הכנה והערכה של חומרים מרוכבים היברידיים כימי דלק ורב חומת פחמן בחקר גלי Thermopower

Summary

A protocol for conducting thermopower wave experiments is presented. The synthesis of hybrid composites of a chemical fuel and micro/nanostructured material, manufacturing of a thermopower wave generator, and methods for measuring the corresponding physical phenomena are described.

Abstract

כאשר דלק כימי במיקום מסוים במרוכבים היברידית של הדלק וחומר / nanostructured מייקרו הצית, בעירה כימית מתרחשת לאורך הממשק בין חומרי הדלק וליבה. במקביל, שינויים דינמיים בפוטנציאלים תרמיים וכימיים על פני חומרי מיקרו / nanostructured לגרום לדור אנרגיה חשמלי נלווה הנגרם על ידי העברת מטען בצורה של דופק מתח גבוהה-תפוקה. אנו מדגימים את ההליך כולו של ניסוי גל thermopower, מסינתזה להערכה. בתצהיר אדים כימיים תרמי ותהליך הספגה הרטוב בהתאמה מועסק לסינתזה של מערך צינורות פחמן רב חומה ומרוכבים היברידי של אזיד חומצה / נתרן picric / צינורות פחמן רב חומה. חומרים מרוכבים ההיברידי מוכנים משמשים לפברק גנרטור גל thermopower עם אלקטרודות חיבור. הבעירה של המורכב ההיברידי היא ביוזמת חימום לייזר או ג 'אול-חימום, וההתפשטות דואר מקביל בעירה, דור אנרגיה החשמלי ישיר, וזמן אמת שינויי טמפרטורה נמדדים באמצעות מערכת במהירות גבוהה מיקרוסקופיה, אוסצילוסקופ, וpyrometer אופטי, בהתאמה. יתר על כן, האסטרטגיות המכריעות שתאומצנה בסינתזה של רוכבים וייזום של הבעירה שלהם, המשפרות את העברת אנרגיית גל thermopower הכוללת היברידיים מוצעים.

Introduction

יש לי דלקים כימיים צפיפות אנרגיה גבוהה מאוד והיה בשימוש נרחב כמקורות אנרגיה שימושיים במגוון רחב של יישומים מMicrosystems לmacrosystems. ¹ בפרט, חוקרים רבים ניסו להשתמש בדלקים כימיים כמקור האנרגיה למייקרו / ננו הדור הבא טכנולוגיות מבוססות. ² עם זאת, בשל הקושי בשילוב רכיבי המרת האנרגיה בחללים קטנים מאוד במייקרו / nanodevices, יש מגבלות בסיסיות להמרה של דלקים כימיים לאנרגיה חשמלית. לכן, שריפת דלקים כימיים בעיקר הועסקה לייצור אנרגיה כימית או מכאנית במייקרו / nanodevices כגון nanothermites או microactuators. ^1,3

מושג-שגלים-Thermopower המרת אנרגיה חדשה שפותחה משך תשומת לב רבה כשיטת להמרת האנרגיה הכימית של דלק ישירות לENE החשמליתיכולים להיות שנוצרו rgy ללא שימוש בכל מרכיבי המרה. ^4,5 גלי Thermopower באמצעות מרוכבים היברידיים של דלק כימי וחומר מיקרו / nanostructured. ⁵ כאשר הדלק הכימי במיקום מסוים במרוכבים היברידי הצית, בעירה כימית מתרחשת לאורך הממשק בין הדלק הכימי וחומר מיקרו / nanostructured. במקביל, שינויים דינמיים בפוטנציאלים תרמיים וכימיים על פני תוצאת חומר מיקרו / nanostructured ליבה בדור אנרגיה חשמלי נלווה הנגרם על ידי העברת מטען בצורה של דופק מתח גבוהה-תפוקה. הוכח כי חומרי מיקרו / nanostructured מגוונות כגון צינורות פחמן רב חומה (MWCNTs) ^4-6 וZnO, ⁷ Bi ₂ Te _3, ⁸ Sb _{2 3} טה, ⁹ וMNO ₂ ¹⁰ חומרי מיקרו / nanostructured לאפשר מרוכבים היברידיים לנצל גלי thermopower ולהראות כימי-תרמי-חשמלייהמרת אנרגיית cal. באופן ספציפי, חומרי ליבה עם מקדם Seebeck גבוה מאפשרים את הדור של מתח גבוה פלט אך ורק משריפה מופצת. עם זאת, פרמטרים אחרים הנוגעים לחומרים מרוכבים זהים, כגון התערובת של דלקים כימיים, יחס בין מסה של דלק / ליבה-חומרים, תהליך הייצור, ותנאי הצתה ביקורתי משפיעים על התכונות הכללית של גלי thermopower.

במסמך זה, אנו מראים כיצד תהליכי הייצור, הקמתה של דלק כימי מיושר, ויחס בין מסה של חומרים / ליבת דלק משפיעים על ביצועי גל thermopower. על בסיס מערך MWCNT המפוברק על ידי שיקוע כימי תרמי (TCVD), אנו מראים כיצד מרוכבים היברידיים של דלק כימי וMWCNTs מוכן לייצור אנרגיית גל thermopower. עיצוב של הגדרת הניסוי המאפשרת ההערכה של המרת אנרגיה הוא הציג יחד עם מקביל מדידות ניסיוניות לתהליכים כגון propagati בעירהובדור אנרגיה חשמלי ישיר. יתר על כן, אנו מראים כי קוטביות הפצה-תואר על ידי מתח המוצא הדינמי ושיא ספציפי כוח מכריע קובע את המרת האנרגיה החשמלית. מחקר זה יספק אסטרטגיות ספציפיות כדי לשפר את דור אנרגיה, ויסייע בהבנת הפיזיקה הבסיסית של גלי thermopower. יתר על כן, תהליך הייצור והניסויים שתוארו כאן יעזרו בהארכת הזדמנויות מחקר על גלי thermopower, כמו גם על המרת אנרגיה כימית-תרמי-חשמל.

Protocol

1. סינתזה של אנכי רב חומת פחמן מזדהות (VAMWCNTs) הכנת הרקיק ותצהיר של שכבות זרז הכן מסוג n (100) Si רקיק. להפקיד SiO 2 שכבה של 250 ננומטר עבה על פרוסות…

Representative Results

מערך MWCNT מיושר, כחומר nanostructured ליבה לגלי thermopower, היה מסונתז על ידי TCVD, 11-13, כפי שמוצג באיור 4 א. הקוטר של MWCNTs כבוגר הוא 20-30 ננומטר (איור 4). מרוכבים היברידיים מיושרים של אזיד / MWCNTs חומצה / נתרן picric מוצגים באיור 5 א. זה מורכב היה מסונתז על ידי תהל…

Discussion

הפרוטוקולים של ניסויי גל thermopower כרוכים שלבים קריטיים המאפשרים התפשטות גל תרמי אידיאלית, כמו גם דור אנרגיה חשמלי. ראשית, העמדה הספציפית של הצתה והעברת התגובה המקבילה גורמים רבים בשליטה המרת אנרגיה מגלי thermopower. הצתה בקצה אחד של מרוכבים היברידיים השיקה מודרכת בעירה לאו?…

Materials

4” n-type silicon wafer	Unisill	4” Si-wafer
Al2O3	TAEWON	A-1008	99.9999% Purity
Fe	Sigma Aldrich	267945	99.9999% Purity
Ar	Seoul specialty gas	Ar(N60)	99.9999% Purity
C2H4	Seoul specialty gas	C2H4	99.5% Purity
H2	Seoul specialty gas	H2(N60)	99.9999% Purity
Silver paste	Fujikura Kasei	D-550
Picric acid	Sigma Aldrich	197378	＞98% Purity Highly toxic
Sodium azide	Sigma Aldrich	S2002	＞99.5% Purity
Acetonitrile	Sigma Aldrich	271004	99.8% Purity
Power supply	Mastech	HY3010
TCVD	Scientech	TCVD
Oscilloscope	Tektronix	DPO2004B
High-speed microscopy system	Phantom	V7.3