Bahan termoelektrik dengan nanotube yang diarahkan

Bahan thermoelektrik pertama di dunia berdasarkan nanotube yang diarahkan dikembangkan oleh sekumpulan saintis dari Jabatan Nanosystems Fungsional dan Bahan Suhu Tinggi Universiti Nasional Sains dan Teknologi "MISiS" dengan kerjasama para penyelidik dari Universiti Teknologi Luleleau Sweden dan Universiti Jena yang dinamakan sempena Friedrich Schiller. Maklumat mengenai pembangunan inovatif dibentangkan dalam bentuk artikel dalam jurnal Bahan Fungsian Lanjutan.

Bahan baru mempunyai sifat polimer, jadi fleksibel. Di samping itu, bahan tambahan yang diperbuat daripada nanotube digunakan di sini, yang sangat meningkatkan kekonduksian elektriknya. Prospek untuk bahan itu sangat besar. Pada dasarnya, ia terpakai untuk mengenakan alat mudah alih tanpa memerlukan sumber tenaga tradisional lain. Gelang atau kes untuk telefon pintar, diperbuat daripada bahan baru, akan membolehkan anda mengenakan peranti mudah alih kecil secara harfiah dari haba badan manusia.

Bahan termoelektrik termasuk sebatian kimia dan aloi logam yang mampu menukarkan haba ke dalam tenaga elektrik dengan adanya perbezaan suhu di antara bahagian-bahagian sampel yang dibuat dari bahan tersebut. Jika anda menyambung konduktor ke elemen yang dibuat dari bahan ini, anda boleh menerima tenaga elektrik melalui mereka.

Ingat bahawa kesan termoelektrik, juga dikenali sebagai Kesan Seebeck, ditemui oleh ahli fizik Jerman, Thomas Seebeck pada tahun 1821. Dan untuk masa yang lama, hanya aloi yang digunakan sebagai bahan termoelektrik untuk penjana termoelektrik, memberikan kecekapan hanya kira-kira 10%. Dan untuk mencapai kecekapan maksimum dari unsur tersebut, perlu memastikan perbezaan suhu beratus-ratus derajat, yang secara teknikalnya sukar dilakukan.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, saintis telah secara aktif mencari alternatif kepada aloi termoelektrik. Satu penyelesaian didapati - bahan polimer yang sesuai. Bahan-bahan polimer yang diambil sebagai asas membolehkan anda membuat sampel penukar thermoelectricmampu bekerja walaupun pada suhu bilik.

Di samping itu, kebanyakan polimer tidak toksik dan mempunyai kekonduksian terma yang rendah, yang meminimumkan pembasmian haba yang dibekalkan kepada mereka. Tidak seperti aloi logam, polimer mempunyai fleksibiliti yang sangat baik, yang bermaksud, pada dasarnya, termogenerator apa-apa bentuk yang dikehendaki boleh dibuat dari mereka.

Contoh pertama di dunia polimer yang diubahsuai dengan nanotube yang diperintahkan dan memanjangkan diatur menggunakan polimer yang sangat menjanjikan - polyethylenedioxythiophene. Polimer ini sendiri dicirikan oleh kekonduksian elektrik yang tinggi, di samping itu, kekonduksian boleh dipertingkatkan lagi dengan penambahan kemasukan kimia dalam matriks polimer bahan permulaan.

Angka di atas menunjukkan proses pembuatan bahan komposit menggunakan lapisan polyvinyl butyral untuk memindahkan substrat melengkung fleksibel.

Berikut ini menunjukkan komposit yang telah berjaya dipindahkan ke tiga substrat pelbagai bentuk, termasuk permukaan melengkung dan sokongan yang fleksibel.

Imej-imej yang ditunjukkan menunjukkan potensi penggunaan bahan baru sebagai "blok bangunan" untuk pelbagai tujuan, sehingga digunakan sebagai lapisan konformal untuk produk dari bentuk apapun, termasuk filem-filem bendalir dan substrat yang fleksibel.

Pertama, pelbagai nanotube karbon berorientasikan vertikal ditanam pada substrat semikonduktor.Selepas - nanotube dipanjangkan secara mendatar. Kemudian pelbagai nanotube dipenuhi dengan polimer.

Oleh kerana apabila nanotube berkembang, mereka sering berkumpul, membentuk aglomerasi yang unik, untuk menghapuskan pengumpulan tersebut pada satu titik, bahan itu tertakluk kepada pemprosesan seterusnya dengan etilena glikol dan dimetil sulfoksida. Setelah selesai langkah pemprosesan terakhir, kekuatan bahan tertentu meningkat lebih dari 4 kali, iaitu, kira-kira 92 μW * mK ^ (- 2).

Salah seorang peserta dalam kumpulan saintifik dari Jabatan Nanosystems Fungsional dan Bahan Suhu Tinggi NISM "MISiS", calon sains fizikal dan matematik Habib Yusupov mendakwa bahawa ciri-ciri yang diperolehi akan membolehkan penggunaan bahan baru untuk menghasilkan penukar thermoelectric yang boleh menukar haba badan manusia (iaitu, bekerja pada perbezaan suhu badan dengan suhu bilik) ke dalam tenaga elektrik. Sebagai contoh, anda boleh membuat gelang di tangan anda atau penutup untuk telefon anda, yang boleh menggerakkan peranti tanpa memerlukan sumber tenaga tambahan.