Thermoelektrisches Material mit geordneten Nanoröhren

Das weltweit erste thermoelektrische Material auf Basis geordneter Nanoröhren wurde von einer Gruppe von Wissenschaftlern der Abteilung für funktionelle Nanosysteme und Hochtemperaturmaterialien der Nationalen Universität für Wissenschaft und Technologie „MISiS“ in Zusammenarbeit mit Forschern der schwedischen Technischen Universität Lulelo und der nach Friedrich Schiller benannten Universität Jena entwickelt. Informationen zur innovativen Entwicklung wurden in Form eines Artikels in der Zeitschrift Advanced Functional Materials vorgestellt.

Das neue Material hat einen polymeren Charakter und ist daher flexibel. Zusätzlich wurde hier ein Additiv aus Nanoröhren verwendet, das seine elektrische Leitfähigkeit stark verbessert. Die Aussichten für das Material sind kolossal. Im Prinzip kann es zum Laden mobiler Geräte verwendet werden, ohne dass andere herkömmliche Energiequellen erforderlich sind. Mit einem Armband oder einer Hülle für ein Smartphone aus neuem Material können Sie kleine tragbare Geräte buchstäblich aus der Hitze des menschlichen Körpers aufladen.

Thermoelektrische Materialien umfassen chemische Verbindungen und Metalllegierungen, die in der Lage sind, Wärme in elektrische Energie umzuwandeln, wenn ein Temperaturunterschied zwischen Teilen einer Probe aus einem solchen Material besteht. Wenn Sie Leiter an ein Element aus diesem Material anschließen, können Sie über diese elektrische Energie erhalten.

Denken Sie daran, dass der thermoelektrische Effekt, auch bekannt als Seebeck-Effektwurde 1821 vom deutschen Physiker Thomas Seebeck entdeckt. Und lange Zeit wurden nur Legierungen als thermoelektrische Materialien für thermoelektrische Generatoren verwendet, was einen Wirkungsgrad von nur etwa 10% ergab. Und um mit einem solchen Element einen maximalen Wirkungsgrad zu erzielen, musste ein Temperaturunterschied von Hunderten von Grad sichergestellt werden, was technisch schwierig ist.

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler aktiv nach Alternativen zu thermoelektrischen Legierungen gesucht. Es wurde eine Lösung gefunden - geeignete Polymermaterialien. Mit den zugrunde liegenden Polymermaterialien können Sie Proben erstellen thermoelektrische Wandlerkann auch bei Raumtemperatur arbeiten.

Darüber hinaus sind die meisten Polymere ungiftig und weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch die nutzlose Ableitung der ihnen zugeführten Wärme minimiert wird. Im Gegensatz zu Metalllegierungen weisen Polymere eine ausgezeichnete Flexibilität auf, so dass im Prinzip Thermogeneratoren jeder gewünschten Form daraus hergestellt werden können.

Die weltweit erste Probe eines modifizierten Polymers mit geordneten und länglichen Nanoröhren, die unter Verwendung eines vielversprechenden Polymers - Polyethylendioxythiophen - angeordnet wurden. Dieses Polymer an sich zeichnet sich durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit aus, zusätzlich kann die Leitfähigkeit durch Zugabe chemischer Einschlüsse in die Polymermatrix des Ausgangsmaterials weiter verbessert werden.

Die obige Abbildung zeigt den Herstellungsprozess eines Verbundmaterials unter Verwendung einer Schicht aus Polyvinylbutyral zur Übertragung flexibler gekrümmter Substrate.

Das Folgende zeigt einen Verbundstoff, der erfolgreich auf drei Substrate verschiedener Formen übertragen wurde, einschließlich einer gekrümmten Oberfläche und eines flexiblen Trägers.

Diese Bilder zeigen die mögliche Verwendung des neuen Materials als „Bausteine“ für verschiedene Zwecke bis hin zur Verwendung als Schutzbeschichtung für Produkte jeder Form, einschließlich biegbarer Filme und flexibler Substrate.

Zunächst wurde eine vertikal ausgerichtete Anordnung von Kohlenstoffnanoröhren auf einem Halbleitersubstrat gezüchtet.Nachher wurden die Nanoröhren horizontal verlängert. Dann wurde die Anordnung von Nanoröhren mit Polymer gefüllt.

Da sich Nanoröhren beim Züchten häufig ansammeln und besondere Agglomerationen bilden, um solche Ansammlungen an einem Punkt zu beseitigen, wurde das Material anschließend mit Ethylenglykol und Dimethylsulfoxid verarbeitet. Nach Abschluss des letzten Verarbeitungsschritts erhöhte sich die spezifische Leistung des Materials um mehr als das Vierfache, dh auf ungefähr 92 μW * mK ^ (- 2).

Einer der Teilnehmer der wissenschaftlichen Gruppe der Abteilung für funktionelle Nanosysteme und Hochtemperaturmaterialien von NUST „MISiS“, Kandidat für physikalische und mathematische Wissenschaften, Habib Yusupov, behauptet, dass die erhaltenen Eigenschaften die Verwendung neuer Materialien zur Herstellung thermoelektrischer Konverter ermöglichen, die die Wärme des menschlichen Körpers umwandeln können (dh an Temperaturunterschieden arbeiten) Körper mit Raumtemperatur) in elektrische Energie. Sie können beispielsweise ein Armband an Ihrer Hand oder eine Abdeckung für Ihr Telefon erstellen, mit der das Gerät ständig mit Strom versorgt werden kann, ohne dass eine zusätzliche Energiequelle erforderlich ist.