Termoelektrični materijal s naručenim nanocjevkama

Prvi termoelektrični materijal na svijetu na temelju naručenih nanocjevčica razvila je skupina znanstvenika s Odjela za funkcionalne nanosustave i visokotemperaturne materijale Nacionalnog sveučilišta za znanost i tehnologiju „MISiS“ u suradnji s istraživačima švedskog Tehnološkog sveučilišta Lulelo i jenskog sveučilišta Friedricha Schillera. Informacije o inovativnom razvoju predstavljene su u obliku članka u časopisu Advanced Functional Materials.

Novi materijal ima polimernu prirodu, tako da je fleksibilan. Osim toga, ovdje je korišten aditiv napravljen od nanocjevčica, koji uvelike poboljšava njegovu električnu vodljivost. Izgledi za materijal su kolosalni. U principu je primjenjiv za punjenje mobilnih naprava bez potrebe za drugim tradicionalnim izvorima energije. Narukvica ili futrola za pametni telefon, izrađeni od novog materijala, omogućit će vam punjenje malih prijenosnih uređaja doslovno iz topline ljudskog tijela.

Termoelektrični materijali uključuju kemijske spojeve i metalne legure koji mogu pretvoriti toplinu u električnu energiju u prisutnosti temperaturne razlike između dijelova uzorka izrađenih od takvog materijala. Ako spojite vodiče na element izrađen od ovog materijala, možete dobiti električnu energiju kroz njih.

Podsjetimo da je termoelektrični učinak, također poznat kao Seebeckov efekt, otkrio je njemački fizičar Thomas Seebeck 1821. godine. Dugo vremena samo su legure korištene kao termoelektrični materijali za termoelektrične generatore, što daje učinkovitost od samo oko 10%. A da bi se postigao maksimalni učinak takvog elementa, bilo je potrebno osigurati temperaturnu razliku od stotina stupnjeva, što je tehnički teško učiniti.

U posljednjih nekoliko godina, znanstvenici su aktivno tražili alternative termoelektričnim legurama. Pronađeno je rješenje - pogodni polimerni materijali. Polimerni materijali uzeti kao osnova omogućuju vam stvaranje uzoraka termoelektrični pretvaračisposobni za rad čak i na sobnoj temperaturi.

Pored toga, većina polimera je netoksična i ima nisku toplinsku vodljivost, što minimizira beskorisno rasipanje topline koja im se isporučuje. Za razliku od legura metala, polimeri imaju izvrsnu fleksibilnost, što znači da se u načelu od njih mogu napraviti termogeneratori bilo kojeg željenog oblika.

Prvi uzorak modificiranog polimera na svijetu s uređenim i izduženim nanocjevkama smještenim uz pomoć vrlo obećavajućeg polimera - polietilendiokstiofena. Ovaj polimer sam po sebi karakterizira visoka električna vodljivost, osim toga, vodljivost se može dodatno poboljšati dodavanjem kemijskih inkluzija u polimernoj matrici polaznog materijala.

Na slici iznad prikazan je postupak izrade kompozitnog materijala koji koristi sloj polivinil butirala za prijenos fleksibilnih zakrivljenih podloga.

Slijedi prikaz kompozita koji je uspješno prenesen na tri podloge različitih oblika, uključujući zakrivljenu površinu i fleksibilni nosač.

Prikazane slike pokazuju potencijalnu uporabu novog materijala kao „građevnih blokova“ u različite svrhe, sve do upotrebe kao konformnog premaza za proizvode bilo kojeg oblika, uključujući savijajuće filmove i fleksibilne podloge.

Prvo je na poluvodičkoj podlozi uzgajan vertikalno orijentirani niz ugljikovih nanocjevčica.Poslije - nanocjevčice su vodoravno izdužene. Tada je niz nanocjevčica napunjen polimerom.

Budući da se, kada se uzgajaju nanocjevčice, često se akumuliraju, tvoreći osebujne aglomeracije, kako bi se u jednom trenutku eliminirale takve nakupine, materijal je podvrgnut naknadnoj obradi s etilen glikolom i dimetil sulfoksidom. Po završetku zadnjeg koraka obrade, specifična snaga materijala povećala se više od 4 puta, to jest, na oko 92 μW * mK ^ (- 2).

Jedan od sudionika znanstvene skupine s Odjela za funkcionalne nanosisteme i visokotemperaturne materijale NUST-a "MISiS", kandidat fizičko-matematičkih znanosti Habib Yusupov tvrdi da će dobivene karakteristike omogućiti uporabu novog materijala za stvaranje termoelektričnih pretvarača koji mogu pretvoriti toplinu ljudskog tijela (to jest raditi na temperaturnim razlikama tijela sa sobnom temperaturom) u električnu energiju. Na primjer, možete stvoriti narukvicu na ruci ili poklopac za telefon koji može stalno napajati uređaj bez potrebe za dodatnim izvorom energije.