Termoelektrisks materiāls ar pasūtītām nanocaurulītēm

Pasaulē pirmo termoelektrisko materiālu, kura pamatā ir pasūtītas nanocaurules, izstrādāja Nacionālās zinātnes un tehnoloģijas universitātes “MISiS” Funkcionālo nanosistēmu un augsttemperatūras materiālu zinātnieku grupa sadarbībā ar Zviedrijas Tehniskās universitātes Lulelo un Fridriha Šillera vārdā nosauktā Jena universitātes pētniekiem. Informācija par inovatīvu attīstību tika sniegta raksta veidā žurnālā Advanced Functional Materials.

Jaunajam materiālam ir polimēru raksturs, tāpēc tas ir elastīgs. Turklāt šeit tika izmantota piedeva, kas izgatavota no nanocaurulēm, kas ievērojami uzlabo tā elektrisko vadītspēju. Materiāla izredzes ir kolosālas. Principā tas ir piemērojams mobilo sīkrīku uzlādēšanai, neizmantojot citus tradicionālos enerģijas avotus. No jauna materiāla izgatavota aproce vai viedtālruņa apvalks ļaus uzlādēt mazas pārnēsājamās ierīces burtiski no cilvēka ķermeņa karstuma.

Termoelektriskos materiālos ietilpst ķīmiskie savienojumi un metālu sakausējumi, kas spēj pārveidot siltumu elektriskajā enerģijā, ja temperatūras starpība ir starp šāda materiāla parauga daļām. Ja jūs savienojat vadītājus ar elementu, kas izgatavots no šī materiāla, caur tiem varat saņemt elektrisko enerģiju.

Atgādiniet, ka termoelektriskais efekts, kas pazīstams arī kā Seebeka efekts, 1821. gadā atklāja vācu fiziķis Tomass Seebeks. Un ilgu laiku kā termoelektriskos materiālus termoelektriskajiem ģeneratoriem tika izmantoti tikai sakausējumi, kuru efektivitāte bija tikai aptuveni 10%. Un, lai no šāda elementa panāktu maksimālu efektivitāti, bija nepieciešams nodrošināt simtu grādu temperatūras starpību, ko ir tehniski grūti izdarīt.

Dažos pēdējos gados zinātnieki ir aktīvi meklējuši alternatīvas termoelektriskajiem sakausējumiem. Tika atrasts risinājums - piemēroti polimēru materiāli. Polimēru materiāli, kas ņemti par pamatu, ļauj jums izveidot paraugus termoelektriskie pārveidotājispēj strādāt pat istabas temperatūrā.

Turklāt vairums polimēru nav toksiski un ar zemu siltumvadītspēju, kas samazina tiem pievadītā siltuma bezjēdzīgo izkliedi. Atšķirībā no metāla sakausējumiem, polimēriem ir lieliska elastība, kas nozīmē, ka principā no tiem var izgatavot jebkuras vēlamās formas termoģeneratorus.

Pirmais pasaulē modificēta polimēra paraugs ar sakārtotām un iegarenām nanocaurulēm, kas sakārtotas, izmantojot ļoti daudzsološu polimēru - polietilēndioksitiofēnu. Šo polimēru pats par sevi raksturo augsta elektriskā vadītspēja, turklāt vadītspēju var vēl uzlabot, pievienojot ķīmiskus ieslēgumus izejmateriāla polimēru matricā.

Attēlā parādīts kompozītmateriāla ražošanas process, izmantojot polivinilbutirāla slāni, lai pārnestu elastīgas izliektas pamatnes.

Tālāk parādīts kompozīts, kas veiksmīgi pārvietots uz trim dažādu formu substrātiem, ieskaitot izliektu virsmu un elastīgu balstu.

Šie attēli parāda jaunā materiāla iespējamo izmantošanu kā “celtniecības blokus” dažādiem mērķiem līdz pat kā konformu izmantošanai jebkuras formas izstrādājumiem, ieskaitot saliekamās plēves un elastīgās pamatnes.

Vispirms uz pusvadītāju substrāta izaudzēja vertikāli orientētu oglekļa nanocauruļu masīvu.Pēc tam nanocaurules tika pagarinātas horizontāli. Tad nanocauruļu masīvs tika piepildīts ar polimēru.

Tā kā, audzējot nanocaurules, tās bieži uzkrājas, veidojot savdabīgas aglomerācijas, lai vienā brīdī novērstu šādas uzkrāšanās, materiālu vēlāk apstrādāja ar etilēnglikolu un dimetilsulfoksīdu. Pabeidzot pēdējo apstrādes posmu, materiāla īpatnējā jauda pieauga vairāk nekā 4 reizes, tas ir, līdz aptuveni 92 μW * mK ^ (- 2).

Viens no zinātniskās grupas dalībniekiem no NUST “MISiS” Funkcionālo nanosistēmu un augstas temperatūras materiālu departamenta, fizisko un matemātisko zinātņu kandidāts Habibs Jusupovs apgalvo, ka iegūtās īpašības ļaus izmantot jaunu materiālu, lai radītu termoelektriskos pārveidotājus, kas var pārveidot cilvēka ķermeņa siltumu (tas ir, strādāt pie temperatūras atšķirībām). ķermeņi ar istabas temperatūru) elektriskajā enerģijā. Piemēram, uz rokas varat izveidot rokassprādzi vai tālruņa vāciņu, kas var pastāvīgi barot ierīci, neizmantojot papildu enerģijas avotu.