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

 

Ёжик в тумане
Ёжик в тумане

Премии Правительства Москвы молодым ученым
Стартовал прием заявок на получение премии правительства Москвы молодым ученым.
Участвовать в конкурсе смогут авторы научных исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук. Премия также присуждается за разработку и внедрение новых технологий, приборов и материалов. Принять участие в конкурсе смогут молодые ученые не старше 36 лет и доктора наук от 36 до 40 лет.

Конкурс научной иллюстрации «Cнимай науку для Википедии»
Цель конкурса «Cнимай науку для Википедии» - популяризации науки и иллюстрирование статей энциклопедии Википедия, посвящённых науке.
Конкурс проводится совместно с телеканалом «Наука», прием работ до 30 сентября 2018 года включительно.

Конкурс «Энергия молодости» - 2018
Ассоциация «Глобальная энергия» продлевает срок приема заявок (до 21 октября) на участие в XV Общероссийском конкурсе молодежных исследовательских проектов в области энергетики «Энергия молодости».

Эксперт: Ингредиенты готовы к началу реакции
Вера Колерова
Малотоннажная химия по-прежнему не в фаворе у бизнеса и власти. Первый не идет в этот сектор из-за больших вложений и долгих сроков окупаемости. А правительство приняло всего лишь дорожную карту развития этой подотрасли. Но предпосылки для ее подъема все-таки есть. Важно не упустить момент ...

Оптическая жизнь дисульфидных нанотрубок
А.Ю.Поляков, Е.А.Гудилин
Недавно полученные экспериментальные результаты позволяют рассматривать нанотрубки дисульфида вольфрама в качестве основы для новых фотонных устройств, элементов оптических схем. Кроме того, знания о нетривиальных оптических особенностях данных наноструктур позволят по-новому взглянуть на свойства композитов плазмонных наночастиц золота и серебра с дисульфидными нанотрубками.

Наноматериалы в ядерных технологиях
Тананаев И.Г.
Сегодня активное развитие ядерных технологий – мировая тенденция, связанная с обеспечением устойчивого развития мирового сообщества. Решение энергетических проблем путем строительства новых атомных станций, формирование персонифицированной высокотехнологической медицины за счет внедрения ядерной медицины, освоение Арктики и космического пространства – основы ядерных технологий, не говоря об обеспечении государственной безопасности и удержания паритета ядерных вооружений.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

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!

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!



 
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.