المواد الحرارية مع الأنابيب النانوية المطلوبة

قامت مجموعة من العلماء من قسم النظم النانوية الوظيفية والمواد المرتفعة الحرارة في الجامعة الوطنية للعلوم والتكنولوجيا "MISiS" بالتعاون مع باحثين من جامعة التكنولوجيا السويدية Lulelo وجامعة جينا بتسمية أول مادة حرارية كهربائية في العالم تعتمد على الأنابيب النانوية المطلوبة. تم تقديم معلومات عن التطوير الابتكاري في شكل مقال في مجلة Advanced Functional Materials.

المواد الجديدة لها طبيعة البوليمر ، لذلك فهي مرنة. بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام مادة مضافة مصنوعة من الأنابيب النانوية هنا ، مما يحسن بشكل كبير من التوصيل الكهربائي. احتمالات المواد هائلة. من حيث المبدأ ، ينطبق على شحن الأدوات المحمولة دون الحاجة إلى مصادر الطاقة التقليدية الأخرى. يسمح لك سوار أو علبة للهاتف الذكي ، مصنوع من مواد جديدة ، بشحن الأجهزة المحمولة الصغيرة حرفيًا من حرارة جسم الإنسان.

تشتمل المواد الحرارية على مركبات كيميائية وسبائك معدنية قادرة على تحويل الحرارة إلى طاقة كهربائية مع وجود فرق في درجة الحرارة بين أجزاء من عينة مصنوعة من هذه المادة. إذا قمت بتوصيل الموصلات بعنصر مصنوع من هذه المواد ، يمكنك الحصول على الطاقة الكهربائية من خلالها.

أذكر أن تأثير الحرارية ، المعروف أيضا باسم تأثير Seebeck، اكتشفه الفيزيائي الألماني توماس سيبك في عام 1821. ولفترة طويلة ، تم استخدام السبائك فقط كمواد حرارية لمولدات الكهرباء الحرارية ، مما يعطي كفاءة حوالي 10 ٪ فقط. ولتحقيق أقصى قدر من الكفاءة من مثل هذا العنصر ، كان من الضروري ضمان اختلاف درجات الحرارة بمئات الدرجات ، وهو أمر صعب تقنياً.

في السنوات القليلة الماضية ، كان العلماء يبحثون بنشاط عن بدائل للسبائك الحرارية الحرارية. تم العثور على حل - المواد البوليمرية المناسبة. المواد البوليمرية التي اتخذت كأساس تسمح لك بإنشاء عينات المحولات الحراريةقادرة على العمل حتى في درجة حرارة الغرفة.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن معظم البوليمرات غير سامة ولها الموصلية الحرارية المنخفضة ، مما يقلل من تبديد عديمة الفائدة من الحرارة المقدمة لهم. على عكس السبائك المعدنية ، تتمتع البوليمرات بمرونة ممتازة ، مما يعني أنه من حيث المبدأ ، يمكن تصنيع المولدات الحرارية من أي شكل مرغوب منها.

تم ترتيب العينة الأولى في العالم من البوليمر المعدل مع الأنابيب النانوية المرتبة والمستطيلة باستخدام بوليمر واعد للغاية - بولي إيثيلين ديوكسي ثيوفين. يتميز هذا البوليمر في حد ذاته بالتوصيل الكهربائي العالي ، بالإضافة إلى ذلك ، يمكن زيادة تعزيز التوصيل بإضافة الإضافات الكيميائية في مصفوفة البوليمر لمادة البدء.

يوضح الشكل أعلاه عملية تصنيع مادة مركبة باستخدام طبقة من polyvinyl butyral لنقل ركائز منحنية مرنة.

يوضح الجدول التالي مركبًا تم نقله بنجاح إلى ثلاثة ركائز من أشكال مختلفة ، بما في ذلك السطح المنحني والدعم المرن.

تُظهر الصور الموضحة الاستخدام المحتمل للمادة الجديدة كـ "لبنات بناء" لأغراض متعددة ، حتى استخدامها كطلاء مطابق للمنتجات بأي شكل ، بما في ذلك الأفلام القابلة للانحناء والركائز المرنة.

أولاً ، تم زراعة مجموعة ذات اتجاه رأسي من أنابيب الكربون النانوية على ركيزة أشباه الموصلات.بعد - تم تمديد الأنابيب النانوية أفقيا. ثم تمت تعبئة مجموعة الأنابيب النانوية بالبوليمر.

بما أنه عندما يتم زراعة الأنابيب النانوية ، فإنها تتراكم في كثير من الأحيان ، وتشكل تكتلات غريبة ، من أجل القضاء على هذه التراكمات عند نقطة واحدة ، تعرضت المادة للمعالجة اللاحقة باستخدام الإيثيلين جليكول وثنائي ميثيل سلفوكسيد. عند الانتهاء من خطوة المعالجة الأخيرة ، زادت الطاقة المحددة للمادة بأكثر من 4 مرات ، أي إلى حوالي 92 μW * mK ^ (- 2).

يدعي أحد المشاركين في المجموعة العلمية من قسم النظم النانوية الوظيفية والمواد ذات درجة الحرارة العالية في NUST "MISiS" ، مرشح العلوم الفيزيائية والرياضية ، حبيب يوسوبوف ، أن الخصائص التي تم الحصول عليها ستسمح باستخدام مواد جديدة لإنشاء محولات كهروضوئية يمكنها تحويل حرارة جسم الإنسان (أي ، العمل على الاختلافات في درجة الحرارة) الهيئات مع درجة حرارة الغرفة) في الطاقة الكهربائية. على سبيل المثال ، يمكنك إنشاء سوار على يدك أو غطاء لهاتفك ، والذي يمكنه دائمًا تشغيل الجهاز دون الحاجة إلى مصدر طاقة إضافي.