Name: 열 전력 (thermopower) 파도의 연구에서 화학 연료 및 다중 벽 탄소 나노 튜브의 하이브리드 복합 재료의 제조 및 평가 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-10T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 35 s
Description: 배우세요 열 전력 파도를 이용한 화학 연소 기반 전기 에너지 생성 방법을 다중 벽 탄소 나노 튜브와 화학 연료의 하이브리드 복합 재료를 사용하여 습식 함침법으로 합성하는 과정을 통해 연구하세요.

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이 작품은 자금 한국 과학 재단을 통해 교육 과학 기술부 (NRF-2013R1A1A1010575)의 교육부에 의해 나노 R &amp; D 프로그램의 재원으로 한국 연구 재단 (NRF)를 통해 기초 과학 연구 프로그램에 의해 지원되었다 교육 과학 기술부 (NRF-2012M3A7B4049863)에 의해.

수직으로 정렬 된 다중 벽 탄소 나노 튜브의 합성 1. (VAMWCNTs) <ol><li> 웨이퍼의 제조 및 촉매 층의 증착 <ol><li> n 형 (100) 실리콘 웨이퍼를 준비합니다. </li><li> 열 산화 또는 스퍼터링과 같은 다른 방법에 의해 실리콘 웨이퍼 상에 250 nm 두께의 SiO2 층을 증착. 가로로에서 1000 ° C에서 3 시간 20 분 동안 O 2 200sccm으로 주입한다. </li><li> 그런가 2 층에 층 (1000 W RF 전력) 소스와 10 nm 두께의 알 2 O 3 (99.9 %)을 입금 멀티 스퍼터 등의 대량 알 2 O 3 (99.9 %)를 사용합니다. 2 × 10-2 밀리바의 증착 압력과 10 내지 / 분의 느린 증착 속도를 사용한다. </li><li> 전자빔 증착기를 이용하여 소스로서 대량의 Fe (99.9 %)을 사용하고, Al2O3의 층에 1 nm 두께의 Fe 층을 증착. 5 × 10-6 Torr의 증착 압력과 0.1 내지 / 초 ~의 느린 증착 속도를 사용한다. </li&gt; <li> 다이아몬드 스크 라이버를 사용하여 28mm × 15mm의 크기로 철 / 알 2 O 3 / SiO2를 / 실리콘 웨이퍼를 잘라. 주 : VAMWCNT 어레이의 원하는 치수에 따라, 철 / 알루미늄 2 O 3 / SiO2로 / SI 웨이퍼의 크기는 변화 될 수있다. </li></ol></li><li> MWCNT TCVD에 의해 배열이없는 서 MWCNT 숲의 준비의 합성. <ol><li> 120mm × 30mm의 크기를 가진 석영 보트 중앙에 철 / 알 2 O 3 / SiO2를 / 실리콘 웨이퍼를 놓습니다. </li><li> TCVD 설정 (그림 1A)의 2 인치 석영 관 내부의 석영 보트를 놓습니다. </li><li> 공기를 제거하고 아르곤으로 2 인치의 석영 튜브를 채우기 위해 주위 조건 하에서 10 분 동안 Ar 가스를 900 sccm으로 주입한다. </li><li> 30 분에 750 ° C에 25 ° C에서 용광로 온도를 증가시키면서 Ar 가스의 600 SCCM과 H 2 가스 400 SCCM을 주입한다. </li><li> Ar 가스의 100 SCCM과 H 2 조지아의 400 SCCM을 주입10 분 동안 750 ° C에서 S는 다중 벽 탄소 나노 튜브의 뿌리로 철 나노 입자를 공식화합니다. </li><li> Ar 가스의 100 SCCM, H 2 가스 368 SCCM, 280 분 동안 750 ° C에서 에틸렌 (C 2 H 4) 가스의 147 SCCM을 주입한다. 탄소원으로서 작용하는 C 2 H 4 가스의 분해를 촉진하는 동시에, 텅스텐 필라멘트 (15 : 0.8 V, 전류 전압)에 의해 석영 튜브의 입구에서 주울 가열을 적용한다. 이러한 탄소 소스는 실리콘 웨이퍼에 철 나노 입자에 부착 된 탄소 나노 튜브로 변환된다. </li><li> H 2 가스 및 C 2 H 4 가스의 주입을 중지하고 노의 전원을 끄십시오. 웨이퍼의 온도는 60 ° C 이하로 떨어질 때까지이 절차 중에 연속적으로 Ar 가스를 100 sccm의 주입. </li><li> 웨이퍼에 다중 벽 탄소 나노 튜브를 꺼내. (그림 1B) : 부드럽게 독립 MWCNT 숲 (3~6mm 길이)를 얻기 위해 웨이퍼에서 MWCNT 배열을 분리합니다. </li></ol></li></ol><ol><li> 화학 연료의 제조 <ol><li> 피크르산 (2,4,6- 트리니트로 페놀) 솔루션과 아 지드 화 나트륨 (NaN의 3)를 준비합니다. <ol><li> 피크르산 분말 (24 시간 동안 1 기압, 25 ° C를,)을 획득 피크르산 용액을 증발시켰다. 피크르산 분말 6g을 측정 및 아세토 니트릴 100 ㎖ (262 mM)을 녹이고. </li><li> 측정 6 아 지드 화 나트륨 분말 (G) 및 탈 이온수 (923 mM)을 100 ㎖에 녹여. </li></ol></li></ol></li><li> 젖은 함침을 통해 합성 및 하이브리드 복합 재료의 특성 <ol><li> 마이크로 저울을 가진 개인 MWCNT 숲의 질량을 측정하고 SEM (그림 4A)에 의해 MWCNT 숲의 정렬 구조를 확인합니다. 15 kV로의 전압과 1,200X의 배율을 사용합니다. 정렬 된 구조가 전체 MWCNT 숲에 걸쳐 유지되어 있는지 확인하세요. </li><li> t에 262 mM의 피크린산 용액 25 μl를 추가MWCNT 숲의 영업 이익은 연료가 숲의 구멍을 통과 할 수있다. 30 분 막 배열을 축소 할 수 있으며, 모든 아세토 숲 (도 1C)로부터 증발 될 때까지 완전히 피크르산 기공을 관통하도록 허용하기위한 샘플로서 남겨. 주 : 화학적 연료와 MWCNT 어레이 사이 목표 비율에 따라, 피크르산 용액의 농도 및 양을 수정. </li><li> 습윤 함침 2,4,6- 트리니트로 페녹 나트륨 아 지드 화 수소 (연료 층)을 형성하기 위하여 923 mM의 나트륨 아 지드의 용액을 25 μL로 코팅 피크르산 MWCNT 숲 담가. 모든 용매가 증발 할 때까지 30 분 동안 샘플을 남겨주세요. 주 : 화학적 연료와 MWCNT 어레이 사이 목표 비율에 따라 아 지드 화 나트륨 용액의 농도 및 양을 변경할 수있다. </li><li> 마이크로 저울로 연료 및 다중 벽 탄소 나노 튜브의 각각의 혼성 복합체의 질량을 측정하고, 질량의 비율을 계산하기 위해 최종 질량과 비교연료 층 및 다중 벽 탄소 나노 튜브. <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq1.jpg" /> M의 H 및 M의 m은 각각 개별 혼성 복합체 및 개별 MWCNT 필름의 질량 어디. </li><li> SEM (그림 5A)에 의해 연료와 다중 벽 탄소 나노 튜브의 하이브리드 복합체의 정렬 구조를 확인합니다. 제조업체의 지시에 따라, 운전 조건에 대한 압력을 저하하고, 화학 연료 집합체 명확 정렬 MWCNT 숲에서 관찰 될 때까지 배율을 올린다. 다중 벽 탄소 나노 튜브에 연료 집합체의 모양을 확인합니다. </li></ol></li></ol> 열 전력 (thermopower) 웨이브 생성기 3. 제조 (그림 2) <ol><li> 열 전력 (thermopower) 파로부터 직류 전압 출력을 측정 오실로스코프와의 접속을위한 전극으로서 작용하는 유리 슬라이드의 양단에 구리 테이프를 부착. </li><li> 실버 PAS 통하여 혼성 복합체의 양단에 구리 테이프를 연결테 방울. 은 페이스트가 어려워진다과 연결이 해결 될 때까지 샘플을 남겨주세요. </li><li> 혼성 복합체의 전기 저항을 측정하기 위해 멀티 미터를 사용한다. </li></ol> 열 전력 (thermopower) 파도 4. 측정 (그림 3) <ol><li> 폴리 카보네이트 챔버 내에서 안전을위한 클램프와 광학 테이블에 열 전력 (thermopower) 파 발생 장치를 고정합니다. </li><li> 출력 전압의 측정 오실로스코프에 구리 전극을 연결하기 위해 악어 클립을 사용. </li><li> 고속 현미경 시스템 설정 [성분 : 고속 카메라 (&gt; 5000 프레임 / 초), 매크로 렌즈 (105mm / F2.8 렌즈) 및 LED 램프] 발생기로부터 연소 전파를 기록. 놓고 열 전력 (thermopower) 파 발생기의 앞에 고해상도 이미지와 명확한 기록을 위해 LED 램프를 켭니다. / 초 5000 프레임 이상 기록 속도를 설정합니다. </li><li> 온도의 실시간 변경 사항을 기록하기 위해 특정 위치에서 광 고온계를 놓고하이브리드 복합. </li><li> 혼성 복합체의 화학 연료를 점화 레이저 조사 또는 주울 가열를 적용합니다. <ol><li> 혼성 복합체의 특정 위치에 레이저 (&lt;1,000 Mw)이 초점을 맞 춥니 다. 연소 열 전력 (thermopower) 파 발생 장치에 개시 될 때까지 몇 초간 초점을 유지한다. </li><li> 고전류 전원과 니켈 - 크롬 와이어를 준비한다. 및 니켈 와이어를 가열 : 고전류 전원에 접속 해 (5 V 및도 3의 작동 조건). 연소가 열 전력 (thermopower) 파 발생에 시작 될 때까지 하이브리드 복합에 가열 된 니켈 와이어 및 화학 연료 사이의 부드러운 접촉을합니다. </li></ol></li><li> 열 전력 (thermopower) 파 발생기에 의해 시작되는 고속 현미경 시스템, 오실로스코프 및 광학 고온계, 구성된 측정 셋업를 켜고. <ol><li> 설치 고속 카메라에서의 기록 프레임 레이트 (5000 프레임 / 초). thermopo의 시작 트리거 기록WER의 전파. 녹음 고속 현미경 시스템과 고속 사진 이미지의 스냅 샷 및 열 전력 (thermopower)의 전파의 처음부터 끝까지 녹화 프레임 수를 추출 (프레임의 총 #NUMBER). </li><li> 오실로스코프를 이용하여 열 전력 (thermopower) 전파와의 처음부터 끝까지 전압 신호를 기록한다. 출력 전압 펄스 (V)를 추출합니다. </li><li> 대상 영역을 나타내는 하이브리드 복합에 특정 위치에 광학 고온계 초점 및 온도의 동적 변화를 측정 (° C). </li></ol></li><li> 고속 현미경 시스템에서의 개별 프레임에서 반응 전면 위치를 추출함으로써 반응의 전파 속도를 계산한다. <img alt="식 (2)" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq2.jpg" /> 여기서, H는 L 개의 혼성 복합체의 전체 길이이고, n은 N의 F O &lt;열 전력 (thermopower) 전파와의 처음부터 끝까지 촬영 된 프레임의 수이며,/ 서브&gt; 레코딩 프레임 레이트이다. </li><li> 오실로스코프로부터의 출력 전압 데이터를 추출하고, 최대 피크 전압뿐 아니라 출력 전압 펄스로부터의 특정 전력을 계산. 단계 3에서 측정 한 전기 저항을 사용한다. </li><li> 광학 고온계를 사용하여 온도 변화의 압축을 풉니 다. </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>
<li>Zhang, K., Chou, S., Ang, S., Tang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+MEMS-based+solid+propellant+microthruster+with+Au%2FTi+igniter%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+A%3A+Physical%22%5BJournal%5D)">A MEMS-based solid propellant microthruster with Au/Ti igniter.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 122, 113-123 (2005).</li>
<li>Zhang, W. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Significantly+Enhanced+Energy+Output+from+3D+Ordered+Macroporous+Structured+Fe2O3%2FAl+Nanothermite+Film%5BTitle%5D)+AND+%22Acs+Appl+Mater+Inter%22%5BJournal%5D)">Significantly Enhanced Energy Output from 3D Ordered Macroporous Structured Fe2O3/Al Nanothermite Film.</a> Acs Appl Mater Inter. 5, 239-242 (2013).</li>
<li>Choi, W., Abrahamson, J. T., Strano, J. M., Strano, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+nanotube-guided+thermopower+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%22%5BJournal%5D)">Carbon nanotube-guided thermopower waves.</a> Materials Today. 13, 22-33 (2010).</li>
<li>Choi, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemically+driven+carbon-nanotube-guided+thermopower+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">Chemically driven carbon-nanotube-guided thermopower waves.</a> Nat Mater. 9, 423-429 (2010).</li>
<li>Abrahamson, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wavefront+Velocity+Oscillations+of+Carbon-Nanotube-Guided+Thermopower+Waves%3A+Nanoscale+Alternating+Current+Sources%5BTitle%5D)+AND+%22Acs+Nano%22%5BJournal%5D)">Wavefront Velocity Oscillations of Carbon-Nanotube-Guided Thermopower Waves: Nanoscale Alternating Current Sources.</a> Acs Nano. 5, 367-375 (2011).</li>
<li>Walia, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ZnO+based+thermopower+wave+sources%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Commun%22%5BJournal%5D)">ZnO based thermopower wave sources.</a> Chem Commun. 48, 7462-7464 (2012).</li>
<li>Walia, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sb2Te3+and+Bi2Te3+based+thermopower+wave+sources%5BTitle%5D)+AND+%22Energ+Environ+Sci%22%5BJournal%5D)">Sb2Te3 and Bi2Te3 based thermopower wave sources.</a> Energ Environ Sci. 4, 3558-3564 (2011).</li>
<li>Hong, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+Electrical+Potential+of+Thermoelectric+Power+Waves+by+Sb2Te3-Coated+Multiwalled+Carbon+Nanotube+Arrays%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+C%22%5BJournal%5D)">Enhanced Electrical Potential of Thermoelectric Power Waves by Sb2Te3-Coated Multiwalled Carbon Nanotube Arrays.</a> J Phys Chem C. 117, 913-917 (2013).</li>
<li>Walia, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MnO2-Based+Thermopower+Wave+Sources+with+Exceptionally+Large+Output+Voltages%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+C%22%5BJournal%5D)">MnO2-Based Thermopower Wave Sources with Exceptionally Large Output Voltages.</a> J Phys Chem C. 117, 9137-9142 (2013).</li>
<li>Aria, A. I., Gharib, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dry+oxidation+and+vacuum+annealing+treatments+for+tuning+the+wetting+properties+of+carbon+nanotube+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Dry oxidation and vacuum annealing treatments for tuning the wetting properties of carbon nanotube arrays.</a> J Vis Exp. , (2013).</li>
<li>Zhao, Y., Tang, Y., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+functionalization+of+nitrogen-doped+carbon+nanotube+cups+with+gold+nanoparticles+as+cork+stoppers%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Synthesis and functionalization of nitrogen-doped carbon nanotube cups with gold nanoparticles as cork stoppers.</a> J Vis Exp. , e50383(2013).</li>
<li>Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication%2C+densification%2C+and+replica+molding+of+3D+carbon+nanotube+microstructures%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Fabrication, densification, and replica molding of 3D carbon nanotube microstructures.</a> J Vis Exp. , (2012).</li>
<li>Grimme, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Do+Special+Noncovalent+%CF%80%E2%80%93%CF%80+Stacking+Interactions+Really+Exist%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Do Special Noncovalent π–π Stacking Interactions Really Exist.</a> Angewandte Chemie International Edition. 47, 3430-3434 (2008).</li>
<li>Yeo, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+chemical+fuel+composition+on+energy+generation+from+thermopower+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Effects of chemical fuel composition on energy generation from thermopower waves.</a> Nanotechnology. 25, (2014).</li>
<li>Hong, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+Electrical+Potential+of+Thermoelectric+Power+Waves+by+Sb2Te3-Coated+Multiwalled+Carbon+Nanotube+Arrays%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Enhanced Electrical Potential of Thermoelectric Power Waves by Sb2Te3-Coated Multiwalled Carbon Nanotube Arrays.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 117, 913-917 (2013).</li>
<li>Kim, P., Shi, L., Majumdar, A., McEuen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+transport+measurements+of+individual+multiwalled+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+review+letters%22%5BJournal%5D)">Thermal transport measurements of individual multiwalled nanotubes.</a> Physical review letters. 87, 215502(2001).</li>
<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>

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열 전력 (thermopower) 웨이브 실험 프로토콜은 이상적인 열 전파뿐만 아니라 전기 에너지를 생성 할 수 중요한 단계를 포함한다. 먼저, 점화의 특정 위치와 해당 반응 전송은 열 전력 (thermopower) 파도로부터 에너지 변환을 제어하는​​데 상당한 요인이다. 혼성 복합체의 일단 점화 한 방향으로 코어 재료 및 화학 연료의 계면을 따라 연소를 유도 시작했다. 그러나, 임의의 다른 위치에서 점화 심재 내부 반대 방향으로의 전하 캐리어들의 소거뿐만 아니라 무질서 열전달 결과 양단에 옮겼다 양방향 열 전력 (thermopower) 파를 생성. 도 7a에 도시 된 바와 같이, 일단 점화 단일 극성의 전기 에너지를 생성; 단, 중심 위치에서 점화 출력 볼트 두 방향 연소 전파 및 무질서 극성 초래나이 (그림 7B). 또한, 열 전력 (thermopower) 파도 단일 극성 다섯 번 이상이었다 피크 출력 전압 이어진 전하의 소거없이 연속 열 파도에 의해 가속 된 전...

화학 연료는 매우 높은 에너지 밀도를 가지고 널리 macrosystems하는 Microsystems의 광범위한 애플리케이션에 유용한 에너지 원으로 사용되고있다. 한 특히, 많은 연구자들은 차세대 마이크로 / 나노 시스템을위한 에너지 원으로서 화학 연료를 사용하기 위해 노력했다 기반 기술. 2 단, 마이크로 / 나노 극히 작은 공간에서 에너지 변환 컴포넌트를 통합하는데 어려움으로 인하여, 전기 에너지로 연료의 화학 변환에 근본적인 한계가있다. 따라서, 화학 연료의 연소는 주로 nanothermites 또는 마이크로 액츄에이터 등의 미세 / 나노 화학적 또는 기계적 에너지의 생산을 위해 사용되어왔다. 1,3 열 전력 (thermopower) 파 - 새로 개발 에너지 변환 개념 -은 전기 에너지로 직접 연료의 화학 에너지로 변환하는 방법으로서 많은 주목을 받고어떤 변환 요소를 사용하지 않고 RGY. 4,5- 열 전력 (thermopower) 파도 화학 연료의 혼성 복합체 및 마이크로 / 나노 구조 재료를 사용하여 생성 될 수있다. 혼성 복합체의 특정 위치에서의 화학 연료가 점화되면 (5)는 화학 물질 연소 따라 발생 화학 연료 및 마이크로 / 나노 구조의 재료 간의 인터페이스. 동시에, 높은 출력 전압을 펄스 형태의 전하 전송에 의해 유도 된 전기 에너지 수반 세대 코어 마이크로 / 나노 구조 재료 결과 걸쳐 열적 및 화학적 포텐셜 동적 변화한다. 이는 예컨대 다층 카본 나노 튜브 (다중 벽 탄소 나노 튜브) 4-6의 ZnO 7 동성이 테 3, 8의 Sb 2 테 (3), (9) 및 MnO2가 다양 마이크로 / 나노 구조 물질은, 10 마이크로 / 나노 구조 물질은, 혼성 복합체를 허용하는 것이 입증되었다 열 전력 (thermopower) 파를 이용하고 화학 열 ELECTRI를 표시합니다CAL 에너지 변환. 구체적으로는, 높은 제 베크 계수를 갖는 코어 재료로만 전파 연소 높은 출력 전압을 생성 할 수 있도록. 그러나, 이러한 화학 연료, 연료 / 코어 재료, 제조 공정의 질량비, 착화 조건의 혼합물로서 동일한 복합체에 관한 다른 매개 변수에 치명적인 열 전력 (thermopower) 파의 전반 특성에 영향을 미친다. 여기서, 우리는 제조 공정, 정렬 된 화학 연료의 형성 및 연료 / 코어 물질의 질량 비율은 열 전력 (thermopower) 파도의 성능에 미치는 영향을 보여준다. 열 화학적 기상 증착 (TCVD)에 의해 제조 MWCNT 배열에 기초하여, 우리는 화학 연료와의 다중 벽 탄소 나노 튜브 혼성 복합체가 열 전력 (thermopower) 웨이브 에너지 생성을위한 제조 방법을 도시한다. 에너지 전환의 평가를 가능하게하는 실험 장치의 설계는 이러한 연소 propagati 같은 프로세스에 대한 실험 측정 대응과 함께 도입에 직접 전기 에너지 생성. 또한, 우리는 극성 동적 출력 전압과 특정 피크 파워 결정적 전기 에너지 변환을 결정하여 분포 한 것을 보여준다. 이 연구는 에너지 생성을 향상시키기 위해 특정 전략을 제공하며, 열 전력 (thermopower) 파의 기본 물리학을 이해하는데 도움이 될 것입니다. 또한, 여기에 설명 된 제조 과정 및 실험은 열 전력 (thermopower) 파도 연구 기회를 확장하는 데 도움이뿐만 아니라, 화학 열 - 전기 에너지 변환을 사용한다.

<table><tbody><tr><td>4" N형 실리콘 웨이퍼</td><td>Unisill</td><td>4" Si-wafer</td><td></td></tr><tr><td>Al2O3</td><td></td> <td>A-1008</td><td>99.9999% 순도</td></tr><tr><td>Fe</td><td>Sigma Aldrich</td><td>267945</td><td>99.9999% 순도</td></tr><tr><td>Ar</td> 서울 <td>특수 가스</td><td>Ar(N60)</td><td>99.9999% 순도</td></tr><tr><td>C2H4</td><td>Seoul 특수 가스</td><td>C2H4</td><td>99.5% 순도</td></tr><tr><td>H2</td><td>Seoul 특수 가스</td><td>H2(N60)</td><td>99.9999% 순도</td></tr><tr><td>은 페이스트</td><td>Fujikura Kasei</td><td>D-550</td><td></td></tr><tr><td>피크르산</td><td>Sigma Aldrich</td><td>197378</td><td>> 98% 순도 고독성</td></tr><tr><td>아지드화</td><td>나트륨 시그마 알드리치</td><td>S2002</td><td>> 99.5% 순도</td></tr><tr><td>아세토니트릴</td><td>시그마 Aldrich</td><td>271004</td><td>99.8%</td></tr><tr><td>순도 전원 공급 장치</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>오실로스코프</td><td>Tektronix</td><td>DPO2004B</td><td></td></tr><tr><td>고속 현미경 시스템</td><td>Phantom</td><td>V7.3</td><td></td></tr></tbody></table>

열 전력 (thermopower) 파도의 연구에서 화학 연료 및 다중 벽 탄소 나노 튜브의 하이브리드 복합 재료의 제조 및 평가

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

연료 및 마이크로 / 나노 구조 물질의 혼성 복합체의 특정 위치에서의 화학 연료가 점화되면, 연소 화학 연료와 코어 재료 사이의 계면을 따라 발생한다. 동시에, 마이크로 / 나노 구조 물질에 걸쳐 열적 및 화학적 포텐셜 동적 변화는 고출력 전압 펄스 형태의 전하 전송에 의해 유발 수반 전기 에너지 발생을 초래한다. 우리는 합성에서 평가, 열 전력 (thermopower) 파 실험의 전체 과정을 보여줍니다. 열화학 기상 증착법 및 습식 함침 처리는 각각의 다층 카본 나노 튜브 어레이의 합성 및 피크르산 / 아 지드 화 나트륨 / 다중 벽 탄소 나노 튜브 혼성 복합체에 이용된다. 제조 된 하이브리드 복합 연결 전극 열 전력 (thermopower) 파 발생 장치를 제작하는 데 사용됩니다. 하이브리드 복합의 연소 레이저 가열 또는 주울 가열하고, 일에 의해 시작됩니다E 대응 연소 전파를 직접 전기 에너지 발생 및 실시간 온도 변화는 각각 고속 현미경 시스템, 오실로스코프 및 광 고온계를 이용하여 측정된다. 또한, 결정적인 전략 혼성 복합체의 전반적인 열 전력 (thermopower) 웨이브 에너지 전달을 향상 그들의 연소 개시의 합성에 채택 될 것이 제안된다.

도 4a에 도시 된 바와 같이 열 전력 (thermopower) 파에 대한 코어 나노 구조 물질로서 MWCNT 정렬 된 어레이는, TCVD, 11-13에 의해 합성 하였다. 성장 된 다중 벽 탄소 나노 튜브의 직경은 20 내지 30 나노 미터 (도 4b)이다. 피크르산 / 아 지드 화 나트륨 / 다중 벽 탄소 나노 튜브의 정렬 된 혼성 복합체는도 5a에 도시된다. 프로토콜 절에서 설명한 바와 같이,이 합성은, 습윤 함침 공정에 의해 (14)을 합성 하였다. 화학 연료 및 다중 벽 탄소 나노 튜브 사이의 인터페이스를 형성하기 위해서는, 피크르산은 MWCNT 내부 침투 어레이를 허용하도록, 아세토 니트릴 (저 - 표면 - 에너지 용매)에 용해시켰다. 또한,하면서 아 지드 화 나트륨은 쉽게 점화 얇은 코팅을 형성 DI 물에 용해시켰다. 화학 연료는 두 개의 화학 물질로 구성되었다 : 주요 화학 연료의 연...

열파동 실험을 수행하기 위한 프로토콜이 제시됩니다. 화학 연료와 마이크로/나노 구조 물질의 하이브리드 복합재의 합성, 열파 발생기의 제조 및 해당 물리적 현상을 측정하는 방법에 대해 설명합니다.

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 ...

본 절차의 전반적인 목적은 열전력 파동으로부터의 화학적 연소를 통해 전기 에너지를 생성하는 것을 입증하는 것입니다. 이는 먼저 열 화학 기상 증착법을 통해 다중벽 탄소 나노튜브와 같은 코어 나노물질을 준비함으로써 수행됩니다. 두 번째 단계는 습식 함침법을 이용해 코어 나노물질과 화학 연료의 하이브리드 복합체를 합성하는 것입니다.다음으로 하이브리드 복합체와 부착 전극으로 구성된 열전력 파동 발생기를 제작합니다. 구리 전극은 은 페이스트를 사용하여 하이브리드 복합체에 연결합니다. 마지막 단계는 오실로스코프, 광학 파라미터 및 고속 현미경 시스템을 이용하여 열전력 파동으로부터 출력 전압, 해당 온도 및 반응 전파 속도를 측정하는 것입니다.결과적으로, 열전력파 실험 프로토콜은 최적화된 열파 전파와 전기 에너지 생성을 가능하게 하는 열전력파의 핵심 단계들을 보여줍니다. 전기 에너지를 생성하는 기존의 일반적인 연소 방식과 같은 방법들에 비해 이 기술의 주요 장점은 압축기나 터빈과 같은 기계적 부품이 필요하지 않다는 점입니다. 이 방법은 에너지 밀도가 높은 화학 연료를 사용하여 높은 비전력을 직접 생성하므로, 스마트 더스트 응용 분야나 마이크로 및 나노 로보틱스 및 액추에이터와 같은 마이크로 및 나노 스케일 분야의 새로운 전원 유형에 관한 핵심적인 질문들에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.또한, 열전력 파동은 기계적인 구동 부품 없이 생성되므로 발전기를 마이크로 및 나노 규모로 소형화하고 통합할 수 있습니다. 우선, 120 mm x 30 mm 크기의 석영 보트에 이산화규소 실리콘 웨이퍼 상에 미리 준비된 철 및 산화알루미늄 층을 배치하고, 이 석영 보트를 열 화학 기상 증착 장치의 2인치 석영 튜브 내부에 넣었습니다. 다중벽 탄소 나노튜브 어레이가 제작된 후, 웨이퍼에서 조심스럽게 분리하여 자립형 다중벽 탄소 나노튜브 포레스트를 얻었습니다.화학 연료를 준비하려면 piri acid에서 증발시킨 piri acid 분말 6g을 100mL의 Acetonitrile에 녹입니다. 이어서, azide sodium 6g을 탈이온수 100mL에 녹입니다. 하이브리드 복합체를 합성하기 위해, 마이크로 밸런스로 개별 multi wat 탄소 나노튜브 포레스트의 질량을 측정합니다.그 다음, 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy)으로 다중벽 탄소 나노튜브(multi walled carbon nano tube) 포레스트의 정렬된 구조를 확인합니다. 정렬된 구조가 다중벽 탄소 나노튜브 포레스트 전체에 걸쳐 유지되고 있는지 확인하십시오. 이어서, 연료가 포레스트의 기공으로 침투할 수 있도록 다중벽 탄소 나노튜브 포레스트 상단에 piri acid 용액 25 µL를 첨가합니다.필름 어레이를 수축시키고 아세토나이트릴이 모두 증발할 때까지 피릭산이 기공에 완전히 침투할 수 있도록 샘플을 30분 동안 방치합니다. 이때, 피릭산이 코팅된 다중벽 탄소 나노튜브 포레스트를 이전에 준비한 25 µL의 아지드화 나트륨 용액에 담가 습식 함침법으로 2,4,6-트리니트로나트륨 옥사이드 및 수소 아지드를 형성합니다. 샘플에서 용매가 30분 동안 증발하도록 둔 후, 마이크로 밸런스를 사용하여 연료와 다중벽 탄소 나노튜브의 개별 하이브리드 복합체 질량을 측정합니다.그 다음, 최종 질량을 비교하여 다음 식을 이용해 연료층과 다중벽 탄소 나노튜브의 질량비를 계산합니다. 오실로스코프와 연결할 전극으로 사용하기 위해 유리 슬라이드의 양 끝에 구리 테이프를 부착하며, 오실로스코프는 열전력 파형으로부터 출력되는 직류 전압을 측정합니다. 이후, 은 페이스트를 사용하여 구리 테이프를 하이브리드 복합재의 양 끝단에 연결합니다.은 페이스트가 경화되어 연결 부위가 고정되면, 멀티미터를 사용하여 폴리카보네이트 챔버 내부의 하이브리드 복합재에 대한 전기 저항을 측정하십시오. 안전을 위해 클램프를 사용하여 열전력 파동 발생기를 광학 테이블에 고정하십시오. 다음으로, 악어 클립을 사용하여 구리 전극을 오실로스코프에 연결하여 출력 전압을 측정하십시오.발생기로부터의 연소 전파를 기록하기 위해 고속 현미경 시스템을 설정합니다. 열전력 파동 발생기 전면에 고해상도 이미지로 선명하게 기록될 수 있도록 LED 램프를 켭니다. 그런 다음 기록 속도를 초당 5,000 프레임 이상으로 설정합니다.고전류 전원 공급 장치와 니크롬선을 준비한 후, 전선을 고전류 전원 공급 장치에 연결하여 가열합니다. 가열된 니켈선과 하이브리드 복합재 위의 화학 연료를 가볍게 접촉시켜 열전력 파동 발생기에서 연소가 시작되도록 합니다. 발생기에 의해 열전력 파동이 시작되면, 고속 카메라의 기록 프레임 속도를 초당 5,000프레임으로 설정합니다.열전력파 전파가 시작되는 시점에 기록을 트리거합니다. 그다음 고속 현미경 시스템을 통해 고속 사진 이미지로 스냅샷을 기록하고, 열전력파 전파의 시작부터 종료까지 기록된 프레임 수를 추출합니다. 이 단계에서 오실로스코프를 사용하여 열전력파 전파의 시작부터 종료까지의 전압 신호를 기록하고, 출력 전압 펄스를 추출합니다.마지막으로, 고속 현미경 시스템의 개별 프레임에서 반응 전면(reaction front)의 위치를 추출하고 다음 식을 사용하여 반응 전파 속도를 계산합니다. 열전력 파동을 위한 핵심 나노 구조 재료로서 정렬된 다중벽 탄소 나노튜브 어레이가 여기에 나타나 있습니다. 성장된 다중벽 탄소 나노튜브의 직경은 20 to 30 nanometers입니다.피리산, 아지드화 나트륨, 다중벽 탄소 나노튜브의 정렬된 하이브리드 복합체가 여기에 표시되어 있습니다. 피리산과 아지드화 나트륨의 혼합물은 연소를 증폭시키는 1차원 구조를 형성했습니다. 열전력 파동 발생기를 제작한 후, 고속 현미경 시스템을 통해 연소 전파를 기록했습니다.이중 가열로 연소를 유도하였으며, 이는 다중벽 탄소 나노튜브의 정렬 방향을 따라 자가 전파 화학 반응으로 빠르게 전환되었고, 동시에 동기화된 오실로스코프를 사용하여 전기 에너지 변환을 얻었습니다. 점화에 사용된 니켈 크롬 와이어는 하이브리드 복합재의 연료 화합물에만 접촉되었으며, 외부 전기 신호로 인한 간섭은 없었습니다. 이 절차를 수행할 때, 화학 연료와 탄소 나노튜브 사이의 하이브리드 구조를 정렬하여 제작하는 것이 중요하다는 점을 유의하십시오.최적화된 단계에서, 연소파의 단일 국가적 전파가 발생한 후 높은 몸체를 갖는 다중 탄소 튜브의 경우 연료 방법은 10배 더 낮아야 합니다. 이 기술은 생성 또는 수확 분야의 연구자들이 화학적 연소를 통해 마이크로 나노 스케일의 높은 비출력을 탐구할 수 있는 길을 열어주었습니다. 이 영상을 시청하고 나면, 연소기 연료의 화학 에너지가 열 전력 파동에서 어떻게 열 및 전기 에너지로 변환될 수 있는지, 그리고 열 전파와 애플 전압을 제어하기 위해 어떻게 설계 및 최적화할 수 있는지에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.화학 연료와 같은 가연성 물질을 다루는 것은 매우 위험할 수 있으므로, 실험 절차를 수행하는 동안에는 쉐딩 챔버를 사용하거나 화학 연료의 양을 조절하는 등의 예방 조치를 항상 취해야 함을 잊지 마십시오.

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양극 아크 방전은 다양한 탄소 nanostructures를 합성하기위한 가장 실용적이고 효율적인 방법 중 하나입니다. 아크 controllability과 유연성을 향상시키기 위해 비 균일한 자기장은 대규모 graphene 프레 이크와 고순도 단일 벽의 탄소 나노튜브의 한 단계로 합성을 처리하기 위해 도입되었습니다.

동시 단일 벽의 탄소 나노튜브의 합성과 자기 (磁 气) 향상된 아크 플라즈마에 Graphene

이 프로토콜은 (HEBM) 기술을 밀링 단기 고 에너지 공을 사용 gasless 나노 구조 에너지 재료 (니켈 + 알, 따 + C, 티 + C)의 제조에 대해 설명합니다. 또한 제조 된 나노 복합 재료의 기계적 반응을 연구하는 고속 열 전사 방법을 설명한다. 이러한 프로토콜은 다른 반응성 나노 에너지 재료로 확장 될 수있다.

준비 및 Gasless 나노 구조의 반응성 정력 재료

우리는 코어에 자체 조립 나노 구조를 포함하는 지질 입자의 운동 안정화를 위한 탄소 나노튜브의 스마트 응용에 대해 보고합니다. 지질 입자의 준비에는 약물 전달과 같은 생물 의학 응용 분야에 사용할 수 있는 다소 낮은 농도의 탄소 나노튜브가 필요합니다.

탄소 나노 튜브에 의해 안정화 내부 자기 조립 된 지질 입자의 용이 한 제조

구조 조정 가능한 고분자 캡슐화 층을 갖는 탄소 나노튜브의 기능화 및 소각 중성자 산란을 사용한 구조적 특성화 방법이 제시됩니다.

작은 각도 중성자 산란에 의한 열 가역적 블록 공중 합체 및 특성 단일 벽 탄소 나노 튜브의 기능화

여기, 수성 환경에서 탄소 나노 물질의 기능화 및 안정한 분산을위한 새로운 방법이 설명된다. 오존은 고출력 초음파 셀을 통해 연속적으로 재순환되는 카본 나노 물질의 수성 분산액에 직접 주입됩니다.

친환경 Ultrasonicated 오존 분해 공정을 이용한 탄소 나노 물질의 기능화 및 분산

프로시저를 연속 화학 수정을 사용 하 여 폴리스 티 렌 투입 multiwalled 탄소 나노튜브의 합성 단계를 선택적으로 sidewalls에 폴리머 체인 소개와 그들의 자기 조립을 통해 이방성 patchiness입니다 제시.

자기 집합에 있도록 폴리스 티 렌과 이방성 Patchiness Multiwalled 탄소 나노튜브를 접목

여기 우리는 실제 열 증발에 의해 C60/graphene 하이브리드 nanostructures의 제조에 대 한 프로토콜을 제시. 특히, 증 착 및 어 닐 링 조건의 적절 한 조작 1 D와 유사 1D C의 창조 제어할60 구조에 허용 파문이 그래.

준비 및 C60/Graphene 하이브리드 Nanostructures의 특성화

HNbWO6,HNbMoO 6,HTaWO6 고체 산 나노 시트 변형 Pt /CNTs의 합성을위한 프로토콜이 제시된다.

디페닐 에테르의 수산화를 위한 Pt/CNTs 촉매의 산도 튜닝

여기서, 당사는 표면 변형BaTiO3 필러를 사용하여 폴리머 기반 나노복합체의 필러와 매트릭스 사이의 호환성을 개선하기 위한 간단하고 저렴한 솔루션 주조 공정을 시연하여 복합재료의 에너지 밀도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.

폴리머 기반 나노 복합체의 유전체 특성을 개선하기 위한 커플링 에이전트 적용

하이브리드 로켓 엔진의 연소 성능을 향상시키기 위해 새로운 중첩 헬리칼 구조로 고체 연료 곡물을 활용하는 기술이 제시됩니다.

중첩 헬리칼 구조의 새로운 연료 입자를 사용하여 하이브리드 로켓 엔진의 연소 성능 향상

여기에서는 수소 생산을 위해 Co- 및 N- 도펀트와 함께 탄소 나노 튜브에 담지된 Co 나노 입자를 합성하는 프로토콜을 제시합니다.

도핑 된 Co 및 N 원자를 갖는 탄소 나노 튜브에지지 된 금속 나노 입자의 합성 및 수소 생산에서의 촉매 응용

배우세요 열 전력 파도를 이용한 화학 연소 기반 전기 에너지 생성 방법을 다중 벽 탄소 나노 튜브와 화학 연료의 하이브리드 복합 재료를 사용하여 습식 함침법으로 합성하는 과정을 통해 연구하세요.

열 전력 (thermopower) 파도의 연구에서 화학 연료 및 다중 벽 탄소 나노 튜브의 하이브리드 복합 재료의 제조 및 평가

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