Termoelektrický materiál s uspořádanými nanotrubicemi

První termoelektrický materiál na světě založený na uspořádaných nanotrubičkách byl vyvinut skupinou vědců z Katedry funkčních nanosystémů a vysokoteplotních materiálů Národní univerzity vědy a technologie „MISiS“ ve spolupráci s vědci ze Švédské technické univerzity Lulelo a univerzity Jena pojmenované po Friedrichu Schillerovi. Informace o inovativním vývoji byly prezentovány formou článku v časopise Advanced Functional Materials.

Nový materiál má polymerní povahu, takže je flexibilní. Kromě toho zde bylo použito aditivum vyrobené z nanotrubic, což výrazně zlepšuje jeho elektrickou vodivost. Vyhlídky na materiál jsou kolosální. V zásadě je použitelný pro nabíjení mobilních zařízení bez potřeby dalších tradičních zdrojů energie. Náramek nebo pouzdro pro chytrý telefon, vyrobené z nového materiálu, vám umožní nabíjet malá přenosná zařízení doslova z tepla lidského těla.

Termoelektrické materiály zahrnují chemické sloučeniny a kovové slitiny schopné přeměnit teplo na elektrickou energii v přítomnosti teplotního rozdílu mezi částmi vzorku vyrobeného z takového materiálu. Pokud připojíte vodiče k prvku vyrobenému z tohoto materiálu, můžete skrze ně získat elektrickou energii.

Připomeňme, že termoelektrický efekt, také známý jako Seebeckův efekt, byl objeven německým fyzikem Thomasem Seebeckem v roce 1821. A po dlouhou dobu byly jako termoelektrické materiály pro termoelektrické generátory používány pouze slitiny, přičemž účinnost byla pouze asi 10%. A pro dosažení maximální účinnosti takového prvku bylo nutné zajistit teplotní rozdíl stovek stupňů, což je technicky obtížné.

V posledních několika letech vědci aktivně hledají alternativy k termoelektrickým slitinám. Bylo nalezeno řešení - vhodné polymerní materiály. Polymerní materiály, které se berou jako základ, umožňují vytvářet vzorky termoelektrické převodníkyje schopen pracovat i při pokojové teplotě.

Kromě toho je většina polymerů netoxická a má nízkou tepelnou vodivost, což minimalizuje zbytečné odvádění tepla, které se jim dodává. Na rozdíl od kovových slitin mají polymery vynikající flexibilitu, což znamená, že z nich lze v zásadě vyrobit termogenerátory jakéhokoli požadovaného tvaru.

První vzorek modifikovaného polymeru na světě s uspořádanými a protáhlými nanotrubicemi uspořádaný pomocí velmi slibného polymeru - polyethylenedioxythiofenu. Tento polymer sám o sobě je charakterizován vysokou elektrickou vodivostí, navíc může být vodivost dále zvýšena přidáním chemických inkluzí do polymerní matrice výchozího materiálu.

Výše uvedený obrázek ukazuje proces výroby kompozitního materiálu za použití vrstvy polyvinylbutyralu pro přenos flexibilních zakřivených substrátů.

Následující obrázek ukazuje kompozit, který byl úspěšně přenesen na tři substráty různých tvarů, včetně zakřiveného povrchu a pružné podpory.

Zobrazené obrázky ukazují potenciální použití nového materiálu jako „stavebních bloků“ pro různé účely, až po použití jako konformní povlak pro výrobky jakéhokoli tvaru, včetně ohýbatelných fólií a pružných substrátů.

Nejprve bylo na polovodičovém substrátu pěstováno vertikálně orientované pole uhlíkových nanotrubic.Po - nanotrubice byly vodorovně protaženy. Potom bylo pole nanotrubic naplněno polymerem.

Protože se při pěstování nanotrubic často hromadí, vytvářejí zvláštní aglomerace, aby se takové akumulace v jednom bodě eliminovaly, byl materiál podroben následnému zpracování ethylenglykolem a dimethylsulfoxidem. Po dokončení posledního kroku zpracování se měrná energie materiálu zvýšila více než čtyřikrát, tj. Přibližně na 92 ​​μW * mK ^ (- 2).

Jeden z členů vědecké skupiny z Katedry funkčních nanosystémů a vysokoteplotních materiálů Národní univerzity vědy a technologie „MISiS“, kandidát fyzikálních a matematických věd Habib Yusupov tvrdí, že získané vlastnosti umožní použití nového materiálu k vytvoření termoelektrických konvertorů schopných přeměnit teplo lidského těla (tj. Práce na teplotních rozdílech) těla s pokojovou teplotou) na elektrickou energii. Můžete například vytvořit náramek na ruce nebo kryt telefonu, který může zařízení neustále napájet, aniž byste potřebovali další zdroj energie.