Termoelektrinė medžiaga su užsakytais nanovamzdeliais

Pirmąją pasaulyje termoelektrinę medžiagą, pagamintą iš užsakytų nanovamzdelių, sukūrė Nacionalinio mokslo ir technologijos universiteto „MISiS“ Funkcinių nanosistemų ir aukštos temperatūros medžiagų mokslininkų grupė bendradarbiaudama su Švedijos technologijos universiteto Lulelo ir Jenos universiteto mokslininkais, vardu Friedrichas Schilleris. Informacija apie novatorišką plėtrą buvo pateikta straipsnio forma žurnale „Advanced Functional Materials“.

Naujoji medžiaga turi polimerinį pobūdį, todėl yra lanksti. Be to, čia buvo naudojamas priedas, pagamintas iš nanovamzdelių, kuris labai pagerina jo elektrinį laidumą. Medžiagos perspektyvos yra didžiulės. Iš principo ji taikoma kraunant mobiliąsias programėles, nereikalaujant kitų tradicinių energijos šaltinių. Iš naujos medžiagos pagaminta išmaniojo telefono apyrankė ar dėklas leis įkrauti mažus nešiojamus prietaisus tiesiogine prasme nuo žmogaus kūno šilumos.

Termoelektrinėms medžiagoms priskiriami cheminiai junginiai ir metalų lydiniai, galintys paversti šilumą elektros energija esant temperatūros skirtumui tarp tokios medžiagos pavyzdžio dalių. Jei laidus jungiate prie elemento, pagaminto iš šios medžiagos, per juos galite priimti elektros energiją.

Prisiminkite, kad termoelektrinis poveikis, dar žinomas kaip Seebecko efektas, 1821 m. atrado vokiečių fizikas Thomasas Seebeckas. Ir ilgą laiką termoelektrinių generatorių termoelektrinėmis medžiagomis buvo naudojami tik lydiniai, kurių efektyvumas buvo tik apie 10%. Ir norint pasiekti maksimalų tokio elemento efektyvumą, reikėjo užtikrinti šimtų laipsnių temperatūros skirtumą, o tai padaryti yra techniškai sunku.

Per pastaruosius kelerius metus mokslininkai aktyviai ieškojo termoelektrinių lydinių alternatyvų. Buvo rastas sprendimas - tinkamos polimerinės medžiagos. Polimerinės medžiagos, naudojamos kaip pagrindas, leidžia jums sudaryti pavyzdžius termoelektriniai keitikliaigalintis dirbti net kambario temperatūroje.

Be to, dauguma polimerų yra netoksiški ir pasižymi mažu šilumos laidumu, kas sumažina nenaudingą jiems tiekiamos šilumos išsisklaidymą. Skirtingai nuo metalo lydinių, polimerai pasižymi puikiu lankstumu, o tai reiškia, kad iš jų iš esmės gali būti gaminami bet kokios norimos formos termogeneratoriai.

Pirmasis pasaulyje modifikuoto polimero pavyzdys su užsakytais ir pailgais nanovamzdeliais, išdėstytais naudojant labai perspektyvų polimerą - polietilenedioksitiofeną. Šis polimeras savaime pasižymi dideliu elektriniu laidumu, be to, laidumą galima dar padidinti, į pradinės medžiagos polimero matricą įdedant cheminių intarpų.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytas kompozicinės medžiagos gamybos procesas, naudojant polivinilbutirolio sluoksnį, kad būtų galima pernešti lanksčius išlenktus pagrindus.

Toliau parodytas kompozitas, sėkmingai perkeltas į tris įvairių formų pagrindus, įskaitant išlenktą paviršių ir lanksčią atramą.

Paveikslėliai rodo, kaip naują medžiagą galima naudoti kaip „statybinius blokus“ įvairiems tikslams, net ir kaip įprastą dangą bet kokios formos gaminiams, įskaitant sulenkiamas plėveles ir lanksčius pagrindus.

Pirmiausia puslaidininkiniame substrate buvo išaugintas vertikaliai orientuotas anglies nanovamzdelių rinkinys.Po to - nanovamzdeliai buvo pailginti horizontaliai. Tada nanovamzdelių masyvas buvo užpildytas polimeru.

Augant nanovamzdeliams, jie dažnai kaupiasi ir sudaro savitas aglomeracijas, kad būtų galima pašalinti tokias sankaupas viename taške, todėl medžiaga vėliau buvo apdorojama etilenglikoliu ir dimetilsulfoksidu. Užbaigus paskutinį apdorojimo etapą, savitoji medžiagos galia padidėjo daugiau nei 4 kartus, tai yra, maždaug iki 92 μW * mK ^ (- 2).

Vienas iš Nacionalinio mokslo ir technologijos universiteto „MISiS“ Funkcinių nanosistemų ir aukštos temperatūros medžiagų katedros mokslinės grupės narys, fizinių ir matematikos mokslų kandidatas Habibas Jusupovas teigia, kad gautos charakteristikos leis panaudoti naują medžiagą termoelektriniams keitikliams, galintiems paversti žmogaus kūno šilumą (tai yra, veikti temperatūros skirtumus). kūnai su kambario temperatūra) į elektros energiją. Pvz., Ant savo rankos galite sukurti apyrankę arba telefono dangtelį, kuris gali nuolat maitinti prietaisą ir nereikia papildomo energijos šaltinio.