Termoelektrický materiál s usporiadanými nanotrubicami

Prvý termoelektrický materiál na svete založený na objednávaných nanotrubiciach bol vyvinutý skupinou vedcov z Katedry funkčných nanosystémov a vysokoteplotných materiálov Národnej univerzity vedy a techniky „MISiS“ v spolupráci s výskumníkmi zo Švédskej technickej univerzity Lulelo a univerzity Jena pomenovanej po Friedrichovi Schillerovi. Informácie o inovatívnom vývoji boli prezentované vo forme článku v časopise Advanced Functional Materials.

Nový materiál má polymérny charakter, takže je flexibilný. Okrem toho sa tu použilo aditívum vyrobené z nanorúrok, čo výrazne zlepšuje jeho elektrickú vodivosť. Vyhliadky na materiál sú kolosálne. V zásade je použiteľný na nabíjanie mobilných prístrojov bez potreby ďalších tradičných zdrojov energie. Náramok alebo puzdro pre smartphone vyrobené z nového materiálu vám umožní nabíjať malé prenosné zariadenia doslova z horúčavy ľudského tela.

Termoelektrické materiály zahŕňajú chemické zlúčeniny a zliatiny kovov schopné premieňať teplo na elektrickú energiu v prítomnosti teplotného rozdielu medzi časťami vzorky vyrobenej z takéhoto materiálu. Ak vodiče spojíte s prvkom vyrobeným z tohto materiálu, môžete z nich získať elektrickú energiu.

Pripomeňme, že termoelektrický efekt, známy tiež ako Seebeckov efekt, bol objavený nemeckým fyzikom Thomasom Seebeckom v roku 1821. A po dlhú dobu sa ako termoelektrické materiály pre termoelektrické generátory používali iba zliatiny, pričom účinnosť bola len asi 10%. A na dosiahnutie maximálnej účinnosti takéhoto prvku bolo potrebné zaistiť teplotný rozdiel stoviek stupňov, čo je technicky ťažké.

V posledných rokoch vedci aktívne hľadajú alternatívy k termoelektrickým zliatinám. Bol nájdený roztok - vhodné polymérne materiály. Polymérne materiály brané ako základ vám umožňujú vytvárať vzorky termoelektrické meničeschopné pracovať aj pri izbovej teplote.

Okrem toho je väčšina polymérov netoxická a má nízku tepelnú vodivosť, čo minimalizuje zbytočné odvádzanie tepla, ktoré sa im dodáva. Na rozdiel od kovových zliatin majú polyméry vynikajúcu flexibilitu, čo v zásade znamená, že z nich môžu byť vyrobené termogenerátory ľubovoľného tvaru.

Prvá vzorka modifikovaného polyméru na svete s usporiadanými a pretiahnutými nanotrubicami usporiadaná pomocou veľmi sľubného polyméru - polyetyléndioxytiofénu. Tento polymér sa sám osebe vyznačuje vysokou elektrickou vodivosťou, vodivosť sa môže ďalej zvýšiť pridaním chemických inklúzií do polymérnej matrice východiskového materiálu.

Obrázok hore ukazuje výrobný proces kompozitného materiálu s použitím vrstvy polyvinylbutyralu na prenos flexibilných zakrivených substrátov.

Nasledujúci text ukazuje kompozit, ktorý bol úspešne prevedený na tri substráty rôznych tvarov, vrátane zakriveného povrchu a pružnej podpery.

Tieto obrázky ukazujú potenciálne využitie nového materiálu ako „stavebných blokov“ na rôzne účely až po použitie ako konformný povlak pre výrobky akéhokoľvek tvaru, vrátane ohybných fólií a flexibilných substrátov.

Najprv sa na polovodičovom substráte pestovala vertikálne orientovaná sada uhlíkových nanorúrok.Po - nanotrubice boli horizontálne predĺžené. Potom bolo pole nanorúrok naplnené polymérom.

Pretože keď sa pestujú nanorúrky, často sa hromadí a vytvárajú zvláštne aglomerácie, aby sa takéto akumulácie v jednom bode eliminovali, bol materiál podrobený následnému spracovaniu etylénglykolom a dimetylsulfoxidom. Po dokončení posledného kroku spracovania sa merná sila materiálu zvýšila viac ako 4-krát, to znamená približne na 92 ​​μW * mK ^ (-2).

Jeden z účastníkov vedeckej skupiny z Katedry funkčných nanosystémov a vysokoteplotných materiálov NUST „MISiS“, kandidát fyzikálnych a matematických vied Habib Yusupov tvrdí, že získané vlastnosti umožnia použitiu nového materiálu na vytvorenie termoelektrických prevodníkov, ktoré dokážu prevádzať teplo ľudského tela (tj pracovať na teplotných rozdieloch). telá s izbovou teplotou) na elektrickú energiu. Napríklad môžete vytvoriť náramok na ruke alebo kryt telefónu, ktorý dokáže zariadenie neustále napájať bez potreby ďalšieho zdroja energie.