Termoelektrinen materiaali tilatuilla nanoputkilla

Maailman ensimmäisen termoelektrisen materiaalin, joka perustuu tilattuihin nanoputkiin, kehitti ryhmä tutkijoita Funktionaalisten nanosysteemien ja korkean lämpötilan materiaalien laitokselta Kansallisesta tiede- ja tekniikkayliopistosta “MISiS” yhteistyössä tutkijoiden kanssa Ruotsin teknillisestä yliopistosta Luuleleausta ja Jena-yliopistosta, jonka nimi on Friedrich Schiller. Tietoja innovatiivisesta kehityksestä esiteltiin artikkelin muodossa Advanced Functional Materials -lehdessä.

Uudella materiaalilla on luonnetta polymeeri, joten se on joustava. Lisäksi tässä käytettiin nanoputkista valmistettua lisäainetta, mikä parantaa huomattavasti sen sähkönjohtavuutta. Materiaalin näkymät ovat valtavat. Periaatteessa sitä voidaan käyttää mobiililaitteiden lataamiseen ilman, että tarvitaan muita perinteisiä energialähteitä. Uudesta materiaalista valmistettu rannekoru tai älypuhelimen kotelo antaa sinun ladata pieniä kannettavia laitteita kirjaimellisesti ihmisen kehon kuumuudesta.

Termoelektrisiin materiaaleihin kuuluvat kemialliset yhdisteet ja metalliseokset, jotka kykenevät muuttamaan lämpöä sähköenergiaksi, kun läsnä on lämpötilaero sellaisesta materiaalista valmistetun näytteen osien välillä. Jos liität johtimet tästä materiaalista valmistettuun elementtiin, voit vastaanottaa sähköenergiaa niiden kautta.

Muista, että termoelektrinen vaikutus, joka tunnetaan myös nimellä Seebeck-vaikutus, löysi saksalainen fyysikko Thomas Seebeck vuonna 1821. Ja pitkään vain seoksia käytettiin termoelektrisina materiaaleina termoelektronisissa generaattoreissa, jolloin niiden hyötysuhde oli vain noin 10%. Ja tällaisen elementin maksimaalisen hyötysuhteen saavuttamiseksi oli tarpeen varmistaa satojen asteiden lämpötilaero, mikä on teknisesti vaikeaa.

Muutaman viime vuoden aikana tutkijat ovat aktiivisesti etsineet vaihtoehtoja lämpöelektrisille seoksille. Löydettiin ratkaisu - sopivia polymeerimateriaaleja. Perustana olevien polymeerimateriaalien avulla voit luoda näytteitä termoelektriset muuntimetpystyy toimimaan jopa huoneenlämpötilassa.

Lisäksi suurin osa polymeereistä ei ole myrkyllisiä ja niillä on matala lämmönjohtavuus, mikä minimoi heille syötetyn lämmön turhaa hajoamista. Toisin kuin metallilejeeringit, polymeereillä on erinomainen joustavuus, mikä tarkoittaa, että niitä voidaan periaatteessa käyttää minkä tahansa halutun muodon lämpögeneraattoreiden valmistukseen.

Maailman ensimmäinen näyte muokatusta polymeeristä, jossa on tilatut ja pitkänomaiset nanoputket, jotka on järjestetty käyttämällä erittäin lupaavaa polymeeriä - polyeteenidioksitiofeeniä. Tälle polymeerille itsessään on ominaista korkea sähkönjohtavuus, lisäksi johtokykyä voidaan parantaa lisäämällä lisäämällä kemiallisia sulkeumia lähtöaineen polymeerimatriisiin.

Yllä oleva kuva esittää komposiittimateriaalin valmistusprosessia käyttämällä polyvinyylibutyraalikerrosta joustavien kaarevien substraattien siirtämiseksi.

Seuraava esittää komposiittia, joka on onnistuneesti siirretty kolmeen eri muotoiseen substraattiin, mukaan lukien kaareva pinta ja joustava tuki.

Nämä kuvat osoittavat uuden materiaalin mahdollista käyttöä "rakennuspalikoina" erilaisiin tarkoituksiin aina konformaalina pinnoitteena käyttämiseen minkä tahansa muodon tuotteille, mukaan lukien taivutettavat kalvot ja taipuisat alustat.

Ensin pystysuunnassa orientoitunut ryhmä hiilinanoputkia kasvatettiin puolijohdealustalle.Jälkeen - nanoputket pidentyivät vaakasuoraan. Sitten joukko nanoputkia täytettiin polymeerillä.

Koska nanoputkien kasvaessa ne kerääntyvät usein muodostaen erityisiä taajamisia sellaisten kertymien poistamiseksi yhdessä vaiheessa, materiaali käsiteltiin myöhemmin eteeniglykolilla ja dimetyylisulfoksidilla. Viimeisen käsittelyvaiheen päätyttyä materiaalin ominaisteho kasvoi yli 4 kertaa, ts. Noin 92 μW * mK ^ (- 2).

Yksi tieteellisen ryhmän osallistujista NUSTin ”MISiS” funktionaalisten nanojärjestelmien ja korkean lämpötilan materiaalien laitokselta, fysiikan ja matemaattisten tieteiden kandidaatti Habib Jusupov väittää, että saatujen ominaisuuksien ansiosta uuden materiaalin avulla voidaan luoda termoelektrisia muuntimia, jotka voivat muuntaa ihmiskehon lämmön (eli työskennellä lämpötilaeron suhteen) huoneet lämpötilassa olevat elimet) sähköenergiaksi. Voit esimerkiksi luoda kädellesi rannekkeen tai kannen puhelimeesi, joka voi tuottaa laitteelle jatkuvaa virtaa ilman erillistä energialähdettä.