Name: 熱電波の研究における化学燃料と多層カーボンナノチューブのハイブリッド複合材料の作製と評価 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-10T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 35 s
Description: 学ぶ熱電波による化学燃焼からの電気エネルギー生成法。多層カーボンナノチューブと化学燃料のハイブリッド複合材料を湿式含浸法で合成し、発電機を作製・評価する手法です。

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この作品は、資金科学技術（NRF-2013R1A1A1010575）、文部科学省によって資金を供給、韓国国立研究財団（NRF）を介して基礎科学研究開発プログラムでサポートされている、とナノR＆Dプログラムによる韓国科学技術財団を介していた教育部（NRF-2012M3A7B4049863）による。

垂直配向多層カーボンナノチューブの合成1（VAMWCNTs） <ol><li>ウエハの調製と触媒層の堆積<ol><li> n型（100）Siウェハを準備します。 </li><li>熱酸化やスパッタ法等の代替的な方法によってSiウエハ上に250nmの厚さのSiO 2層を堆積させる。水平炉内で1000℃で3時間20分間、O 2を200sccmのを注入する。 </li><li>マルチスパッタ（RFパワー：1,000 W）として（99.9％）2 O 3のバルクのAlを使用する場合は、ソースとSiO 2層上に膜厚10nmのAl 2 O 3（99.9％）の層を堆積させる。 2×10 -2ミリバールの堆積圧力では10nm /分の遅い堆積速度を使用してください。 </li><li>電子ビーム蒸発器を使用することによって、ソースなどのバルクのFe（99.9％）を使用し、およびAl 2 O 3層の上に厚さ1nmのFe層を堆積させる。 5×10 -6トルの堆積圧力で〜0.1nm /秒の遅い堆積速度を使用してください。 </li&gt; <li>ダイヤモンドスクライバーを使用して28ミリメートル×15ミリメートルサイズにはFe / Al 2 O 3の/ SiO 2の/ Siウエハーをカットします。 注：VAMWCNT配列の所望の大きさに応じて、鉄/のAl 2 O 3 / SiO 2の/ Siウエハの大きさを変化させることができる。 </li></ol></li><li> MWCNT TCVDによる配列と自立MWCNT森林の準備の合成。 <ol><li> 30ミリメートル×120ミリメートルの寸法を有している石英ボートの中心にはFe / Al 2 O 3の/ SiO 2の/ Siウエハを配置します。 </li><li> TCVDのセットアップ（ 図1A）の2インチの石英管の内側に石英ボートを置きます。 </li><li>空気を除去し、Arで2インチの石英管を充填するために、周囲条件下で10分間Arガス900 SCCMを注入する。 </li><li> 30分で25℃から750℃まで炉内の温度を上昇させながらArガスを600sccmとH 2ガスを400sccmを注入する。 </li><li> Arガスを100sccmとH 2ガの400sccmのを注入10分間750℃でsはMWCNTの根としてのFeナノ粒子を処方する。 </li><li> Arガスを100sccm、H 2ガスを368 SCCM、および280分間750℃で、エチレン（C 2 H 4）ガスの147 SCCMを注入する。炭素源として作用するようにC 2 H 4ガスの分解を促進すると同時に、タングステンフィラメント（15 A：0.8 V、電流、電圧）によって石英管の入口にジュール加熱を適用する。これらの炭素源は、Siウェハ上のFeナノ粒子に付着したCNTに変換される。 </li><li> H 2ガス及びC 2 H 4ガスの注入を停止し、炉の電源を切ります。ウエハの温度が60℃を下回るまで、この手順の間、連続してArガスを100sccmを注入する。 </li><li>ウェハ上のMWCNTをを取り出します。 （ 図1B）：穏やか自立MWCNT林（3〜6ミリメートルの長さ）を得るために、ウェハからMWCNTアレイを分離する。 </li></ol></li></ol><ol><li>化学燃料の調製<ol><li>ピクリン酸（2,4,6-トリニトロフェノール）ソリューションとアジ化ナトリウム（NaN 3を） を準備します。 <ol><li>ピクリン酸粉末（1気圧、24時間、25℃、）を得ピクリン酸溶液を蒸発させる。ピクリン酸粉末6gのを測定し、アセトニトリル100ml（262ミリモル）に溶解する。 </li><li>アジ化ナトリウム粉末の尺度6グラム、および脱イオン（DI）水（923ミリモル）100mlに溶解する。 </li></ol></li></ol></li><li>湿式含浸を介して合成したハイブリッド複合体の特徴付け<ol><li>天秤との個別MWCNT森の質量を測定し、SEM（ 図4A）によりMWCNT森林の整合構造を確認する。 15 kVの電圧と1,200Xの倍率を使用してください。整列構造は全体MWCNT森林にわたって維持されているかどうかを確認してください。 </li><li>トンで262 mMのピクリン酸溶液25μlを追加MWCNT森のOPは​​燃料が森の毛穴に浸透することを可能にする。 30分には、フィルム·アレイを縮小し、すべてのアセトニトリルが森（ 図1C）から蒸発するまでピクリン酸が完全に毛穴に浸透できるようにするためのものですように、サンプルのままにしておきます。 注：化学燃料とMWCNTアレイとの間の目標比率に応じて、ピクリン酸溶液の濃度や量を変更します。 </li><li>湿式含浸により2,4,6-トリニトロナトリウムフェノキシドおよびアジ化水素（燃料層）を形成する923 mMのアジ化ナトリウムの溶液25μlでピクリン酸でコーティングされたMWCNT森林を浸す。すべての溶媒が蒸発するまで30分間のサンプルのままにしておきます。 注：化学燃料とMWCNTアレイとの間の目標比率に応じて、アジ化ナトリウム溶液の濃度や量を変更することができます。 </li><li>の質量比を計算するために天秤と燃料とのMWCNTの個々のハイブリッド複合体の質量を測定し、最終質量を比較する燃料層とのMWCNT。 <img alt="式1" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq1.jpg" /> ここで、M hおよびM mは、それぞれ、個々のハイブリッド複合材料と個々のMWCNT膜の質量である。 </li><li> SEM（ 図5A）により燃料とのMWCNTのハイブリッド複合材料の整合構造を確認してください。製造元の指示に従って、操作条件のための圧力を低下させ、化学燃料凝集が明らかに整列MWCNT森林において観察されるまで、倍率を上げる。 MWCNTは上の燃料集合体の形状を確認してください。 </li></ol></li></ol>熱電波発生器（図2）の3。製造業<ol><li>熱電波から直接出力される電圧を測定するオシロスコープに接続するための電極として機能するようにスライドガラスの両端に銅テープを取り付ける。 </li><li>銀のパによりハイブリッド複合材料の両端​​に銅テープを接続するTE滴。銀ペーストが硬くなり、接続が固定されるまで、サンプルのままにしておきます。 </li><li>ハイブリッド複合材料の電気抵抗を測定するためにマルチメータを使用してください。 </li></ol>熱電波の4測定（図3） <ol><li>ポリカーボネート室内に、安全のためにクランプを光学テーブル上に熱電波発生器を固定する。 </li><li>出力電圧の測定のためにオシロスコープに銅電極を接続するためにワニ口クリップを使用してください。 </li><li>発電機からの燃焼伝播を記録する：高速顕微鏡システム[ハイスピー​​ドカメラ（&gt; 5000フレーム/秒）、マクロレンズ（105ミリメートル/ F2.8レンズ）、及びLEDランプのコンポーネント]を設定します。配置し、熱電波発生の前に、高解像度の画像を有する透明記録用LEDランプを点灯。 5000フレーム/秒の上に記録速度を設定します。 </li><li>温度のリアルタイムの変化を記録するために、特定の位置での光高温計を配置ハイブリッド複合材料の。 </li><li>ハイブリッド複合材料に化学燃料に点火するために、レーザー照射またはジュール加熱のいずれかを適用する。 <ol><li>ハイブリッド複合上の特定の位置にレーザー（&lt;千MW）をフォーカス。燃焼が熱電波発生器で開始されるまで数秒間焦点を維持。 </li><li>大電流電源とニッケルクロム線を準備します。高電流電源（動作条件：5 Vおよび3 A）にワイヤを接続し、ニッケル線を加熱する。燃焼が熱電波発生器で開始されるまでのハイブリッド複合上で加熱ニッケル線や化学燃料の間に穏やかな接触をしてください。 </li></ol></li><li>熱電波が発生器によって起動されると、高速な顕微鏡システム、オシロスコープ、及び光高温計からなる、測定セットアップをオンにします。 <ol><li>高速度カメラで設定録画フレームレート（5000フレーム/秒）。 thermopo開始時のトリガー記録WER波伝播。レコード高速顕微鏡システムの高速写真画像内のスナップショット、および熱電波伝播の開始から終了まで記録フレーム数を抽出し（総フレーム＃番号）。 </li><li>オシロスコープを使用して熱電波伝播の開始から終了までの電圧信号を記録します。出力電圧パルス（V）を抽出する。 </li><li>対象地域を示すハイブリッド複合材料上の特定の位置に光高温計を集中し、温度（℃）の動的変化を測定する。 </li></ol></li><li>高速顕微鏡システム内の個々のフレームの反応フロントの位置を抽出することにより、反応の伝播速度を計算する。 <img alt="式2" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq2.jpg" /> ここで、Lの時間は 、ハイブリッド複合体の合計の長さであり、n fは、nは0 &lt;熱電波伝播の開始から終了まで記録されたフレームの数であり、かつ/サブ&gt;は、記録フレームレートである。 </li><li>オシロスコープからの出力電圧データを抽出し、出力電圧パルスの最大ピーク電圧ならびに特定の電力を計算。ステップ3で測定した電気抵抗を使用してください。 </li><li>光高温計を使用して温度変化を抽出します。 </li></ol>

<ol><li>Zhou, X., Torabi, M., Lu, J., Shen, R. Q., Zhang, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructured+Energetic+Composites%3A+Synthesis%2C+Ignition%2FCombustion+Modeling%2C+and+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Acs+Appl+Mater+Inter%22%5BJournal%5D)">Nanostructured Energetic Composites: Synthesis, Ignition/Combustion Modeling, and Applications.</a> Acs Appl Mater Inter. 6, 3058-3074 (2014).</li>
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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>

著者らは、開示することは何もない。

熱電波実験のプロトコルは、理想的な熱波の伝播だけでなく、電気エネルギーの生成を有効に重要なステップを伴う。まず、点火の特定の位置と対応する反応転送が熱電波からエネルギー変換を制御するのに相当な要因である。ハイブリッド複合材料の一端に点火一方向にコア材料と化学燃料間の界面に沿って燃焼案内開始した。しかし、任意の他の位置での点火は、コア材料の内部反対方向に電荷キャリアのキャンセル並びに不規則な熱輸送をもたらす、両端に移した双方向熱電波を生成した。 図7Aに示すように、一端に点火は単一極性の電気エネルギーを生成し;しかしながら、中心位置点火出力ボルトの二方向性の燃焼伝播および無秩序極性をもたらし時代（ 図7B）。さらに、熱電波の単一極性が乱れ、極性の場合には電荷の相殺ない連続熱波によって加速された電荷移動に起因していることの5倍以上であったピーク出力電圧を得た。 化学燃料とコアマイクロ間の質量比は/ナノ物質が熱電波の全体の特性を決定することができる。上述のように16,17、質量比で使用した溶液の濃度...

非常に高いエネルギー密度を有し、広くマイクロシステムからmacrosystemsに幅広い用途で有用なエネルギー源として使用されてきた。特に1化学燃料は、多くの研究者は、次世代のマイクロ/ナノシステムのエネルギー源として化学燃料を使用するように努めているベースの技術2が、マイクロ/ナノデバイスが極めて小さい空間にエネルギー変換コンポーネントを統合することが困難のために、電気エネルギーに化学燃料への変換の基本的な限界がある。したがって、化学燃料の燃焼は、主にnanothermitesまたはマイクロアクチュエータとしてのマイクロ/ナノデバイスにおける化学的または機械的エネルギーの生産のために採用されている。1,3 熱電波、新しく開発されたエネルギー変換電気エンに直接燃料の化学エネルギーを変換するための方法として注目されている概念は、任意の変換コンポーネントを使用せずにRGY。4,5-熱電波は化学燃料のハイブリッド複合材料、マイクロ/ナノ構造材料を用いて作製することができる。ハイブリッド複合材料の特定の位置における化学燃料が点火されると図5に示すように、化学的燃焼に沿って発生する化学燃料とマイクロ/ナノ構造物質との間のインターフェース。同時に、高出力電圧パルスの形の電荷移動により誘導された付随電気エネルギー生成におけるコアマイクロ/ナノ構造物質の結果を横切る熱及び化学ポテンシャルのダイナミックな変化。このような多層カーボンナノチューブ（MWCNT）4-6及びZnO 7のBi 2 Te 3の、8のSb 2 Te 3の、 図9及びMnO 2のような多様なマイクロ/ナノ構造材料は、10マイクロ/ナノ構造材料は、ハイブリッド複合体を可能にすることが証明されている熱電波を利用し、化学熱electriを表示するCALエネルギー変換。具体的には、高いゼーベック係数を有するコア材料は、単独で伝播燃焼から高出力電圧の生成を可能にする。しかしながら、このような化学燃料、燃料/コア材料の質量比、製造プロセス、および点火状態の混合物として同一の複合材料に関連する他のパラメータは、批判的に熱電波の全体の特性に影響を与える。 ここで、我々は、製造プロセス、整列化学燃料の生成、および燃料/コア材料の質量比は、熱電波のパフォーマンスに影響を与えるかを示す。熱化学気相成長（TCVD）によって作製MWCNT配列に基づいて、我々は、化学燃料とのMWCNTのハイブリッド複合材料は、熱電波エネルギー生成のために準備されるかを示す。エネルギー変換の評価を可能にする実験の設計は、燃焼などの処理のための実験的な測定値を対応するとともに導入さpropagati上と直接電気エネルギーの生成。また、我々は、極性動的出力電圧および特定のピークパワー決定的に電気エネルギー変換を決定することにより、分布を説明したことを示している。この研究では、エネルギーの生成を高めるために特定の戦略を提供し、熱電波の基礎となる物理学を理解するのに役立つだろう。さらに、ここで説明した製造工程及び実験は、熱電波の研究の機会を拡張するだけでなく、化学的、熱電エネルギー変換に役立つ。

<table><tbody><tr><td>4インチ n型シリコンウエハー</td><td>ユニシル</td><td>4インチSiウェーハ</td><td></td></tr><tr><td>Al2O3</td><td>TAEWON</td><td>A-1008</td><td>純度99.9999%</td></tr><tr><td>純度 Fe</td><td>Σ Aldrich</td><td>267945</td><td>99.9999% 純度</td></tr><tr><td>Arソウル</td><td>特殊ガス</td><td>Ar(N60)</td><td>99.9999% 純度</td></tr><tr><td>C2H4</td><td>ソウル特殊ガス</td><td>C2H4</sub</td><td>>99.5% 純度</td></tr><tr><td>H2</sub</td><td>>ソウル特殊ガス</td><td>H2(N60)</td><td>99.9999%</td></tr><tr><td>純度 銀ペースト</td><td>藤倉化成</td><td>D-550</td><td></td></tr><tr><td>ピクリン酸</td><td>シグマ アルドリッチ</td><td>197378</td><td>>98% 純度 高毒性</td></tr><tr><td>アジ化ナトリウム</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S2002</td><td>>純度99.5%</td></tr><tr><td>アセトニトリル</td><td>Sigma Aldrich</td><td>271004</td><td>純度99.8%</td></tr><tr><td>電源</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>オシロスコープ</td><td>Tektronix</td><td>DPO2004B</td><td></td></tr><tr><td>高速顕微鏡システム</td><td>Phantom</td><td>V7.3</td><td></td></tr></tbody></table>

熱電波の研究における化学燃料と多層カーボンナノチューブのハイブリッド複合材料の作製と評価

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

燃料及びマイクロ/ナノ構造材料のハイブリッド複合材料の特定の位置における化学燃料が点火されると、化学燃焼、燃料とコア材料間の界面に沿って生じる。同時に、マイクロ/ナノ構造材料を横切る熱及び化学ポテンシャルのダイナミックな変化は、高出力の電圧パルスの形態で、電荷移動によって誘導される付随する電気エネルギーの生成をもたらす。私たちは、合成からの評価を、熱電波実験の全体​​の手順を示しています。熱化学気相成長法および湿式含浸プロセスは、それぞれ多層カーボンナノチューブアレイとピクリン酸/アジ化ナトリウム/多層カーボンナノチューブのハイブリッド複合体の合成に使用される。調製されたハイブリッド複合体は、接続電極と熱電波発生器を製造するために使用される。ハイブリッド複合材料の燃焼はレーザ加熱またはジュール加熱し、目によって開始され、燃焼伝播、直接的な電気エネルギーの生成、およびリアルタイムの温度変化に対応した電子は、それぞれ、高速顕微鏡システム、オシロスコープ、及び光高温計を用いて測定される。また、全体的な熱電波エネルギー伝達を向上させるそれらの燃焼のハイブリッド複合材料および開始の合成に採用されるべき重要な戦略が提案されている。

図4Aに示すように、熱電波のコア構造材料として整列MWCNTアレイは、TCVD、11〜13で合成した。として成長たMWCNTの直径は20〜30ナノメートル（ 図4B）である。ピクリン酸/アジ化ナトリウム/ MWCNTの整列のハイブリッド複合材料は、 図5Aに示されている。プロトコルセクションに記載したように、この複合体は、湿式含浸法によって14を合成した。化学燃料とMWCNTの間の界面を形成するために、ピクリン酸は、MWCNTアレイ内部の浸透を可能にするために、アセトニトリル（低表面エネルギー溶剤）に溶解した。さらに、アジ化ナトリウムを容易に点火するための薄いコーティングを形成するために脱イオン水に溶解した。化学燃料は、2つの化学物質で構成された：アジ化ナトリウムは、その低いactivatするための最初の反応のための燃料として使用しながら、主な化学燃料が燃焼（2570 kJの/モル）の高いエンタルピーピクリン酸たイオンエネルギー（は40kJ /モル）。 図5B</strong...

熱波の実験を実施するためのプロトコルが提示されます。化学燃料とマイクロ/ナノ構造材料のハイブリッド複合材料の合成、熱電波発生器の製造、および対応する物理現象の測定方法について説明します。

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 ...

本手順の全体的な目的は、熱電力波を用いた化学燃焼による電気エネルギー生成を実証することです。まず、熱化学気相成長法により、多層カーボンナノチューブなどのコアナノ材料を調製します。次に、ウェット含浸法を用いて、コアナノ材料と化学燃料のハイブリッド複合体を合成します。次に、ハイブリッド複合材料と付随する電極で構成される熱電力波発電機を作製します。銅電極は、銀ペーストを用いてハイブリッド複合材料に接続されます。最終ステップとして、オシロスコープ、光学パラメータ、および高速顕微鏡システムを用いて、熱電力波による出力電圧、対応する温度、および反応伝播速度を測定します。最終的に、熱電波（thermo power wave）実験のプロトコルは、最適化された熱波伝播と電気エネルギー生成を可能にする熱電波のための重要なステップを示しています。電気エネルギーを生成するための従来の燃焼などの既存の手法に対するこの技術の主な利点は、コンプレッサーやタービンのような機械的部品を必要としない点にあります。この手法は、エネルギー密度の高い化学燃料を用いて高い比出力を直接的に生成できるため、スマートダストへの応用やマイクロ・ナノロボティクス、アクチュエータなど、マイクロおよびナノスケール分野における新しいタイプの電源に関する重要な疑問を解決するのに役立ちます。さらに、熱電力波は機械的な可動部なしに生成されるため、発電機を小型化し、マイクロおよびナノスケールで統合することが可能です。まず、二酸化ケイ素（シリコンウェハ）上に作製しておいた酸化鉄および酸化アルミニウム層を、120 mm × 30 mmの寸法の石英ボートに配置し、その石英ボートを熱化学気相成長装置の2インチ石英チューブ内に設置しました。多層カーボンナノチューブアレイの作製後、ウェハから慎重に分離させることで、自立した多層カーボンナノチューブフォレストを得ました。化学燃料を調製するために、ピリ酸から蒸発させたピリ酸パウダー6gを100mLのアセトニトリルに溶解させます。続いて、アジ化ナトリウム6gを100mLの脱イオン水に溶解させます。ハイブリッド複合体を合成するために、マイクロバランスを用いて個々のマルチウォールカーボンナノチューブフォレストの質量を測定します。次に、走査電子顕微鏡を用いて、多層カーボンナノチューブフォレストの配向構造を確認します。配向構造が多層カーボンナノチューブフォレスト全体にわたって維持されているかを確認してください。続いて、燃料をフォレストの細孔に浸透させるため、多層カーボンナノチューブフォレストの上に25 µLのピリ酸溶液を添加します。サンプルを30分間放置し、アセトニトリルが完全に蒸発するまで、フィルムアレイを収縮させ、ピリ酸を細孔に十分に浸透させます。この時点で、ピリ酸をコーティングした多層カーボンナノチューブフォレストを、あらかじめ調製した25 µLのアジ化ナトリウム溶液に浸し、湿式含浸法により2,4,6-トリニトロナトリウムオキシドおよびアジ化水素を形成させます。サンプルから溶媒を30分間蒸発させた後、マイクロバランスを用いて、燃料と多層カーボンナノチューブからなる個々のハイブリッド複合体の質量を測定します。その後、最終質量を比較し、次の式を用いて燃料層とマルチウォールカーボンナノチューブの質量比を算出します。オシロスコープとの接続用電極として機能させるため、ガラススライドの両端に銅テープを貼り付けます。このオシロスコープで、熱電波からの直流電圧出力を測定します。続いて、銀ペーストを用いて、銅テープをハイブリッド複合材の両端に接続します。銀ペーストが硬化し接続が固定された後、マルチメーターを用いてポリカーボネート製チャンバー内のハイブリッド複合材への電気抵抗を測定します。安全のため、熱電能波発生器をクランプで光学定盤に固定してください。次に、ワニ口クリップを使用して銅電極をオシロスコープに接続し、出力電圧を測定します。発電機からの燃焼伝播を記録するために、高速顕微鏡システムをセットアップします。熱電能波発電機の前方で、高解像度画像による鮮明な記録を行うため、LEDランプを点灯させます。次に、記録速度を5,000 frames per second以上に設定します。高電流電源とニクロム線を準備した後、電線を高電流電源に接続して加熱します。加熱したニクロム線をハイブリッド複合材上の化学燃料に軽く接触させ、熱電波発電機内で燃焼を開始させます。発電機によって熱電波が送出されたら、高速カメラの記録フレームレートを5,000 frames per secondに設定します。熱電能波の伝搬開始時にレコーディングを開始します。次に、高速顕微鏡システムを用いて高速写真画像でスナップショットを記録し、熱電能波の伝搬開始から終了までの記録フレーム数を抽出します。同時に、オシロスコープを用いて熱電能波の伝搬開始から終了までの電圧信号を記録し、出力電圧パルスを抽出します。最後に、高速顕微鏡システムの個々のフレームから反応フロントの位置を抽出し、以下の式を用いて反応伝播速度を算出します。熱電波のコアナノ構造材料としての配向多層カーボンナノチューブアレイをここに示します。成長させた多層カーボンナノチューブの直径は20から30 nanometersです。ピリ酸、アジ化ナトリウム、多層カーボンナノチューブの配向ハイブリッド複合材料をここに示します。ピリ酸とアジ化ナトリウムの混合物は、燃焼を増幅させる一次元構造を形成しました。熱電発電機を作製した後、高速顕微鏡システムを用いて燃焼伝播を記録しました。二重加熱により燃焼が開始され、それは多層カーボンナノチューブの配向方向に沿った自己伝播的な化学反応へと速やかに転換され、同時に同期したオシロスコープを用いて電気エネルギー変換が得られました。点火に使用したニクロム線は、ハイブリッド複合材上の燃料化合物にのみ接触させており、外部電気信号からの干渉はありませんでした。この手順を行う際は、化学燃料とカーボンナノチューブの間でハイブリッド構造をどのように配向させて作製するかを留意することが重要です。最適化された手順において、燃焼波の単一の国家的な伝播に伴う高剛性体に対し、燃料法は多管状カーボンチューブよりも10倍低く設定される必要があります。この手法により、発電またはエネルギー採取分野の研究者が、化学燃焼によるマイクロ・ナノスケールの高い比出力を探索する道が開かれました。このビデオを視聴することで、燃焼器燃料中の化学エネルギーが熱電波においてどのように熱エネルギーおよび電気エネルギーに変換されるか、また、熱伝播と出力電圧を制御するためにどのように設計・最適化できるかについて、十分に理解できるはずです。化学燃料などの可燃性物質を取り扱うことは非常に危険であるため、手順の実施中は、常に遮光チャンバーの使用や化学物質の量の管理といった予防策を講じてください。

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熱電波の研究における化学燃料と多層カーボンナノチューブのハイブリッド複合材料の作製と評価

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