Paliwa chemiczne mają bardzo wysoką gęstość energii i są szeroko stosowane jako użyteczne źródła energii w szerokim zakresie zastosowań, od mikrosystemów do makrosystemów. 1 W szczególności wielu badaczy starało się wykorzystać paliwa chemiczne jako źródło energii dla technologii opartych na mikro/nanosystemach nowej generacji. 2 Jednak ze względu na trudności w integracji komponentów konwersji energii w bardzo małych przestrzeniach w mikro/nanourządzeniach, istnieją zasadnicze ograniczenia w przekształcaniu paliw chemicznych w energię elektryczną. W związku z tym spalanie paliw chemicznych jest wykorzystywane głównie do wytwarzania energii chemicznej lub mechanicznej w mikro/nanourządzeniach, takich jak nothermity lub mikrosiłowniki. 1,3
Fale termomocy - nowo opracowana koncepcja konwersji energii - przyciągnęły znaczną uwagę jako metoda bezpośredniego przekształcania energii chemicznej paliwa w energię elektryczną bez użycia jakichkolwiek komponentów konwertujących. 4,5 Fale termoenergetyczne mogą być generowane przy użyciu hybrydowego kompozytu paliwa chemicznego i materiału mikro/nanostrukturalnego. 5 Gdy paliwo chemiczne w określonym położeniu w kompozycie hybrydowym ulega zapłonowi, spalanie chemiczne następuje wzdłuż granicy faz między paliwem chemicznym a materiałem mikro/nanostrukturalnym. Jednocześnie dynamiczne zmiany potencjałów termicznych i chemicznych w mikro/nanostrukturalnym materiale rdzenia powodują jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej indukowanej przenoszeniem ładunku w postaci impulsu napięcia wyjściowego. Udowodniono, że różnorodne materiały mikro/nanostrukturalne, takie jak wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT)4-6 i ZnO,7, Bi2, Te3,8, Sb2, Te3,9 i MnO2, 10 mikro/nanostrukturalne materiały, pozwalają kompozytom hybrydowym wykorzystywać fale termoelektryczne i wykazywać konwersję energii chemiczno-cieplno-elektrycznej. W szczególności materiały rdzeniowe o wysokim współczynniku Seebecka umożliwiają wytwarzanie wysokich napięć wyjściowych wyłącznie z rozchodzącego się spalania. Jednak inne parametry odnoszące się do identycznych kompozytów, takie jak mieszanina paliw chemicznych, stosunek masy paliwa do materiałów rdzenia, proces produkcyjny i warunki zapłonu, mają krytyczny wpływ na ogólne właściwości fal termoenergetycznych.
Tutaj pokazujemy, jak procesy produkcyjne, tworzenie dopasowanego paliwa chemicznego i stosunek masy paliwa do materiałów rdzeniowych wpływają na wydajność fal termoenergetycznych. Na podstawie matrycy MWCNT wytwarzanej metodą termicznego chemicznego osadzania z fazy gazowej (TCVD) pokazujemy, w jaki sposób przygotowuje się hybrydowy kompozyt paliwa chemicznego i MWCNT do wytwarzania energii fal termoelektrycznych. Przedstawiono projekt układu doświadczalnego, który umożliwia ocenę konwersji energii wraz z odpowiednimi pomiarami eksperymentalnymi dla procesów takich jak propagacja spalania i bezpośrednie wytwarzanie energii elektrycznej. Co więcej, wykazaliśmy, że rozkład polaryzacji - opisany przez dynamiczne napięcie wyjściowe i właściwą moc szczytową - ma kluczowe znaczenie dla konwersji energii elektrycznej. Badania te dostarczą konkretnych strategii mających na celu zwiększenie wytwarzania energii i pomogą w zrozumieniu fizyki leżącej u podstaw fal termoenergetycznych. Ponadto opisany tu proces produkcyjny i eksperymenty pomogą w rozszerzeniu możliwości badawczych nad falami termoenergetycznymi, a także nad konwersją energii chemiczno-cieplno-elektrycznej.