Sipariş edilen nanotüpleri olan termoelektrik malzeme

Sipariş edilen nanotüplere dayanan dünyanın ilk termoelektrik malzemesi, Ulusal Teknoloji ve Teknoloji Üniversitesi “MISiS” nin Fonksiyonel Nanosistemler ve Yüksek Sıcaklık Malzemeleri Bölümünden bir grup bilim adamı ve Friedrich Schiller'in adını taşıyan Jena Üniversitesi araştırmacıları ile birlikte geliştirildi. Yenilikçi gelişim ile ilgili bilgiler Advanced Functional Materials dergisinde bir makale şeklinde sunuldu.

Yeni malzeme polimer bir yapıya sahiptir, bu nedenle esnektir. Ek olarak, nanotüplerden yapılmış bir katkı maddesi kullanıldı, bu da elektrik iletkenliğini büyük ölçüde geliştirdi. Materyal beklentileri muazzam. Prensip olarak, diğer geleneksel enerji kaynaklarına ihtiyaç duymadan mobil cihazları şarj etmek için uygulanabilir. Yeni malzemeden yapılmış bir akıllı telefon için bir bilezik veya kılıf, küçük taşınabilir cihazları tam anlamıyla insan vücudunun ısısından şarj etmenizi sağlayacaktır.

Termoelektrik malzemeler arasında, kimyasal bir bileşikler ve böyle bir malzemeden yapılmış bir numunenin parçaları arasındaki sıcaklık farkı varlığında ısıyı elektrik enerjisine dönüştürebilen metal alaşımları bulunur. İletkenleri bu malzemeden yapılmış bir elemana bağlarsanız, içinden elektrik enerjisi alabilirsiniz.

Olarak da bilinen termoelektrik etkinin Seebeck etkisi, Alman fizikçi Thomas Seebeck tarafından 1821'de keşfedildi. Ve uzun bir süre, sadece% 10'luk bir verim sağlayan, termoelektrik jeneratörler için termoelektrik malzemeler olarak sadece alaşımlar kullanılmıştır. Ve böyle bir elemandan maksimum verim elde etmek için, teknik olarak zor olan yüzlerce derece sıcaklık farkını sağlamak gerekiyordu.

Son birkaç yıldır, bilim adamları aktif olarak termoelektrik alaşımlara alternatifler arıyorlar. Bir çözelti bulundu - uygun polimerik malzemeler. Temel olarak alınan polimerik malzemeler, numuneler oluşturmanıza izin verir termoelektrik dönüştürücüleroda sıcaklığında bile çalışabilir.

Ek olarak, çoğu polimer toksik değildir ve düşük ısı iletkenliğine sahiptir, bu da kendilerine verilen ısının işe yaramaz şekilde dağılmasını en aza indirir. Metal alaşımlarından farklı olarak, polimerler mükemmel bir esnekliğe sahiptir, bu da prensip olarak, istenen herhangi bir şekle sahip termojeneratörlerin onlardan yapılabileceği anlamına gelir.

Çok ümit vaat eden bir polimer - polietilenendioksiyofen kullanılarak düzenlenmiş düzenli ve uzatılmış nanotüplere sahip dünyanın ilk değiştirilmiş polimer örneği. Bu polimer kendi içinde yüksek elektriksel iletkenlik ile karakterize edilir, buna ek olarak iletkenlik, başlangıç ​​malzemesinin polimer matrisine kimyasal inklüzyonlar eklenerek daha da arttırılabilir.

Yukarıdaki şekil, esnek kavisli substratları aktarmak için bir polivinil bütiral tabakası kullanan bir kompozit malzemenin üretim işlemini göstermektedir.

Aşağıda, kavisli bir yüzey ve esnek bir destek dahil olmak üzere çeşitli şekillerde üç alt tabakaya başarıyla aktarılan bir kompozit gösterilmektedir.

Gösterilen resimler, bükülebilir filmler ve esnek substratlar dahil olmak üzere herhangi bir şekle sahip ürünler için uyumlu bir kaplama olarak kullanılmaya kadar, yeni malzemenin çeşitli amaçlar için "yapı taşları" olarak potansiyel kullanımını göstermektedir.

İlk olarak, yarı yönlendirilmiş bir substrat üzerinde dikey olarak yönlendirilmiş bir karbon nanotüp dizisi yetiştirildi.Sonra - nanotüpler yatay olarak uzatıldı. Daha sonra nanotüp dizisi polimer ile dolduruldu.

Nanotüpler büyüdüğü zaman, bir noktada bu tür birikimleri ortadan kaldırmak için genellikle birikerek, tuhaf topaklar oluştururlar, malzeme daha sonra etilen glikol ve dimetil sülfoksit ile işleme tabi tutulur. Son işlem adımının tamamlanmasından sonra, malzemenin özgül gücü 4 kattan fazla arttı, yani yaklaşık 92 μW * mK ^ (- 2) oldu.

Ulusal Bilim ve Teknoloji Üniversitesi “MISiS” Fonksiyonel Nanosistemler ve Yüksek Sıcaklık Malzemeleri Bölümü'nden bilimsel grubun üyelerinden biri olan fiziksel ve matematiksel bilimler adayı Habib Yusupov, elde edilen özelliklerin, insan vücudunun ısısını dönüştüren termoelektrik dönüştürücüler oluşturmak için yeni malzemelerin kullanılmasına izin vereceğini iddia ediyor (yani sıcaklık farkları üzerinde çalışacak) oda sıcaklığı olan cisimler) elektrik enerjisine dönüştürün. Örneğin, elinizde bir bilezik veya telefonunuz için ek bir enerji kaynağına ihtiyaç duymadan cihaza sürekli olarak güç verebilecek bir kapak oluşturabilirsiniz.