חומר תרמו-אלקטרי עם צינורות מוזמנים

החומר התרמו-אלקטרי הראשון בעולם מבוסס על צינורות מסודרים פותח על ידי קבוצת מדענים מהמחלקה לננו-מערכות פונקציונאליות וחומרים טמפרטורה גבוהה של האוניברסיטה הלאומית למדע וטכנולוגיה "MISiS" בשיתוף חוקרים מהאוניברסיטה השוודית לטכנולוגיה השוודית ואוניברסיטת ג'נה על שם פרידריך שילר. מידע על פיתוח חדשני הוצג בצורה של מאמר בכתב העת Advanced Functional Materials.

לחומר החדש אופי פולימרי, כך שהוא גמיש. בנוסף, כאן נעשה שימוש בתוסף העשוי צינורות צינור המשפר מאוד את המוליכות החשמלית שלו. הסיכויים לחומר הם גדולים. באופן עקרוני, היא מתאימה לטעינת גאדג'טים ניידים ללא צורך במקורות אנרגיה מסורתיים אחרים. צמיד או נרתיק לסמארטפון העשוי מחומר חדש יאפשר לכם להטעין מכשירים ניידים קטנים תרתי משמע מחום גוף האדם.

חומרים תרמו-אלקטרוניים כוללים תרכובות כימיות וסגסוגות מתכת המסוגלות להמיר חום לאנרגיה חשמלית בנוכחות הפרש טמפרטורה בין חלקי מדגם העשוי מחומר כזה. אם אתה מחבר מוליכים לגורם העשוי מחומר זה, אתה יכול לקבל דרכם אנרגיה חשמלית.

נזכיר כי ההשפעה התרמו-אלקטרונית, הידועה גם בשם אפקט Seebeck, התגלה על ידי הפיזיקאי הגרמני תומאס סייב בשנת 1821. ובמשך זמן רב שימשו רק סגסוגות כחומרים תרמו-אלקטריים לגנרטורים תרמו-חשמליים, מה שהעניק יעילות של כ -10% בלבד. וכדי להגיע ליעילות מירבית מאלמנט כזה היה צורך להבטיח הפרש טמפרטורה של מאות מעלות, דבר שהוא קשה מבחינה טכנית.

בשנים האחרונות מדענים חיפשו באופן פעיל חלופות לסגסוגות תרמיות. נמצא פיתרון - חומרים פולימריים מתאימים. החומרים הפולימריים שנלקחו כבסיס מאפשרים לכם ליצור דגימות ממירים תרמו-אלקטרונייםמסוגל לעבוד אפילו בטמפרטורת החדר.

בנוסף, מרבית הפולימרים אינם רעילים ובעלי מוליכות תרמית נמוכה, מה שממזער את התפוגגות חסרת התועלת של החום המסופק להם. בניגוד לסגסוגות מתכת, לפולימרים יש גמישות מצוינת, מה שאומר שאפשר להשתמש בהן באופן עקרוני לייצור תרמוגנרטורים בכל צורה רצויה.

הדגימה הראשונה בעולם של פולימר שעבר שינוי עם צינורות מסודרים ומוארכים מסודרים בעזרת פולימר מבטיח מאוד - פוליאתילן-דיאוקסיתיאופן. פולימר זה כשלעצמו מאופיין במוליכות חשמלית גבוהה, בנוסף, ניתן לשפר עוד יותר את המוליכות על ידי הוספת תכלילים כימיים במטריצת הפולימר של חומר המוצא.

באיור לעיל מוצג תהליך הייצור של חומר מורכב בעזרת שכבה של בוטירול פוליוויניל להעברת מצעים מעוגלים גמישים.

להלן מראה מרוכב שהועבר בהצלחה לשלושה מצעים בצורות שונות, כולל משטח מעוגל ותמיכה גמישה.

התמונות המוצגות מראות את השימוש הפוטנציאלי בחומר החדש כ"אבני בניין "למטרות שונות, עד לשימוש כציפוי קונפורמי למוצרים מכל צורה שהיא, כולל סרטים מתכופפים ומצעים גמישים.

ראשית, מערך מונחה אנכית של צינורות פחמן גדל על מצע מוליכים למחצה.אחרי - הצינורות הוארכו בצורה אופקית. ואז מערך הננו-צינורות התמלא בפולימר.

מכיוון שכאשר מגדלים צינורות צינון הם לרוב מצטברים ויוצרים אגרגולים מוזרים, על מנת לחסל הצטברות כזו בשלב מסוים, החומר עבר עיבוד עוקב אחר כך עם אתילן גליקול ודימתיל סולפוקסיד. עם סיום שלב העיבוד האחרון, עלה הכוח הספציפי של החומר ביותר מ- 4 פעמים, כלומר לכ- 92 μW * mK ^ (- 2).

אחד המשתתפים בקבוצה המדעית מהמחלקה למערכות ננו פונקציונאליות וחומרים טמפרטורה גבוהה של NUST “MISiS”, מועמד למדעים פיזיים ומתמטיים חביב יוסופוב טוען כי המאפיינים המתקבלים יאפשרו שימוש בחומר חדש ליצירת ממירים תרמו-אלקטרוניים שיכולים להמיר את חום גוף האדם (כלומר, לעבוד על הבדלי טמפרטורה. גופים עם טמפרטורת החדר) לאנרגיה חשמלית. לדוגמה, אתה יכול ליצור צמיד על היד שלך או כיסוי לטלפון שלך, שיכול כל הזמן להניע את המכשיר ללא צורך במקור אנרגיה נוסף.