Preparación y Evaluación de composites híbridos de combustible químico y Multi-amurallada nanotubos de carbono en el Estudio de thermopower Waves

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

Cuando se enciende un combustible químico en una cierta posición en un material compuesto híbrido del combustible y un material / nanoestructurado micro, la combustión química se produce a lo largo de la interfaz entre los materiales de combustible y el núcleo. Al mismo tiempo, los cambios dinámicos en los potenciales térmicas y químicas a través de los materiales micro / nanoestructurados como resultado concomitante de generación de energía eléctrica inducida por la transferencia de carga en la forma de un impulso de tensión de alta potencia. Demostramos todo el procedimiento de una ola experimento thermopower, de la síntesis de la evaluación. Deposición de vapor químico térmico y el proceso de impregnación húmeda se emplean respectivamente para la síntesis de una matriz de nanotubos de carbono de pared múltiple y un compuesto híbrido de la azida de ácido / sodio pícrico / nanotubos de carbono de pared múltiple. Los materiales compuestos híbridos preparados se utilizan para fabricar un generador de ondas thermopower con electrodos de conexión. La combustión del material compuesto híbrido se inicia por calentamiento Joule-láser o calefacción, y THe correspondiente propagación de combustión, generación directa de energía eléctrica, y en tiempo real los cambios de temperatura se miden usando un sistema de alta velocidad de microscopía, un osciloscopio y un pirómetro óptico, respectivamente. Por otra parte, las estrategias fundamentales que deben adoptarse en la síntesis del compuesto híbrido y el inicio de su combustión que mejoran la transferencia total de energía de la onda thermopower se proponen.

Introduction

Combustibles químicos tienen muy alta densidad de energía y han sido ampliamente utilizados como fuentes de energía útil en una amplia gama de aplicaciones de microsistemas para macrosistemas. ¹ En particular, muchos investigadores han tratado de utilizar combustibles químicos como fuente de energía para la próxima generación de micro / nanosistemas . tecnologías basadas en ² Sin embargo, debido a la dificultad en la integración de componentes de conversión de energía en muy pequeños espacios en micro / nanodispositivos, hay limitaciones fundamentales a la conversión de combustibles químicos en energía eléctrica. Por lo tanto, la combustión de combustibles químicos principalmente se ha empleado para la producción de energía química o mecánica en micro / nanodispositivos tales como nanotermita o microactuadores. ^1,3

Ondas-a thermopower conversión de energía de nuevo desarrollo concepto han atraído considerable atención como un método para convertir la energía química de un combustible directamente a eno eléctricaRGY sin utilizar ningún componente de conversión. ^4,5 olas thermopower se pueden generar utilizando un compuesto híbrido de un combustible químico y un material micro / nanoestructurado. ⁵ Cuando se enciende el combustible químico en una cierta posición en un material compuesto híbrido, la combustión química ocurre a lo largo la interfaz entre el combustible químico y el material de micro / nanoestructurado. Al mismo tiempo, los cambios dinámicos en los potenciales térmicas y químicas de todo el resultado material micro / nanoestructurado núcleo en concomitante de generación de energía eléctrica inducida por la transferencia de carga en la forma de un impulso de tensión de alta potencia. Se ha demostrado que diversos materiales micro / nanoestructuras como los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNTs) ^4-6 y ZnO, ⁷ Bi ₂ Te _3, ⁸ Sb ₂ Te _3, ⁹ y MnO ₂ ¹⁰ materiales micro / nanoestructuradas permiten composites híbridos para utilizar las ondas termoeléctricas y mostrar química-térmica electri-conversión de energía cal. En concreto, los materiales básicos con un alto coeficiente Seebeck permiten la generación de voltajes de salida únicamente de la combustión se propaga. Sin embargo, otros parámetros relacionados con materiales compuestos idénticos, como la mezcla de combustibles químicos, relación de masa de combustible / core-materiales, el proceso de fabricación, y las condiciones de ignición afectan críticamente las propiedades generales de las ondas termoeléctricas.

Aquí, nos muestran cómo los procesos de fabricación, la formación de un combustible químico alineados, y la relación de masa de materiales / núcleo de combustible afectan el rendimiento de onda thermopower. Sobre la base de una matriz de MWCNT térmica fabricado por deposición química de vapor (TCVD), se muestra cómo se prepara un compuesto híbrido de un combustible químico y MWCNTs para la generación de energía de las olas thermopower. Diseño de la configuración experimental que permite la evaluación de la conversión de energía se introduce a lo largo con las correspondientes mediciones experimentales para los procesos de combustión tales como propagatien y la generación directa de energía eléctrica. Por otra parte, hemos demostrado que la polaridad de distribución descrito por la tensión de salida dinámica y pico específica determina el poder-crucialmente la conversión de la energía eléctrica. Este estudio proporcionará estrategias específicas para mejorar la generación de energía, y ayudará en la comprensión de la física subyacente de las ondas termoeléctricas. Por otra parte, el proceso de fabricación y los experimentos descritos aquí le ayudarán en la ampliación de las oportunidades de investigación en ondas termoeléctricas, así como en la conversión de energía química térmica-eléctrica.

Protocol

1. Síntesis de alineación vertical de múltiples paredes nanotubos de carbono (VAMWCNTs) Preparación de la oblea y la deposición de capas de catalizador Preparar una de tipo n (100) oblea de Si. Depositar un 250-nm de espesor capa de SiO 2 en la oblea de Si mediante oxidación térmica o métodos alternativos, tales como pulverización catódica. Inyectar 200 sccm de O 2 durante 3 h 20 min a 1000 ° C en un horno horizontal. Al utilizar mayor 2…

Representative Results

La matriz MWCNT alineados, como un material nanoestructurado del núcleo para las ondas termoeléctricas, fue sintetizado por TCVD, 11-13 como se muestra en la Figura 4A. El diámetro de MWCNTs como adultos es 20 a 30 nm (Figura 4B). El compuesto híbrido alineado de los ácido / azida de sodio / MWCNTs pícrico se muestra en la Figura 5A. Este compuesto fue sintetizado por el proceso de impregnación húmeda, 14 como se describe en la sección de …

Discussion

Los protocolos de los experimentos de ondas termoeléctricas implican pasos críticos que permiten la propagación de onda térmica ideal, así como la generación de energía eléctrica. En primer lugar, la posición específica de la ignición y la transferencia correspondiente reacción son factores importantes en el control de la conversión de energía de las olas termoeléctricas. De encendido en un extremo del material compuesto híbrido lanzó guiado de combustión a lo largo de las interfaces entre los material…

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