Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Схематическое изображение, а также фото и изображение, полученное при помощи сканирующего электронного микроскопа, созданного композита на основе p- и n-легированных углеродных нанотрубок. Фото: J. Appl. Phys.

Легированные углеродные нанотрубки для термоэлектроники

Ключевые слова:  Легирование, Термоэлектроника, Углеродные нанотрубки, Умная ткань, УНТ

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

08 октября 2014

Как показала последняя работа ученых из США, термоэдс, возникающая в углеродных нанотрубках, может быть увеличена с помощью простого легирования. Сами исследователи считают, что полученный ими результат будет иметь важное значение для создания так называемых умных тканей, позволяющих отводить лишнее тепло, преобразуя его в электричество.

Термоэлектрические материалы позволяют преобразовывать тепло в электричество. Таким образом, их рассматривают в качестве одного из способов уменьшения глобального дефицита энергии. Они также могут использоваться для охлаждения компьютерных чипов и других электронных устройств. Кроме того, подобные материалы могут найти свое применение в автомобилях, для получения полезной энергии из «отходов» тепла в ядерных реакторах и даже для повышения эффективности солнечных батарей.

Однако для использования в реальных задачах термоэлектрические материалы должны хорошо проводить электричество, но при этом плохо проводить тепло. Также они должны иметь высокую термоэдс (или так называемый коэффициент Зеебека), которая представляет собой отношение напряжения к разности температур на концах образца.

Углеродные нанотрубки позволяют создавать хорошие термоэлекрические материалы, но до сих пор ученым не удавалось сформировать структуру, обладающую термоэдс, величина которой позволяла бы говорить о потенциальном коммерческом использовании.

Теперь же команда исследователей из Wake Forest University (США) показала, что легирование нанотрубок p- и n-примесями позволяет увеличить выходную мощность термопары из углеродных нанотрубок почти до 15 нВт (в расчете на одну термопару) при максимальной разнице температур в 50 градусов по шкале Кельвина. Эта мощность почти в 44 раза превышает измеренные ранее параметры для чистых углеродных нанотрубок. Она соответствует почти в 6 раз более высокому коэффициенту Зеебека.

Чтобы получить такую мощность на практике, ученые создали композит на основе углеродных нанотрубок и неактивного базового полимера. В качестве примеси p-типа использовался кислород (нанотрубки размещались на воздухе), а роль примеси n-типа выполнял полиэтилен. Как считают сами ученые, ключевую роль в их работе играет именно материал, обеспечивающий n-примесь, поскольку до сих пор считалось довольно трудным синтезировать нанотрубки n-типа с большой отрицательной термоэдс, которые при этом имели бы пониженную теплопроводность. Эксперименты показали, что нанотрубки, легированные p- и n-примесями, соединенные между собой, образуют готовую термопару.

Произведенные учеными улучшения термоэлектрических параметров (и выходной мощности) означают, что композиты на основе углеродных нанотрубок могут быть в перспективе использованы для создания легких, гибких и прочных термоэлектрических тканей, пригодных для применения в маломощной электронике – к примеру, в качестве инструмента для отвода лишнего тепла. Ученые уже работают над проектом такого текстиля. Их идея заключается в том, чтобы предложить ткани, которые могли бы заменить повседневные материалы (к примеру, покрытия для автомобильных сидений). Причем целью является создание достаточно дешевых аналогов существующих материалов, чтобы был стимул активно внедрять их в повседневную жизнь.

В перспективе исследователи планируют продолжить увеличивать плотность электрической мощности, получаемой при помощи их композитов на основе углеродных нанотрубок. Кроме того, они заинтересованы в создании покрытий большой площади (на данный момент самый крупный из разработанных ими образцов не превышает 5 × 5 см), которые переносили бы повседневное использование и даже чистку. Первый эксперимент в этом направлении уже был проведен: совершенно случайно один из участников группы забыл сформированный образец в кармане брюк, и он перенес как ежедневную носку, так и процесс стирки без заметного снижения мощности. Результаты измерений показали, что даже без дополнительных усовершенствований созданные композиты являются довольно прочными.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Journal of Applied Physics.

Журнал «Российские нанотехнологии» № 7–8 2014 год






Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Тонер
Тонер

Сборник заданий Олимпиады 2017/2018
В раздел "Архив" сайта олимпиады загружен сборник заданий и авторских решений всех конкурсов заочного и очного туров прошедшей XII Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!". Авторы заданий - научные сотрудники и преподаватели химического, физического, биологического факультетов, факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова и другие авторы.

Химики из МГУ свернули двумерный теллурид кадмия в нанотрубки
Сотрудники химического факультета и факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова вместе с иностранными коллегами обнаружили, что двумерные листы теллурида кадмия могут самопроизвольно сворачиваться в нанотрубки, что может найти применение в электронике и фотонике.

Закрытие наноолимпиады (творческие моменты)
Завершилась XII наноолимпиада. 31 марта 2018 года в актовом зале Шуваловского корпуса МГУ состоялась торжественная церемония закрытия и награждения победителей и призеров XII Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!". И самое интересное - огромный творческий вклад в олимпиады внесли "наногиды" - студенты ФНМ МГУ, выпускники олимпиады прошлых лет.

Naming story - Alternative version
Kira Efremova, Olga Efremova
Работа призеров III степени Фотоконкурса таблиц Д.И.Менделеева, посвященного Международному году Периодической таблицы химических элементов, XII Интернет-олимпиады по нанотехнологиям Kira Efremova (Windmill Hill Primary School) и Olga Efremova (University of Hull, Cheshire, United Kingdom).

Периодическая система элементов Д.И.Менделеева. Таблица? Пирамида!
Оганесян Екатерина Сергеевна
Работа призера II степени Фотоконкурса таблиц Д.И.Менделеева, посвященного Международному году Периодической таблицы химических элементов, XII Интернет-олимпиады по нанотехнологиям Оганесян Екатерины Сергеевны (к.э.н., доцент, Институт химии и проблем устойчивого развития, РХТУ имени Д.И.Менделеева, г.Москва)

СЗМ портрет Д.И.Менделеева и изображение ячейки углерода
Погорелова Валерия Дмитриевна, Янаслова Ксения Ивановна
Работа победителей I степени Фотоконкурса таблиц Д.И.Менделеева, посвященного Международному году Периодической таблицы химических элементов, XII Интернет-олимпиады по нанотехнологиям Погореловой Валерии Дмитриевны и Янасловой Ксении Ивановны (9 класс, МБОУ "Лицей № 2", г.Чебоксары).

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!

Закон о реформировании РАН

В Совместном заявлении Совета по науке и членов Общественного совета Минобрнауки предлагается отозвать нынешний проект закона о "реформировании" РАН из Государственной думы и вернуться к его рассмотрению с соблюдением процедуры утвержденной постановлением Правительства РФ №851 от 25.08.2012, и указом Президента РФ №601 от 07.05.2012, которая была грубо нарушена. Мы предлагаем Вам высказать (анонимно) свое мнение в данном опросе, чтобы его статистические результаты были видны всем участникам опроса и общественности.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.