Termoelektrisk materiale med bestilte nanorør

Verdens første termoelektriske materiale basert på bestilte nanorør ble utviklet av en gruppe forskere fra Institutt for funksjonelle nanosystemer og høye temperaturmaterialer ved National University of Science and Technology “MISiS” i samarbeid med forskere fra det svenske teknologiske universitetet Lulelo og Jena University oppkalt etter Friedrich Schiller. Informasjon om nyskapende utvikling ble presentert i form av en artikkel i tidsskriftet Advanced Functional Materials.

Det nye materialet har en polymer karakter, så det er fleksibelt. I tillegg ble et tilsetningsstoff laget av nanorør brukt her, noe som forbedrer dets elektriske ledningsevne kraftig. Utsiktene for materialet er kolossale. I prinsippet er det aktuelt for lading av mobile dingser uten behov for andre tradisjonelle energikilder. Et armbånd eller etui til en smarttelefon, laget av nytt materiale, lar deg lade små bærbare enheter bokstavelig talt fra menneskekroppens varme.

Termoelektriske materialer inkluderer kjemiske forbindelser og metalllegeringer som er i stand til å omdanne varme til elektrisk energi i nærvær av en temperaturforskjell mellom deler av en prøve laget av et slikt materiale. Hvis du kobler ledere til et element laget av dette materialet, kan du motta elektrisk energi gjennom dem.

Husk at den termoelektriske effekten, også kjent som Seebeck-effekt, ble oppdaget av den tyske fysikeren Thomas Seebeck i 1821. Og i lang tid ble bare legeringer brukt som termoelektriske materialer for termoelektriske generatorer, noe som ga en virkningsgrad på bare rundt 10%. Og for å oppnå maksimal effektivitet fra et slikt element, var det nødvendig å sikre en temperaturforskjell på hundrevis av grader, noe som er teknisk vanskelig å gjøre.

I løpet av de siste årene har forskere aktivt sett etter alternativer til termoelektriske legeringer. Det ble funnet en løsning - passende polymermaterialer. De polymere materialene som er lagt til grunn lar deg lage prøver termoelektriske omformerei stand til å jobbe selv i romtemperatur.

I tillegg er de fleste polymerer ikke-giftige og har lav varmeledningsevne, noe som minimerer ubrukelig avledning av varmen som tilføres dem. I motsetning til metalllegeringer har polymerer utmerket fleksibilitet, noe som betyr at de i prinsippet kan brukes til å fremstille termogeneratorer med hvilken som helst ønsket form.

Verdens første prøve av en modifisert polymer med bestilte og langstrakte nanorør arrangert med en veldig lovende polymer - polyetylendioksythiofen. Denne polymer i seg selv er preget av høy elektrisk ledningsevne, i tillegg kan ledningsevnen forbedres ytterligere ved tilsetning av kjemiske inneslutninger i polymermatrisen til startmaterialet.

Figuren over viser fremstillingsprosessen for et komposittmateriale ved bruk av et lag polyvinylbutyral for å overføre fleksible buede underlag.

Det følgende viser en kompositt som med suksess er blitt overført til tre underlag i forskjellige former, inkludert en buet overflate og en fleksibel støtte.

Bildene viser den potensielle bruken av det nye materialet som "byggesteiner" til forskjellige formål, opp til bruk som et konformt belegg for produkter av enhver form, inkludert bøyelige filmer og fleksible underlag.

Først ble et vertikalt orientert utvalg av karbon nanorør dyrket på et halvledersubstrat.Etter - nanorørene ble langstrakt horisontalt. Deretter ble matrisen av nanorør fylt med polymer.

Siden når nanorør ble dyrket, akkumuleres de ofte og danner særegne agglomerasjoner, for å eliminere slike ansamlinger på et tidspunkt, ble materialet utsatt for etterfølgende prosessering med etylenglykol og dimetylsulfoksyd. Når det siste prosesseringstrinnet var fullført, økte materialets spesifikke kraft med mer enn 4 ganger, det vil si til omtrent 92 μW * mK ^ (- 2).

En av deltakerne i den vitenskapelige gruppen fra Department of Functional Nanosystems and High-Temperature Materials of NUST “MISiS”, kandidat for fysiske og matematiske vitenskaper Habib Yusupov hevder at de oppnådde egenskapene vil tillate bruk av nytt materiale for å lage termoelektriske omformere som kan konvertere varmen fra menneskekroppen (det vil si å jobbe med temperaturforskjeller organer med romtemperatur) til elektrisk energi. For eksempel kan du lage et armbånd på hånden eller et deksel til telefonen din, som hele tiden kan drive enheten uten behov for en ekstra energikilde.