熱電波の研究における化学燃料と多層カーボンナノチューブのハイブリッド複合材料の作製と評価
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
燃料及びマイクロ/ナノ構造材料のハイブリッド複合材料の特定の位置における化学燃料が点火されると、化学燃焼、燃料とコア材料間の界面に沿って生じる。同時に、マイクロ/ナノ構造材料を横切る熱及び化学ポテンシャルのダイナミックな変化は、高出力の電圧パルスの形態で、電荷移動によって誘導される付随する電気エネルギーの生成をもたらす。私たちは、合成からの評価を、熱電波実験の全体の手順を示しています。熱化学気相成長法および湿式含浸プロセスは、それぞれ多層カーボンナノチューブアレイとピクリン酸/アジ化ナトリウム/多層カーボンナノチューブのハイブリッド複合体の合成に使用される。調製されたハイブリッド複合体は、接続電極と熱電波発生器を製造するために使用される。ハイブリッド複合材料の燃焼はレーザ加熱またはジュール加熱し、目によって開始され、燃焼伝播、直接的な電気エネルギーの生成、およびリアルタイムの温度変化に対応した電子は、それぞれ、高速顕微鏡システム、オシロスコープ、及び光高温計を用いて測定される。また、全体的な熱電波エネルギー伝達を向上させるそれらの燃焼のハイブリッド複合材料および開始の合成に採用されるべき重要な戦略が提案されている。
Introduction
非常に高いエネルギー密度を有し、広くマイクロシステムからmacrosystemsに幅広い用途で有用なエネルギー源として使用されてきた。特に1化学燃料は、多くの研究者は、次世代のマイクロ/ナノシステムのエネルギー源として化学燃料を使用するように努めているベースの技術2が、マイクロ/ナノデバイスが極めて小さい空間にエネルギー変換コンポーネントを統合することが困難のために、電気エネルギーに化学燃料への変換の基本的な限界がある。したがって、化学燃料の燃焼は、主にnanothermitesまたはマイクロアクチュエータとしてのマイクロ/ナノデバイスにおける化学的または機械的エネルギーの生産のために採用されている。1,3
熱電波、新しく開発されたエネルギー変換電気エンに直接燃料の化学エネルギーを変換するための方法として注目されている概念は、任意の変換コンポーネントを使用せずにRGY。4,5-熱電波は化学燃料のハイブリッド複合材料、マイクロ/ナノ構造材料を用いて作製することができる。ハイブリッド複合材料の特定の位置における化学燃料が点火されると図5に示すように、化学的燃焼に沿って発生する化学燃料とマイクロ/ナノ構造物質との間のインターフェース。同時に、高出力電圧パルスの形の電荷移動により誘導された付随電気エネルギー生成におけるコアマイクロ/ナノ構造物質の結果を横切る熱及び化学ポテンシャルのダイナミックな変化。このような多層カーボンナノチューブ（MWCNT）4-6及びZnO 7のBi 2 Te 3の、8のSb 2 Te 3の、 図9及びMnO 2のような多様なマイクロ/ナノ構造材料は、10マイクロ/ナノ構造材料は、ハイブリッド複合体を可能にすることが証明されている熱電波を利用し、化学熱electriを表示するCALエネルギー変換。具体的には、高いゼーベック係数を有するコア材料は、単独で伝播燃焼から高出力電圧の生成を可能にする。しかしながら、このような化学燃料、燃料/コア材料の質量比、製造プロセス、および点火状態の混合物として同一の複合材料に関連する他のパラメータは、批判的に熱電波の全体の特性に影響を与える。
ここで、我々は、製造プロセス、整列化学燃料の生成、および燃料/コア材料の質量比は、熱電波のパフォーマンスに影響を与えるかを示す。熱化学気相成長（TCVD）によって作製MWCNT配列に基づいて、我々は、化学燃料とのMWCNTのハイブリッド複合材料は、熱電波エネルギー生成のために準備されるかを示す。エネルギー変換の評価を可能にする実験の設計は、燃焼などの処理のための実験的な測定値を対応するとともに導入さpropagati上と直接電気エネルギーの生成。また、我々は、極性動的出力電圧および特定のピークパワー決定的に電気エネルギー変換を決定することにより、分布を説明したことを示している。この研究では、エネルギーの生成を高めるために特定の戦略を提供し、熱電波の基礎となる物理学を理解するのに役立つだろう。さらに、ここで説明した製造工程及び実験は、熱電波の研究の機会を拡張するだけでなく、化学的、熱電エネルギー変換に役立つ。
Protocol
Representative Results
Discussion
熱電波実験のプロトコルは、理想的な熱波の伝播だけでなく、電気エネルギーの生成を有効に重要なステップを伴う。まず、点火の特定の位置と対応する反応転送が熱電波からエネルギー変換を制御するのに相当な要因である。ハイブリッド複合材料の一端に点火一方向にコア材料と化学燃料間の界面に沿って燃焼案内開始した。しかし、任意の他の位置での点火は、コア材料の内部反対方?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、資金科学技術（NRF-2013R1A1A1010575）、文部科学省によって資金を供給、韓国国立研究財団（NRF）を介して基礎科学研究開発プログラムでサポートされている、とナノR＆Dプログラムによる韓国科学技術財団を介していた教育部（NRF-2012M3A7B4049863）による。
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 | 
|
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 |
References
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