entre otros. Con el objetivo de contribuir al desarrollo de las fuentes de energía del futuro, en este proyecto se construyeron y caracterizaron tres FTEs: dos compuestos por capas de tinta de grafeno de entre 25 um y 49 um de grosor y otro de EEG:Ag2Se en configuración 3:2, impresos sobre poliéster mediante la técnica de Serigrafía. Este método mostró ser rápido, escalable y, además, aplicable al papel. Los termoeléctricos obtenidos exhiben una baja conductividad térmica y un alto coeficiente Seebeck, pero una baja conductividad eléctrica. Por tanto, uno de los FTEs compuesto únicamente por capas de grafeno presenta un factor de potencia de 3.3x10^{-2} uWm^{-1}K^{-2} y una figura de mérito de 6x10^{-5}, equiparables a los valores reportados recientemente en la literatura para nanocompuestos basados en grafeno. Por su parte, el dispositivo de EEG:Ag2Se exhibe un factor de potencia de 4.5x10^{-4} uWm^{-1}K^{-2} y una figura de mérito de 1.7x10^{-7}, debido a su baja conductividad eléctrica.
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En este sentido, los generadores termoeléctricos (TE) pueden aprovechar esa energía desperdiciada, convirtiendo una diferencia de temperatura en energía eléctrica. Dentro de este grupo de dispositivos, recientemente se ha fijado la atención de la comunidad científica sobre los termoeléctricos flexibles (FTE). Los FTE son materiales TE, generalmente de menos de un centímetro de grosor, que pueden ser doblados y estirados sin disminuir considerablemente su eficiencia. Así, tienen aplicaciones en el diseño de ropa inteligente, dispositivos móviles autoalimentados, entre otros. Con el objetivo de contribuir al desarrollo de las fuentes de energía del futuro, en este proyecto se construyeron y caracterizaron tres FTEs: dos compuestos por capas de tinta de grafeno de entre 25 um y 49 um de grosor y otro de EEG:Ag2Se en configuración 3:2, impresos sobre poliéster mediante la técnica de Serigrafía. Este método mostró ser rápido, escalable y, además, aplicable al papel. Los termoeléctricos obtenidos exhiben una baja conductividad térmica y un alto coeficiente Seebeck, pero una baja conductividad eléctrica. Por tanto, uno de los FTEs compuesto únicamente por capas de grafeno presenta un factor de potencia de 3.3x10^{-2} uWm^{-1}K^{-2} y una figura de mérito de 6x10^{-5}, equiparables a los valores reportados recientemente en la literatura para nanocompuestos basados en grafeno. Por su parte, el dispositivo de EEG:Ag2Se exhibe un factor de potencia de 4.5x10^{-4} uWm^{-1}K^{-2} y una figura de mérito de 1.7x10^{-7}, debido a su baja conductividad eléctrica.Worldwide, much of the energy used by humans escapes into the environment in the form of heat. Now that global warming is an increasingly urgent concern, finding clean energy alternatives has become a necessity. In this sense, thermoelectric generators (TE) can take advantage of this wasted energy by converting a temperature difference into electrical energy. Within this group of devices, flexible thermoelectrics (FTE) have recently gained the attention of the scientific community. FTEs are TE materials, generally less than one centimeter thick, that can be bent and stretched without significantly decreasing their efficiency. Thus, they have applications in the design of smart clothing, self-powered mobile devices, among others. With the aim of contributing to the development of future energy sources, three FTEs were built and characterized in this project: two composed of graphene ink layers between 25 µm and 49 µm thick and another one of EEG:Ag2Se in 3:2 configuration, printed on polyester using the Screen Printing technique. This method was shown to be fast, scalable and, moreover, applicable to paper. The thermoelectrics obtained exhibit low thermal conductivity and high Seebeck coefficient, but low electrical conductivity. Thus, one of the FTEs composed solely of graphene layers presents a power factor of 3.3×10¿2 µWm¿1K¿2 and a figure of merit of 6×10¿5, comparable to the values recently reported in the literature for graphene-based nanocomposites. On the other hand, the EEG:Ag2Se device exhibits a power factor of 4.5×10¿4 µWm¿1K¿2 and a figure of merit of 1.7×10¿7, due to its low electrical conductivity.FísicoPregrado58 hojasspaUniversidad de los AndesFísicaFacultad de CienciasDepartamento de FísicaCaracterización de propiedades termoeléctricas en nanocompuestos de Ag2Se con grafeno sobre sustratos flexiblesTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TPTermoeléctricoSerigrafíaGrafenoFlexibleTermoelectricidadMateriales nanocompuestosElectrónica flexibleGeneradores termoeléctricosFísica201814847PublicationORIGINALCaracterización de propiedades termoeléctricas en nanocompuestos de Ag2Se con grafeno sobre sustratos flexibles.pdfCaracterización de propiedades termoeléctricas en nanocompuestos de Ag2Se con grafeno sobre sustratos flexibles.pdfTrabajo de gradoapplication/pdf13016292https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/20866dc0-67b6-46e6-8e9d-d5cbae42bea7/downloadb5a117ed4f8665d894e81a5fad397be1MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81810https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/8f89bc32-7a21-4966-97d5-3f0b594febb2/download5aa5c691a1ffe97abd12c2966efcb8d6MD51TEXTCaracterización de propiedades termoeléctricas en nanocompuestos de Ag2Se con grafeno sobre sustratos flexibles.pdf.txtCaracterización de propiedades termoeléctricas en nanocompuestos de Ag2Se con grafeno sobre sustratos flexibles.pdf.txtExtracted texttext/plain112251https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/92f55894-44a2-4c52-96c1-1ee3650eb8c3/download2bad2471c314f070dd1503b8533f60c4MD53THUMBNAILCaracterización de propiedades termoeléctricas en nanocompuestos de Ag2Se con grafeno sobre sustratos flexibles.pdf.jpgCaracterización de propiedades termoeléctricas en nanocompuestos de Ag2Se con grafeno sobre sustratos flexibles.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg8677https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/ab4cc3be-f628-47d5-8db3-6f8506df3e5d/download31f1ceef3cdb0d4e886a89cb9b6ca3a7MD541992/54608oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/546082023-10-10 19:23:38.651http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/restrictedhttps://repositorio.uniandes.edu.coRepositorio institucional Sénecaadminrepositorio@uniandes.edu.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