化学燃料和多壁碳纳米管的混杂复合材料的热电波的研究准备和评估
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
当在燃料和微/纳米结构材料的杂化复合物在一定位置处的化学燃料被点燃，化学燃烧发生沿着燃料和核心材料之间的界面。同时，在整个微/纳米结构材料的热和化学势的动态变化导致伴随发电引起的在高输出电压脉冲的形式电荷转移。我们展示了一个热电波实验的整个过程中，从合成的评价。热化学气相沉积，湿浸渍过程被分别用于多壁碳纳米管阵列的合成和苦味酸/叠氮化钠/多壁碳纳米管的杂化复合物。所制备的混杂复合材料被用于制造热电波发生器与连接电极。杂化复合物的燃烧是通过激光加热或焦耳加热和第发起使用高速显微系统，一个示波器，和一个光学高温计，电子对应的燃烧传播，直接发电，以及实时的温度变化进行测定分别。提出另外，在杂化复合物和它们的燃烧增强整体的热电波能量传递的起始的合成采用的关键策略。
Introduction
化学燃料具有非常高的能量密度，并已被广泛地用作在范围广泛的从微应用中是有用的能源，以macrosystems 1特别是，许多研究者已经努力使用化学燃料作为能量源用于下一代微/纳米系统基于技术。2然而，由于在微/纳米器件极小的空间积分的能量转换元件的困难，也有根本局限性化学燃料转化成电能。因此，化学燃料的燃烧主要被用于生产在微/纳米器件如nanothermites或微致动器的化学或机械能。1,3
热电波 – 一种新开发的能量转换的概念，已经吸引了相当大的注意，因为一种用于直接转化的燃料的化学能以电烯RGY无需使用任何转换元件。4,5-热电波可以使用化学燃料的杂化复合物和微/纳米结构材料来产生。5当在一个杂化复合物的特定位置的化学燃料被点燃，化学燃烧发生沿化学燃料和微/纳米结构材料之间的界面。同时，在整个芯微/纳米结构材料的结果的热和化学势中的伴随发电引起的在高输出电压脉冲的形式电荷转移的动态变化。它已被证明，不同的微/纳米结构材料，如多壁碳纳米管（多壁碳纳米管），4-6和ZnO，7碧2特3，8锑碲2 3,9和MnO 2 10微米/纳米结构材料允许混杂复合材料利用热电波和展示化学热ELECTRICAL能量转换。具体地，芯材具有高的Seebeck系数仅由传播燃烧使高输出电压的产生。然而，关于相同的复合材料，如化学燃料，燃料/芯材料，制造过程中的质量比，和点火条件的混合物的其它参数严重影响热电波的整体性能。
这里，我们显示了制造过程中，在形成对准化学燃料，且燃料/芯材料质量比如何影响热电波性能。上的碳纳米管阵列，通过热化学气相沉积（TCVD）制造的基础上，我们显示如何化学燃料和多壁碳纳米管的杂化复合物的制备用于热电波浪能发电。实验装置，使能量转换的评估设计与相应的实验测量，如燃烧propagati过程引入沿并直接发电。此外，我们证明，极性分布描述由动态输出电压和特定峰值功率关键判定的电能转换。这项研究将提供具体的战略，加强能源发电，并会在了解热电波的基本物理帮助。此外，这里所描述的制造过程中和实验，将有助于对热电波浪延伸研究的机会，以及对化学 – 热 – 电能量转换。
Protocol
Representative Results
Discussion
热电波实验的协议涉及的关键步骤，使理想的热波的传播，以及发电。首先，点火和具体位置，相应的反应转移是相当大的因素控制从热电波浪能量转换。点火在杂化复合物的一端推出引导燃烧沿芯材料和化学燃料在一个方向之间的接口。然而，点火在任何其它位置上产生被转移到两端即双向热电波，导致在相反的方向上的载流子的取消以及无序的热传输的芯材的内部。 如图7A所示 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作是通过韩国国家研究基金会（NRF），通过韩国科学与工程基金会资助经费由教育部，科学技术（NRF-2013R1A1A1010575），部和纳米研发计划支持的基础科学研究计划通过教育，科学和技术部（NRF-2012M3A7B4049863）。
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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