Termoelektrisk materiale med bestilte nanorør

Verdens første termoelektriske materiale baseret på bestilte nanorør blev udviklet af en gruppe forskere fra Institut for Funktionelle Nanosystemer og Højtemperaturmaterialer fra National University of Science and Technology “MISiS” i samarbejde med forskere fra det svenske teknologiske universitet Lulelo og Jena University opkaldt efter Friedrich Schiller. Information om innovativ udvikling blev præsenteret i form af en artikel i tidsskriftet Advanced Functional Materials.

Det nye materiale har en polymere karakter, så det er fleksibelt. Derudover blev der anvendt et tilsætningsstof lavet af nanorør, hvilket i høj grad forbedrer dets elektriske ledningsevne. Udsigterne for materialet er kolossale. I princippet er det anvendeligt til opladning af mobile gadgets uden behov for andre traditionelle energikilder. Et armbånd eller etui til en smartphone lavet af nyt materiale giver dig mulighed for at oplade små bærbare enheder bogstaveligt talt fra den menneskelige krops varme.

Termoelektriske materialer inkluderer kemiske forbindelser og metallegeringer, der er i stand til at omdanne varme til elektrisk energi i nærvær af en temperaturforskel mellem dele af en prøve fremstillet af et sådant materiale. Hvis du forbinder ledere til et element lavet af dette materiale, kan du modtage elektrisk energi gennem dem.

Husk, at den termoelektriske effekt, også kendt som Seebeck-effektblev opdaget af den tyske fysiker Thomas Seebeck i 1821. Og i lang tid blev kun legeringer brugt som termoelektriske materialer til termoelektriske generatorer, hvilket gav en effektivitet på kun ca. 10%. Og for at opnå maksimal effektivitet fra et sådant element var det nødvendigt at sikre en temperaturforskel på hundreder af grader, hvilket er teknisk vanskeligt at gøre.

I de sidste par år har forskere aktivt ledt efter alternativer til termoelektriske legeringer. Der blev fundet en opløsning - egnede polymere materialer. De polymere materialer taget som basis giver dig mulighed for at oprette prøver termoelektriske konverterei stand til at arbejde selv ved stuetemperatur.

Derudover er de fleste polymerer ikke-toksiske og har lav varmeledningsevne, hvilket minimerer den ubrukelige spredning af den varme, der leveres til dem. I modsætning til metallegeringer har polymerer fremragende fleksibilitet, hvilket betyder, at der i princip kan fremstilles termogeneratorer med en hvilken som helst ønsket form.

Verdens første prøve af en modificeret polymer med bestilte og aflange nanorør arrangeret ved hjælp af en meget lovende polymer - polyethylendioxythiophen. Denne polymer i sig selv er kendetegnet ved høj elektrisk ledningsevne, derudover kan konduktiviteten forbedres yderligere ved tilsætning af kemiske indeslutninger i polymermatrixen til udgangsmaterialet.

Figuren ovenfor viser fremstillingsprocessen af ​​et kompositmateriale ved anvendelse af et lag polyvinylbutyral til overførsel af fleksible buede underlag.

Det følgende viser en komposit, der med succes er overført til tre underlag i forskellige former, herunder en buet overflade og en fleksibel understøtning.

De viste billeder viser den potentielle anvendelse af det nye materiale som ”byggeklodser” til forskellige formål, op til anvendelse som en overtræksbelægning til produkter af enhver form, herunder bøjelige film og fleksible underlag.

Først blev en vertikalt orienteret række carbonnanorør dyrket på et halvlederunderlag.Efter - nanorørene blev forlænget vandret. Derefter blev arrayet af nanorør fyldt med polymer.

Da når nanorør dyrkes, akkumuleres de ofte og danner særegne byområder for at eliminere sådanne akkumuleringer på et tidspunkt, blev materialet underkastet efterfølgende behandling med ethylenglycol og dimethylsulfoxid. Efter afslutningen af ​​det sidste behandlingstrin steg materialets specifikke effekt mere end 4 gange, det vil sige til ca. 92 μW * mK ^ (- 2).

Et af medlemmerne af den videnskabelige gruppe fra Institut for Funktionelle Nanosystemer og Højtemperaturmaterialer fra National University of Science and Technology “MISiS”, kandidat til fysiske og matematiske videnskaber Habib Yusupov hævder, at de opnåede egenskaber tillader at bruge nyt materiale til at skabe termoelektriske konvertere, der er i stand til at omdanne varmen fra det menneskelige legeme (det vil sige arbejde på temperaturforskelle organer med stuetemperatur) i elektrisk energi. For eksempel kan du oprette et armbånd på din hånd eller et låg til din telefon, som konstant kan tænde enheden uden behov for en ekstra energikilde.