Thermo-elektrisch materiaal met geordende nanobuizen

'S Werelds eerste thermo-elektrische materiaal op basis van geordende nanobuizen is ontwikkeld door een groep wetenschappers van het Department of Functional Nanosystems and High-Temperature Materials of the National University of Science and Technology "MISiS" in samenwerking met onderzoekers van de Zweedse University of Technology Luleleau en de Jena University vernoemd naar Friedrich Schiller. Informatie over innovatieve ontwikkeling werd gepresenteerd in de vorm van een artikel in het tijdschrift Advanced Functional Materials.

Het nieuwe materiaal heeft een polymeer karakter, dus het is flexibel. Bovendien werd hier een additief van nanobuisjes gebruikt, wat de elektrische geleidbaarheid aanzienlijk verbetert. De vooruitzichten voor het materiaal zijn enorm. In principe is het van toepassing voor het opladen van mobiele gadgets zonder dat andere traditionele energiebronnen nodig zijn. Met een armband of hoes voor een smartphone gemaakt van nieuw materiaal, kun je kleine draagbare apparaten letterlijk opladen vanuit de hitte van het menselijk lichaam.

Thermo-elektrische materialen omvatten chemische verbindingen en metaallegeringen die in staat zijn warmte om te zetten in elektrische energie in aanwezigheid van een temperatuurverschil tussen delen van een monster gemaakt van een dergelijk materiaal. Als u geleiders aansluit op een element dat van dit materiaal is gemaakt, kunt u via deze elektrische energie ontvangen.

Bedenk dat het thermo-elektrische effect, ook bekend als Seebeck effect, werd ontdekt door de Duitse natuurkundige Thomas Seebeck in 1821. En lange tijd werden alleen legeringen gebruikt als thermo-elektrische materialen voor thermo-elektrische generatoren, wat een rendement van slechts ongeveer 10% opleverde. En om maximale efficiëntie van een dergelijk element te bereiken, was het noodzakelijk om een ​​temperatuurverschil van honderden graden te garanderen, wat technisch moeilijk is om te doen.

In de afgelopen jaren zijn wetenschappers actief op zoek gegaan naar alternatieven voor thermo-elektrische legeringen. Er werd een oplossing gevonden - geschikte polymere materialen. Met de polymere materialen die als basis zijn genomen, kunt u monsters maken thermo-elektrische converterskan zelfs bij kamertemperatuur werken.

Bovendien zijn de meeste polymeren niet giftig en hebben ze een lage warmtegeleiding, wat de nutteloze dissipatie van de toegevoerde warmte minimaliseert. In tegenstelling tot metaallegeringen hebben polymeren een uitstekende flexibiliteit, wat betekent dat in principe thermogenerators van elke gewenste vorm kunnen worden gemaakt.

'S Werelds eerste monster van een gemodificeerd polymeer met geordende en langwerpige nanobuizen gerangschikt met behulp van een veelbelovend polymeer - polyethyleendioxythiofeen. Dit polymeer op zichzelf wordt gekenmerkt door een hoge elektrische geleidbaarheid, bovendien kan de geleidbaarheid verder worden verbeterd door de toevoeging van chemische insluitsels in de polymeermatrix van het uitgangsmateriaal.

De bovenstaande afbeelding toont het fabricageproces van een composietmateriaal met een laag polyvinylbutyral om flexibele gebogen substraten over te brengen.

Het volgende toont een composiet dat met succes is overgebracht naar drie substraten van verschillende vormen, waaronder een gebogen oppervlak en een flexibele ondersteuning.

De getoonde afbeeldingen tonen het mogelijke gebruik van het nieuwe materiaal als "bouwstenen" voor verschillende doeleinden, tot gebruik als een conforme coating voor producten van elke vorm, inclusief buigbare films en flexibele substraten.

Eerst werd een verticaal georiënteerde reeks koolstofnanobuizen gekweekt op een halfgeleidersubstraat.Hierna werden nanobuizen horizontaal langwerpig. Vervolgens werd de reeks nanobuizen gevuld met polymeer.

Omdat wanneer nanobuizen worden gekweekt, ze zich vaak ophopen, waarbij bijzondere agglomeraties worden gevormd, om dergelijke ophopingen op een bepaald punt te elimineren, werd het materiaal onderworpen aan daaropvolgende verwerking met ethyleenglycol en dimethylsulfoxide. Na voltooiing van de laatste verwerkingsstap nam het specifieke vermogen van het materiaal meer dan 4 keer toe, dat wil zeggen tot ongeveer 92 uW * mK ^ (- 2).

Een van de deelnemers aan de wetenschappelijke groep van het Department of Functional Nanosystems and High-Temperature Materials of NUST "MISiS", kandidaat voor fysische en wiskundige wetenschappen Habib Yusupov beweert dat de verkregen eigenschappen het gebruik van nieuw materiaal mogelijk maken om thermo-elektrische converters te maken die de warmte van het menselijk lichaam kunnen omzetten (dat wil zeggen, werken aan temperatuurverschillen lichamen met kamertemperatuur) in elektrische energie. U kunt bijvoorbeeld een armband in uw hand of een hoes voor uw telefoon maken, die het apparaat constant van stroom kan voorzien zonder een extra energiebron.