Termoelektromos anyag megrendelt nanocsövekkel

A rendezett nanocsöveken alapuló világ első hőelektromos anyagát a Nemzeti Tudományos és Technológiai Egyetem „MISiS” Funkcionális Nanoszervezetek és Hőmérsékletű Anyagok Tanszékének kutatói dolgozták ki, a Lulelo Svéd Műszaki Egyetem és a Friedrich Schiller nevű Jénai Egyetem kutatóival együttműködésben. Az innovatív fejlesztéssel kapcsolatos információkat cikk formájában mutatták be az Advanced Functional Materials folyóiratban.

Az új anyag polimer jellegű, tehát rugalmas. Ezen felül nanocsövekből készült adalékanyagot használtunk, amely nagymértékben javítja annak elektromos vezetőképességét. Az anyag kilátásai óriási. Elvileg alkalmazható a mobil eszközök töltésére, más hagyományos energiaforrások nélkül. Új anyagból készült karkötő vagy okostelefon tokja lehetővé teszi, hogy kicsi hordozható eszközöket szó szerint az emberi test hőjétől töltse fel.

A termoelektromos anyagok olyan kémiai vegyületeket és fémötvözeteket tartalmaznak, amelyek képesek hőt elektromos energiává alakítani, ha az ilyen anyagból készült minta részeinek hőmérsékleti különbsége van. Ha vezetékeket csatlakoztat egy ezen anyagból készült elemhez, akkor ezeken keresztül villamos energiát is vehet.

Emlékezzünk arra, hogy a termoelektromos hatás, más néven Seebeck-effektusThomas Seebeck német fizikus fedezte fel 1821-ben. És hosszú ideig csak ötvözeteket használtak termoelektromos anyagként a termoelektromos generátorokhoz, csupán 10% -os hatékonysággal. És annak érdekében, hogy egy ilyen elem maximális hatékonyságot érjen el, biztosítani kellett a száz fokos hőmérsékleti különbséget, amit műszakilag nehéz megtenni.

Az elmúlt években a tudósok aktívan kutattak alternatívákat a termoelektromos ötvözetekre. Megoldást találtak - megfelelő polimer anyagok. Az alapként vett polimer anyagok lehetővé teszik a minták létrehozását termoelektromos átalakítókakár szobahőmérsékleten is képes dolgozni.

Ezenkívül a legtöbb polimer nem mérgező és alacsony hővezető képességgel rendelkezik, ami minimalizálja a hozzájuk juttatott hő felesleges eloszlását. A fémötvözetektől eltérően, a polimerek kiváló rugalmassággal rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy elvileg bármilyen kívánt hőfejlesztő készülhetnek belőlük.

A világ első mintája módosított polimerből rendezett és hosszúkás nanocsövekkel, egy nagyon ígéretes polimer - polietiléndioxi-tiofén - felhasználásával. Ezt a polimert önmagában nagy elektromos vezetőképesség jellemzi, emellett a vezetőképességet tovább javíthatjuk, ha kémiai zárványokat adunk a kiindulási anyag polimer mátrixához.

A fenti ábra egy kompozit anyag gyártási folyamatát szemlélteti polivinil-butirál réteg felhasználásával a rugalmas, ívelt hordozók átviteléhez.

Az alábbiakban egy kompozitot mutatunk be, amelyet sikeresen átvittünk három különböző alakú hordozóra, beleértve egy ívelt felületet és egy rugalmas tartót.

A bemutatott képek megmutatják az új anyag lehetséges felhasználását "építőelemekként" különféle célokra, akár bármilyen alakú termékek, beleértve a hajlítható fóliákat és rugalmas aljzatokat, konform formájú bevonatáig.

Először egy függőlegesen orientált szén nanocsövekből álló csoportot növesztettünk egy félvezető hordozón.Után - a nanocsövek vízszintesen meghosszabbodtak. Ezután a nanocsövek sorát megtöltötték polimerrel.

Mivel a nanocsövek termesztése során gyakran felhalmozódnak, és különös agglomerációkat képeznek, hogy az ilyen felhalmozódásokat egy ponton kiküszöböljék, az anyagot etilén-glikollal és dimetil-szulfoxiddal később feldolgozták. Az utolsó feldolgozási lépés befejezése után az anyag fajlagos teljesítménye több mint négyszeresére, azaz körülbelül 92 μW * mK ^ (- 2) -ra nőtt.

A NUST „MISiS” Funkcionális Nanoszervezetek és magas hőmérsékletű anyagok tanszékének tudományos csoportjának egyik résztvevője, a fizikai és matematikai tudományok jelöltje Habib Jusupov azt állítja, hogy a kapott tulajdonságok lehetővé teszik új anyag felhasználását hőelektromos átalakítók létrehozására, amelyek képesek az emberi test hőjét átalakítani (vagyis a hőmérsékleti különbségekkel kapcsolatos munkát végezni). testek szobahőmérsékleten) elektromos energiává. Készíthet például egy karkötőt a kezére vagy egy fedelet a telefonjára, amely folyamatosan táplálja a készüléket további energiaforrás igénye nélkül.