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

 

Углеродный наноматериал "Таунит"
Углеродный наноматериал "Таунит"

РИА Новости: В Стокгольме вручили Нобелевскиe премии
10 декабря состоялась церемония награждения Нобелевскими премиями за 2018 год, вручены премии в области медицины или физиологии, физики, химии. Накануне Нобелевские лауреаты прочитали лекции.

Лекционный курс «Элементоорганические соединения» в рамках развития проекта «Академический (научно-технологический) класс в московской школе»
В период с 9 по 30 октября 2018 г. в ИОНХ РАН были прочитаны лекции, посвященные элементоорганическим соединениям.

Лекционный курс «Пероксидные соединения» в рамках развития проекта «Академический (научно-технологический) класс в московской школе»
В период с 19 ноября по 10 декабря 2018 г. в ИОНХ РАН были прочитаны лекции, посвященные пероксидным соединениям.

Эффект лотоса
Никельшпарг Эвелина Ильинична
Кратко и поэтично об одном из самых известных эффектов, который так любят школьники и участники наноолимпиады - об эффекте лотоса...

Рентгеновская микроскопия
А.В.Афонин, Мельников Геннадий Семенович
В предлагаемом кратком обзоре сделана попытка оценки возможностей применения рентгеновских методов анализа регулярных структур. Обзор может быть полезен участникам наноолимпиады и всем, кто интересуется современными методами анализа и их последовательным развитием.

Как работает оптический нанопинцет
Богданов Константин Юрьевич
Оптический (или лазерный) пинцет представляет из себя устройство, использующее сфокусированный луч лазера для передвижения микроскопических объектов и удержания их в определённом месте. Автор этой статьи постарается в популярной форме ответить на вопрос - почему некоторые частицы, оказавшись в лазерном луче, стремятся в ту область, где интенсивность света максимальна, т.е. в фокус. И это устройство теперь связано с Нобелевскими премиями навечно!

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

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!



 
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.