Name: Herstellung und Auswertung der Hybrid Composites der chemischen Treibstoff und mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren in das Studium der Thermokraft Waves (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-10T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 35 s
Description: Erfahren Sie die Herstellung von Hybrid-Verbundwerkstoffen aus mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren und chemischen Treibstoffen für die Energieerzeugung durch Thermokraftwellen. Diese Methode ermöglicht die direkte Umwandlung chemischer in elektrische Energie.

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Diese Arbeit wurde von der Basic Science-Research-Programm durch die National Research Foundation of Korea (NRF), die vom Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Technologie (NRF-2013R1A1A1010575) und durch Nano FuE-Programm durch die Korea Science and Engineering Foundation finanziert unterstützt durch das Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Technologie (NRF-2012M3A7B4049863).

1. Synthese von vertikal ausgerichteten Multi-Walled Carbon Nanotubes (VAMWCNTs) <ol><li> Herstellung der Wafer und die Ablagerung von Katalysatorschichten <ol><li> Vorbereiten eines n-Typ (100) Si-Wafer. </li><li> Abscheidung einer 250 nm dicken SiO 2 -Schicht auf dem Si-Wafer durch thermische Oxidation oder alternative Verfahren, wie Sputtern. Injizieren 200 sccm O 2 für 3 h 20 min bei 1000 ° C in einem Horizontalofen. </li><li> Verwenden Schütt Al 2 O 3 (99,9%) als Mehr Sputtern (RF-Leistung: 1000 W) Quelle und Abscheidung einer 10 nm dicken Al 2 O 3 (99,9%) -Schicht auf der SiO 2 -Schicht. Verwenden einen langsamen Abscheidungsrate von 10 nm / min mit einem Abscheidungsdruck von 2 × 10 -2 mbar. </li><li> Verwenden Schütt Fe (99,9%) als Quelle durch Verwendung eines E-Strahl-Verdampfer und Abscheidung einer 1 nm dicken Fe-Schicht auf der Al 2 O 3 Schicht. Verwenden einen langsamen Abscheidungsrate von ~ 0,1 nm / s mit einem Abscheidungsdruck von 5 × 10 -6 Torr. </li&gt; <li> Schneiden Sie das Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si-Wafer mit einem 28 mm × 15 mm Größe mit einer Diamantritz. Hinweis: Je nach der gewünschten Größe des VAMWCNT Array kann die Größe des Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si-Wafers variiert werden. </li></ol></li><li> Synthese von MWCNT Array TCVD und Vorbereitung von freistehenden MWCNT Wälder. <ol><li> Platzieren Sie die Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si-Wafer mittig in einem Quarzschiffchen, das Abmessungen von 120 mm × 30 mm hat. </li><li> Stellen Sie das Quarzboot in der 2-Zoll-Quarzrohr des TCVD Setup (Abbildung 1A). </li><li> Injizieren Sie 900 sccm Ar-Gas für 10 Minuten bei Umgebungsbedingungen an der Luft zu entfernen, und füllen Sie den 2-Zoll-Quarzrohr mit Ar. </li><li> Injizieren 600 sccm Ar-Gas und 400 sccm H &amp; sub2; -Gas während zunehmender Temperatur in dem Ofen von 25 ° C bis 750 ° C in 30 min. </li><li> Injizieren 100 sccm Ar-Gas und 400 sccm H 2 gas bei 750 ° C für 10 min auf Fe-Nanopartikeln als Wurzeln MWCNTs formulieren. </li><li> Injizieren 100 sccm Ar-Gas, 368 sccm H &amp; sub2; -Gas und 147 sccm Ethylen (C 2 H 4) Gas bei 750 ° C für 280 min. Gleichzeitig gelten Joulesche Erwärmung am Eingang der Quarzröhre durch Wolframfaden (Spannung: 0,8 V, Stromstärke: 15 A), um die Zersetzung von C 2 H 4 -Gas zu fördern, um als Kohlenstoffquelle dienen. Diese Kohlenstoffquellen sind Fe-Nanopartikeln auf Si-Wafer befestigt und in CNTs umgewandelt. </li><li> Stoppen Sie die Injektion von H 2 -Gas und C 2 H 4 Gas, und schalten Sie den Ofen. Während dieses Verfahrens kontinuierlich einzuspritzen 100 sccm Ar-Gas, bis die Temperatur des Wafers fällt unter 60 ° C. </li><li> Nehmen Sie MWCNTs auf dem Wafer. Trennen Sie vorsichtig die MWCNT Array aus dem Wafer zu freistehenden MWCNT Wälder (Länge: 3-6 mm) zu erhalten (Abbildung 1B). </li></ol></li></ol><ol><li> Herstellung von chemischen Brennstoffen <ol><li> Bereiten Sie eine Pikrinsäure (2,4,6-Trinitro Phenol) Lösung und Natriumazid (NaN 3). <ol><li> Dampfe das Pikrinsäure Lösung Pikrinsäure Pulver (1 atm, 25 ° C, 24 h) erhalten. Messen 6 g des Pulvers und Pikrinsäure in 100 ml Acetonitril (262 mM) zu lösen. </li><li> Maßnahme 6 g Natriumazid Pulver und in 100 ml entionisiertes (DI) Wasser (923 mM) zu lösen. </li></ol></li></ol></li><li> Synthese und Charakterisierung von Hybridverbindungen durch Nassimprägnierung <ol><li> Messen Sie die Masse eines einzelnen MWCNT Wald mit einer Mikrowaage und bestätigen Sie die ausgerichteten Strukturen der MWCNT Wald von SEM (4A). Verwenden Sie eine Spannung von 15 kV und eine Vergrößerung von 1,200X. Überprüfen Sie, ob die ausgerichtete Struktur über die gesamte MWCNT Wald erhalten bleibt. </li><li> Hinzufügen von 25 ul 262 mM Pikrinsäurelösung auf top der MWCNT Wald, damit der Kraftstoff, um die Poren des Waldes einzudringen. Lassen Sie die Probe für 30 Minuten, um den Film Array schrumpfen, und lassen Sie die Pikrinsäure vollständig durchdringen die Poren, bis alle Acetonitril wurde aus dem Wald (1C) verdampft. Hinweis: Je nach Ziel Verhältnis zwischen der chemischen Treibstoff und MWCNT Array, ändern Sie die Konzentration und Menge des Pikrinsäurelösung. </li><li> Tauchen Pikrinsäure beschichtet MWCNT Wälder in 25 ul 923 mM Natriumazid Lösung 2,4,6-Trinitro Natriumphenoxid und Stickstoffwasserstoffsäure (Kraftstoffschicht) durch Nassimprägnierung zu bilden. Lassen Sie die Probe für 30 Minuten, bis alle Lösungsmittel verdampfen. Hinweis: Je nach Zielverhältnis zwischen der chemischen Brennstoff und MWCNT Array, kann die Konzentration und Menge der Natriumazidlösung modifizieren. </li><li> Messen Sie die Masse eines einzelnen Hybrid-Komposit von Kraftstoff und MWCNTs mit einer Mikrowaage, und vergleichen Sie die endgültige Masse, um die Massenverhältnis berechnender Kraftstoffschicht und MWCNTs. <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq1.jpg" /> wobei M h und M m die Masse der einzelnen Hybrid-Verbundmaterial und individuelle MWCNT Folie verbunden. </li><li> Bestätigen der ausgerichteten Strukturen des Hybridverbund von Brennstoff und MWCNTs durch SEM (5A). Nach Angaben des Herstellers, senken Sie den Druck für die Betriebsbedingungen, und heben Vergrößerung, bis die chemische Stoff Aggregation ist eindeutig in der ausgerichteten MWCNT Wald beobachtet. Überprüfen Sie die Form des Kraftstoff Aggregation auf MWCNTs. </li></ol></li></ol> 3. Fertigung der Thermokraft Wave Generator (Abbildung 2) <ol><li> Befestigen Kupferbänder an beiden Enden eines Glasobjektträgers als Elektroden zur Verbindung mit einem Oszilloskop, das die Gleichspannungsausgabe von dem Thermowelle misst handeln. </li><li> Schließen Sie die Kupferbänder zu beiden Enden des Hybrid-Verbund über eine Silber paste Tröpfchen. Lassen Sie die Probe, bis die Silberpaste wird hart und die Verbindung festgelegt. </li><li> Mit einem Multimeter, den elektrischen Widerstand des Hybrid-Verbund messen. </li></ol> 4. Messung der Thermokraft Wellen (Figur 3) <ol><li> In einem Polycarbonat Kammer, fixieren Sie die Thermowellengenerator auf dem optischen Tisch mit Klemmen für die Sicherheit. </li><li> Verwenden Krokodilklemmen die Kupferelektroden in das Oszilloskop zur Messung der Ausgangsspannung angeschlossen. </li><li> Ein High-Speed-Mikroskopiesystem Stellen Sie [Komponenten: eine Hochgeschwindigkeitskamera (&gt; 5.000 Bilder / s), Makro-Objektiv (105 mm / f2.8 Objektiv) und eine LED-Lampe], um Verbrennungsausbreitung aus dem Generator aufzunehmen. Zeigen und schalten Sie die LED-Lampe für klare Aufnahme mit hochauflösenden Bildern vor dem Thermowellengenerator. Stellen Sie die Aufnahmegeschwindigkeit mehr als 5000 Bilder / Sek. </li><li> Ein optisches Pyrometer in einer bestimmten Position, um die Echtzeit-Änderungen in der Temperatur aufzuzeichnender Hybrid-Komposit. </li><li> Gelten entweder die Laserbestrahlung oder Joule-Erwärmung, um die chemische Brennstoff in der Hybrid-Komposit entzünden. <ol><li> Fokus-Laser (&lt;1.000 mW) an einer bestimmten Position auf dem Hybrid-Verbundmaterial. Beibehalten des Fokus für ein paar Sekunden, bis die Verbrennung in der Thermowellengenerator eingeleitet. </li><li> Bereiten Sie eine Hochstrom-Netzteil und ein Nickel-Chrom-Draht. Schließen Sie das Kabel an einen Hochstrom-Stromversorgung (Betriebsbedingungen: 5 V und 3 A), und die Wärme einer Nickeldraht. Make sanften Kontakt zwischen der erhitzten Nickeldraht und chemische Brennstoff auf dem Hybrid-Verbundmaterial, bis die Verbrennung im Thermowellengenerators initiiert. </li></ol></li><li> Schalten Sie den Meßaufbau, bestehend aus einem Hochgeschwindigkeits-Mikroskopiesystem, ein Oszilloskop, und ein optisches Pyrometer, wenn ein Thermowelle wird durch den Generator eingeführt. <ol><li> Richten Sie die Aufnahmebildrate (5.000 Bilder / s) in der Hochgeschwindigkeitskamera. Trigger-Aufnahme zu Beginn des thermopower Wellenausbreitung. Nehmen Sie Schnappschüsse in High-Speed-fotografische Bilder mit der High-Speed-Mikroskopiesystem, und extrahieren Sie die Anzahl aufgezeichneter Bilder von Anfang bis Ende des Thermowellenausbreitung (Gesamt #Nummer von Frames). </li><li> Notieren Sie die Spannungssignal von dem Anfang bis Ende der Thermowellenausbreitung mit Hilfe des Oszilloskops. Extrahieren der Ausgangsspannungsimpuls (V). </li><li> Focus der optischen Pyrometer an der spezifischen Position auf einem Hybrid-Verbund, die die Zielbereiche anzeigt, und messen dynamische Änderungen in der Temperatur (° C). </li></ol></li><li> Berechnen der Geschwindigkeit der Reaktionsausbreitung durch Extrahieren des Reaktions vorderen Position an den einzelnen Frames in der Hochgeschwindigkeits-Mikroskopiesystem. <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq2.jpg" /> wo, l h ist die Gesamtlänge des Hybrid-Komposit, ist n f die Anzahl aufgezeichneter Bilder von Anfang bis Ende des Thermowellenausbreitung und n o &lt;/ Sub&gt; ist die Aufnahmebildrate. </li><li> Extrahieren der Ausgangsspannungsdaten des Oszilloskops und berechnen die maximale Spitzenspannung als auch die spezifische Energie von der Ausgangsspannungsimpuls. Verwenden Sie den elektrischen Widerstand, der in Schritt 3 gemessen wurde. </li><li> Entpacken Sie die Temperaturänderung mit der optischen Pyrometer. </li></ol>

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<li>Garner, W., Abernethy, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heats+of+combustion+and+formation+of+nitro-compounds.+Part+I.+Benzene%2C+toluene%2C+phenol+and+methylaniline+series%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Royal+Society+of+London.+Series+A%22%5BJournal%5D)">Heats of combustion and formation of nitro-compounds. Part I. Benzene, toluene, phenol and methylaniline series.</a> Proceedings of the Royal Society of London. Series A. 99, 213-235 (1921).</li>
<li>Passingham, C., Hendra, P. J., Hodges, C., Willis, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Raman+spectra+of+some+aromatic+nitro+compounds%5BTitle%5D)+AND+%22Spectrochimica+Acta+Part+A%3A+Molecular+Spectroscopy%22%5BJournal%5D)">The Raman spectra of some aromatic nitro compounds.</a> Spectrochimica Acta Part A: Molecular Spectroscopy. 47, 1235-1245 (1991).</li>
<li>Rinkenbach, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Heats+Of+Combustion+And+Formation+Of+Aromatic+Nitro+Compounds%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">The Heats Of Combustion And Formation Of Aromatic Nitro Compounds.</a> Journal of the American Chemical Society. 52, 115-120 (1930).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Die Protokolle der Thermowellenexperimente beinhalten kritische Schritte, die ideale thermische Wellenausbreitung sowie elektrische Energieerzeugung zu ermöglichen. Erstens, die spezifische Position der Zündung und die entsprechende Reaktion Übertragung erhebliche Faktoren bei der Kontrolle der Energieumwandlung von Thermo Wellen. Zündung an einem Ende des Hybridverbund startete entlang der Grenzflächen zwischen den Kernmaterialien und chemischen Brennstoffen in einer Richtung geführt Verbrennung. Zündung an jeder ander...

Chemische Energieträger haben eine sehr hohe Energiedichte und in großem Umfang als nützliche Energiequellen in einem breiten Spektrum von Anwendungen von Mikrosystemen verwendet werden, um Makrosysteme. 1 Insbesondere haben viele Forscher versucht, chemische Brennstoffe als Energiequelle für die nächste Generation von Mikro- / Nanosysteme verwenden basierenden Technologien. 2 jedoch aufgrund der Schwierigkeit bei der Integration von Energieumwandlungskomponenten in sehr kleinen Räumen in Mikro- / Nanogeräten, gibt es grundlegende Einschränkungen zur Umwandlung chemischer Brennstoffen in elektrische Energie. Daher hat die Verbrennung von chemischen Brennstoffen vor allem für die Herstellung von chemischer oder mechanischer Energie in Mikro- / Nanogeräten wie nanothermites oder Mikroaktoren eingesetzt. 1,3 Thermowellen-a neu entwickelte Energieumwandlungskonzept haben beträchtliche Aufmerksamkeit als ein Verfahren zum Umwandeln der chemischen Energie eines Brennstoffs direkt in elektrische ene zogenrgy ohne Verwendung irgendwelcher Komponenten konvertieren. 4,5 Thermokraft Wellen können unter Verwendung eines Hybrid-Verbundmaterial einer chemischen Brennstoff und eine Mikro- / nanostrukturierten Materials erzeugt werden. 5 Wenn die chemische Brennstoff in einer bestimmten Position in einem Hybridverbundwerkstoff gezündet wird, tritt der chemischen Verbrennung entlang die Schnittstelle zwischen der chemische Brennstoff und mikro- / nanostrukturierten Materials. Gleichzeitig dynamischen Veränderungen in der thermischen und chemischen Potentials über den Kern mikro- / nanostrukturierten Materials führen gleichzeitige Erzeugung elektrischer Energie durch Ladungstransfer in der Form einer High-Ausgangsspannungsimpuls induziert. Es ist erwiesen, dass diverse Mikro- / nanostrukturierte Materialien wie mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (MWCNTs) 4-6 und ZnO, 7 Bi 2 Te 3, 8 Sb 2 Te 3, 9 und MnO 2 10 Mikro / nanostrukturierten Materialien ermöglichen Hybridkomposite um Thermowellen nutzen und zeigen, chemisch-thermische-electrical Energieumwandlung. Insbesondere Kernmaterialien mit hohem Seebeck-Koeffizienten ermöglichen die Erzeugung eines hohen Ausgangsspannungen ausschließlich aus propagiert Verbrennung. Jedoch können auch andere Parameter, die sich auf identische Verbundstoffe, wie etwa die Mischung von chemischen Brennstoffen Masseverhältnis von Kraftstoff / Kern-Materialien, das Herstellungsverfahren und Zündbedingungen kritisch beeinflussen die Gesamteigenschaften des Thermo Wellen. Hier zeigen wir, wie sich die Herstellungsverfahren, die Bildung eines ausgerichteten chemischen Treibstoff und Massenverhältnis von Kraftstoff / Kernmaterialien beeinflussen Thermowellenleistung. Auf der Grundlage einer MWCNT Array durch thermische chemische Dampfabscheidung (TCVD) hergestellt ist, gezeigt, wie ein Hybrid-Verbundmaterial einer chemischen Brennstoff und MWCNTs zur Thermowellenenergieerzeugung vorbereitet. Design des experimentellen Aufbaus, der die Bewertung der Energieumwandlung ermöglicht wird zusammen mit entsprechenden experimentellen Messungen für Prozesse wie Verbrennung propagati eingeführtauf und direkte Erzeugung elektrischer Energie. Außerdem zeigen wir, dass Polaritätsverteilung beschriebenen durch das dynamische Ausgangsspannung und spezifische Spitzenleistung entscheidend bestimmt die elektrische Energieumwandlung. Diese Studie wird spezifische Strategien liefern, um die Energieerzeugung zu verbessern, und werden für das Verständnis der zugrunde liegenden Physik der Thermowellen helfen. Darüber hinaus wird das Herstellungsverfahren und die hier beschriebenen Experimente bei der Ausweitung der Forschungsmöglichkeiten auf Thermo Wellen auf chemisch-thermisch-elektrischen Energieumwandlung zu helfen, aber auch.

<table><tbody><tr><td>4" n-Typ Silizium Wafer</td><td>Unisill</td><td>4" Si-Wafer</td><td></td></tr><tr><td>Al2O3</td><td>TAEWON</td><td>A-1008</td><td>99,9999 % Reinheit</td></tr><tr><td>Fe</td><td>Sigma Aldrich</td><td>267945</td><td>99,9999 % Reinheit</td></tr><tr><td>Ar</td> Seoul <td>Spezialgas</td><td>Ar(N60)</td><td>99,9999 % Reinheit</td></tr><tr><td>C2H4</td><td>Seoul Spezialgas</td><td>C2H4</td><td>99,5% Reinheit</td></tr><tr><td>H2</td><td>Seoul Spezialgas</td><td>H2(N60)</td><td>99,9999% Reinheit</td></tr><tr><td>Silberpaste</td><td>Fujikura Kasei</td><td>D-550</td><td></td></tr><tr><td>Pikrinsäure</td><td>Sigma Aldrich</td><td>197378</td><td>> 98% Reinheit Hochgiftiges</td></tr><tr><td>Natriumazid</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S2002</td><td>> 99,5 % Reinheit</td></tr><tr><td>Acetonitril</td><td>Sigma Aldrich</td><td>271004</td><td>99,8 % Reinheit</td></tr><tr><td>Netzteil</td><td>Mastech</td><td>HY3010</td><td></td></tr><tr><td>TCVD</td><td>Scientech</td><td>TCVD</td><td></td></tr><tr><td>Oszilloskop</td><td>Tektronix</td><td>DPO2004B</td><td></td></tr><tr><td>Hochgeschwindigkeits-Mikroskopiesystem</td><td>Phantom</td><td>V7.3</td><td></td></tr></tbody></table>

herstellung und auswertung der hybrid composites der chemischen treibstoff und mehrwandige kohlenstoff-nanoröhren in das studium der thermokraft waves

Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves

Wenn eine chemische Brennstoff in einer bestimmten Position in einem Hybridverbundwerkstoff aus dem Brennstoff und einem Mikro / nanostrukturierten Materials gezündet wird, tritt der chemischen Verbrennung an der Schnittstelle zwischen den Brennstoff- und Kernmaterialien. Gleichzeitig führen dynamische Änderungen in der thermischen und chemischen Potentials für die Mikro- / nanostrukturierten Materialien in gleichzeitige Erzeugung elektrischer Energie durch Ladungstransfer in der Form einer High-Ausgangsspannungsimpuls induziert. Wir zeigen das gesamte Verfahren einer Thermowellenexperiment, von der Synthese bis zur Auswertung. Thermische chemische Dampfabscheidung und die Nassimprägnierung Prozesse jeweils für die Synthese eines mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Anordnung und einer hybriden Verbund Pikrinsäure / Natriumazid / mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren verwendet werden. Die hergestellten Hybridverbindungen werden verwendet, um eine Thermowellengenerator mit Verbindungselektroden herzustellen. Die Verbrennung des Hybrid-Verbundmaterial wird durch Lasererwärmung oder Joule-Heizung, und th initiierte entsprechende Verbrennungsausbreitung, direkte Erzeugung elektrischer Energie, und Echtzeit-Temperaturschwankungen werden gemessen unter Verwendung einer Hochgeschwindigkeits-Mikroskopiesystem, ein Oszilloskop, und ein optisches Pyrometer auf. Ferner sind die entscheidenden Strategien für die Synthese von Hybridverbund und Initiierung der Verbrennung, die die Gesamtthermokraft Wellenenergieübertragung zu verbessern angenommen werden vorgeschlagen.

Die ausgerichtete MWCNT Array als Kernnanostrukturierte Material für Thermo Wellen wurde durch TCVD, 11-13 synthetisiert, wie in 4A gezeigt. Der Durchmesser der aufgewachsenen MWCNTs 20-30 nm (Abbildung 4B). Die ausgerichtete Hybridkomposit der Pikrinsäure / Natriumazid / MWCNTs ist in 5A gezeigt. Dieser Verbundstoff wurde durch das Nassimprägnierungsverfahren synthetisiert, 14 wie in dem Protokoll beschrieben. Um eine Schnittstelle zwischen der ch...

Ein Protokoll zur Durchführung von Thermokraftwellen-Experimenten wird vorgestellt. Die Synthese von Hybridkompositen aus einem chemischen Brennstoff und einem mikro-/nanostrukturierten Material, die Herstellung eines Thermokraftwellengenerators und Verfahren zur Messung der entsprechenden physikalischen Phänomene werden beschrieben.

Herstellung und Auswertung der Hybrid Composites der chemischen Treibstoff und mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren in das Studium der Thermokraft Waves

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Erzeugung elektrischer Energie durch chemische Verbrennung mittels Thermoleistungswellen zu demonstrieren. Dies wird erreicht, indem zunächst Kern-Nanomaterialien wie mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren durch thermische chemische Gasphasenabscheidung hergestellt werden. Der zweite Schritt ist die Synthese eines hybriden Verbundstoffs aus den Kern-Nanomaterialien und chemischen Brennstoffen mittels der Nassimprägnierungsmethode.Anschließend werden thermische Leistungswellen-Generatoren aus Hybridkompositen und den angebrachten Elektroden hergestellt. Die Kupferelektroden werden mittels Silberleitlack mit den Hybridkompositen verbunden. Der letzte Schritt besteht in der Messung der Ausgangsspannung, der zugehörigen Temperatur und der Reaktionsausbreitungsgeschwindigkeit aus den Thermoleistungswellen mithilfe eines Oszilloskops, optischer Parameter und eines Hochgeschwindigkeits-Mikroskopsystems.Schließlich zeigt das Protokoll von Thermo-Leistungswellen-Experimenten kritische Schritte, die Thermo-Leistungswellen für eine optimierte thermische Wellenausbreitung und die Erzeugung elektrischer Energie ermöglichen. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie der herkömmlichen Verbrennung zur Erzeugung elektrischer Energie liegt darin, dass keine mechanischen Teile wie Kompressoren oder Turbinen benötigt werden. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen bei neuen Arten von Energiequellen im Mikro- und Nanobereich zu beantworten, beispielsweise bei Anwendungen wie Smart Dust sowie Mikro- und Nanorobotik und Aktuatoren, da sie direkt eine hohe spezifische Leistung unter Verwendung chemischer Brennstoffe mit hoher Energiedichte erzeugt.Außerdem wird die thermische Leistungswelle ohne mechanische bewegliche Teile erzeugt, sodass der Generator verkleinerbar und in mikro- und nanoskalige Systeme integrierbar ist. Zunächst werden zuvor hergestellte Eisen- und Aluminiumoxid-Schichten auf Siliziumdioxid, Siliziumwafer in einem Quarzboot mit den Abmessungen 120 Millimeter mal 30 Millimeter, in das zwei Zoll große Quarzrohr einer thermischen chemischen Gasabscheidung gebracht. Nachdem der mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren-Array hergestellt wurde, wird er vorsichtig vom Wafer getrennt, um freistehende Wälder aus mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren zu erhalten.Zur Herstellung des chemischen Brennstoffs lösen Sie sechs Gramm des aus Piri-Säure eingedampften Piri-Säure-Pulvers in 100 Milliliter Acetonitril. Danach lösen Sie sechs Gramm Natriumazid in 100 Milliliter entionisiertem Wasser. Zur Synthese des Hybridkomposits bestimmen Sie die Masse eines einzelnen mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren-Waldes mit einer Mikrowaage.Danach bestätigen Sie die ausgerichteten Strukturen des mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren-Waldes mittels Rasterelektronenmikroskopie. Überprüfen Sie, ob die ausgerichtete Struktur über den gesamten mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren-Wald hinweg erhalten bleibt. Als Nächstes geben Sie 25 Mikroliter der Pirinsäure-Lösung auf den mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren-Wald, um dem Brennstoff das Eindringen in die Poren des Waldes zu ermöglichen.Lassen Sie die Probe 30 Minuten lang stehen, um die Schrumpfung des Filmarrays zu ermöglichen und die vollständige Penetration der Piri-Säure in die Poren sicherzustellen, bis das gesamte Acetylnitril verdampft ist. Tauchen Sie anschließend die mit Piri-Säure beschichteten mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren-Wälder in 25 Mikroliter der zuvor hergestellten Natriumazid-Lösung, um durch nasse Imprägnierung 2,4,6-Trinitronatriumoxid und Wasserstoffazid zu bilden. Nachdem Sie dem Lösungsmittel 30 Minuten Zeit zum Verdampfen gegeben haben, bestimmen Sie die Masse eines einzelnen hybriden Verbundwerkstoffs aus Brennstoff und mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren mithilfe einer Mikrowaage.Vergleichen Sie anschließend die Endmasse, um das Massenverhältnis der Brennstoffschicht und der multiwalled Carbon Nanotubes mithilfe der folgenden Gleichung zu berechnen. Befestigen Sie Kupferband an beiden Enden eines Objektträgers, um als Elektroden für die Verbindung mit einem Oszilloskop zu dienen, das die direkte Spannungsausgabe der thermischen Leistungswelle misst. Verbinden Sie danach die Kupferbänder mit beiden Enden des hybriden Verbundstoffs unter Verwendung von Silberpaste.Nachdem die Silberpaste hart geworden ist und die Verbindung fixiert wurde, messen Sie mit einem Multimeter den elektrischen Widerstand gegenüber dem Hybridverbundstoff innerhalb einer Polycarbonat-Kammer. Befestigen Sie den Thermokraftwellengenerator aus Sicherheitsgründen mit Klemmen auf dem optischen Tisch. Verbinden Sie anschließend mit Hilfe von Krokodilklemmen die Kupferelektroden mit dem Oszilloskop, um die Ausgangsspannung zu messen.Richten Sie ein Hochgeschwindigkeitsmikroskopsystem ein, um die Verbrennungsausbreitung vom Generator aus aufzuzeichnen. Schalten Sie die LED-Lampe ein, um klare Aufnahmen mit hochauflösenden Bildern vor dem Thermoleistungswellen-Generator zu ermöglichen. Stellen Sie anschließend die Aufnahmegeschwindigkeit auf über 5.000 Bilder pro Sekunde ein.Nachdem eine Hochstromstromversorgung und ein Nickeldraht vorbereitet wurden, verbinden Sie den Draht mit der Hochstromstromversorgung und erhitzen Sie ihn. Bringen Sie den erhitzten Nickeldraht vorsichtig mit dem chemischen Brennstoff auf der hybriden Verbundstruktur in Kontakt, bis die Verbrennung im Thermoleistungswellengenerator gezündet wird. Sobald die Thermoleistungswelle vom Generator gestartet wird, stellen Sie die Aufnahmefrequenz der Hochgeschwindigkeitskamera auf 5.000 Bilder pro Sekunde ein.Aktivieren Sie die Aufnahme zu Beginn der Thermokraft-Wellenausbreitung. Nehmen Sie dann Schnappschüsse mittels hochgeschwindigkeitsfotografischer Bilder mit dem Hochgeschwindigkeitsmikroskopsystem auf und extrahieren Sie die Anzahl der aufgezeichneten Einzelbilder von Beginn bis Ende der Thermokraft-Wellenausbreitung. Zeichnen Sie zu diesem Zeitpunkt das Spannungssignal von Beginn bis Ende der Thermokraft-Wellenausbreitung mithilfe des Oszilloskops auf und extrahieren Sie den Ausgangsspannungsimpuls.Schließlich berechnen Sie die Geschwindigkeit der Reaktionsausbreitung, indem Sie die Position der Reaktionsfront in einzelnen Bildern des Hochgeschwindigkeits-Mikroskopsystems extrahieren und die folgende Gleichung verwenden. Das ausgerichtete Array aus mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren als kernelementares nanostrukturiertes Material für Thermoleistungswellen wird hier gezeigt. Der Durchmesser der gewachsenen mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren beträgt 20 bis 30 Nanometer.Der ausgerichtete Hybridverbundwerkstoff aus Piri-Säure, Natriumazid und mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren wird hier dargestellt. Das Gemisch aus Piri-Säure und Natriumazid bildete eine eindimensionale Struktur, die die Verbrennung verstärkte. Nach der Herstellung des Thermoleistungswellen-Generators zeichnete das Hochgeschwindigkeits-Mikroskop-System die Ausbreitung der Verbrennung auf.Durch die Doppelheizung wurde die Verbrennung gezündet, die sich schnell zu einer sich selbst fortpflanzenden chemischen Reaktion entlang der ausgerichteten Richtung von mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren entwickelte, wobei gleichzeitig eine elektrische Energieumwandlung mit Hilfe des synchronisierten Oszilloskops erfasst wurde. Der zum Zünden verwendete Nickel-Chrom-Draht berührte die Brennstoffverbindung nur an der hybriden Verbundstruktur, sodass keine Störung durch ein externes elektrisches Signal auftrat. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, darauf zu achten, die Herstellung so durchzuführen, dass die hybriden Strukturen zwischen den chemischen Brennstoffen und den Kohlenstoffnanoröhren ausgerichtet werden.In unseren optimierten Schritten sollte die Brennstoffmenge zehnmal geringer sein als die mehrfachen Kohlenstoffröhrchen für große Körper mit einer einzigen, nationalen Ausbreitung von Verbrennungsfronten nach ihrer Entwicklung. Diese Technik ebnete Forschern auf dem Gebiet der Energieerzeugung oder -gewinnung den Weg, hohe spezifische Leistungen auf mikro- und nanoskaliger Ebene aus chemischer Verbrennung zu erforschen. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie chemische Energie in Brennstoffen eines Verbrenners in thermische und elektrische Energie in thermoelektrischen Leistungsfronten umgewandelt werden kann, und wie diese gestaltet und optimiert werden können, um die thermische Ausbreitung und die erzeugte Spannung zu steuern.Vergessen Sie nicht, dass das Arbeiten mit entflammbaren Materialien wie chemischen Brennstoffen äußerst gefährlich sein kann, und Vorsichtsmaßnahmen wie eine Absaughaube oder die Kontrolle der Menge freigesetzter Chemikalien sollten stets beachtet werden, während das Verfahren durchgeführt wird.

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Herstellung und Auswertung der Hybrid Composites der chemischen Treibstoff und mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren in das Studium der Thermokraft Waves (Video) | JoVE Journal

Herstellung und Auswertung der Hybrid Composites der chemischen Treibstoff und mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren in das Studium der Thermokraft Waves

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