Name: Preparação e Avaliação de compósitos híbridos de Chemical Combustíveis e de paredes múltiplas Nanotubos de Carbono no estudo das ondas termoelétricas (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-10T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 35 s
Description: Aprenda a preparar compósitos híbridos de combustíveis químicos e nanotubos de carbono de paredes múltiplas para gerar energia elétrica via ondas termoelétricas. Este método permite estudar a propagação térmica e otimizar a conversão de energia.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Este trabalho foi financiado pelo Programa de Pesquisa em Ciência Básica através da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia (NRF), financiado pelo Ministério da Educação, Ciência e Tecnologia (NRF-2013R1A1A1010575), e por programa Nano R &amp; D através da Ciência Coréia e Fundação Engenharia financiado pelo Ministério da Educação, Ciência e Tecnologia (NRF-2012M3A7B4049863).

1. Síntese de alinhados verticalmente de paredes múltiplas nanotubos de carbono (VAMWCNTs) <ol><li> Preparação de bolacha e deposição de camadas de catalisador <ol><li> Preparar um tipo-n (100) bolacha de Si. </li><li> Depositar a 250 nm de espessura de camada de SiO 2 na bolacha de Si por oxidação térmica ou métodos alternativos, tais como a pulverização catódica. Injectar 200 sccm de O2 durante 3 h 20 min a 1000 ° C num forno horizontal. </li><li> Usar grandes quantidades de Al 2 O 3 (99,9%) como um multi-borrifamento (potência RF: 1.000 W) e depositar uma fonte de 10 nm de espessura de Al 2 O 3 (99,9%) camada sobre a camada de SiO2. Utilize uma velocidade de deposição lenta de 10 nm / min com uma pressão de deposição de 2 x 10 -2 mbar. </li><li> Usar grandes quantidades de Fe (99,9%) como uma fonte através do emprego de um evaporador de feixe de electrões, e depositar uma camada de Fe 1 nm de espessura na camada de Al 2 O 3. Use uma taxa de deposição lenta de ~ 0,1 nm / seg com uma pressão de deposição de 5 × 10 -6 Torr. </li&gt; <li> Cortar o Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si bolacha para um tamanho de 28 milímetros x 15 mm utilizando um riscador diamante. Nota: Dependendo do tamanho desejável da matriz VAMWCNT, o tamanho da Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si bolacha pode ser variada. </li></ol></li><li> Síntese de matriz MWCNT por TCVD e preparação de florestas MWCNT free-standing. <ol><li> Inserir o Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si bolacha centralmente num barco de quartzo que tem dimensões, de 120 mm x 30 mm. </li><li> Inserir o barco de quartzo no interior do tubo de quartzo de 2 polegadas da instalação TCVD (Figura 1A). </li><li> Injectar 900 sccm de Ar gasoso durante 10 minutos sob as condições ambientes para remover o ar e encher o tubo de quartzo de 2 polegadas com Ar. </li><li> Injectar 600 sccm de Ar gasoso e 400 sccm de H 2 gasoso, enquanto o aumento da temperatura no forno de 25 ° C a 750 ° C em 30 min. </li><li> Injectar 100 sccm de gás Ar e 400 sccm de H 2 gas a 750 ° C durante 10 minutos para a formulação de nanopartículas de Fe são as raízes de MWCNTs. </li><li> Injectar 100 sccm de Ar gasoso, 368 sccm de H 2 gasoso, e 147 sccm de etileno (C 2 H 4) de gás a 750 ° C durante 280 min. Simultaneamente, aplica aquecimento por efeito Joule na entrada do tubo de quartzo por filamento de tungsténio (tensão: 0,8 V, corrente: 15 A) para promover a decomposição de C 2 H 4 gás para agir como uma fonte de carbono. Estas fontes de carbono estão ligados a nanopartículas Fe sobre bolachas de Si e transformado em nanotubos de carbono. </li><li> Pare a injeção de gás H2 e C 2 H 4 gás e desligue o forno. Durante este procedimento, injectar continuamente 100 sccm de Ar gasoso até que a temperatura da bolacha seja inferior a 60 ° C. </li><li> Retire MWCNTs na bolacha. Suavemente separar a matriz MWCNT da bolacha para a obtenção de pés florestas MWCNT (comprimento: 3-6 mm) (Figura 1B). </li></ol></li></ol><ol><li> Preparação dos combustíveis químicos <ol><li> Preparar um ácido pícrico (2,4,6-trinitro fenol) e solução de azida de sódio (NaN3). <ol><li> Evapora-se a solução de ácido pícrico para se obter o pó de ácido pícrico (1 atm, 25 ° C, durante 24 horas). Medir 6 g do pó de ácido pícrico e dissolve-se em 100 ml de acetonitrilo (262 mM). </li><li> Medida 6 g do pó de azida de sódio e dissolve-se em 100 ml de água desionizada (Dl) (923 mM). </li></ol></li></ol></li><li> Síntese e caracterização de compósitos híbridos via impregnação úmida <ol><li> Medir a massa de uma floresta MWCNT indivíduo com uma microbalança e confirmar as estruturas alinhadas da floresta MWCNT por SEM (Figura 4A). Utilize uma voltagem de 15 kV e uma ampliação de 1,200X. Verifique se a estrutura alinhada é mantida ao longo de toda a floresta MWCNT. </li><li> Adicionar 25 mL de 262 mM solução de ácido pícrico em top da floresta MWCNT para permitir que o combustível para penetrar os poros da floresta. Deixar a amostra, como é por 30 min para reduzir a matriz filme, e permitir que o ácido pícrico de penetrar totalmente os poros até que todo o acetonitrilo ter evaporado da floresta (Figura 1C). Nota: Dependendo da relação entre o alvo combustível químico e matriz MWCNT, modificar a concentração ea quantidade da solução de ácido pícrico. </li><li> Imergir florestas MWCNT revestidos por ácido pícrico em 25 ul de solução de azida de sódio 923 mM para formar o fenóxido de sódio de 2,4,6-trinitro e azida de hidrogénio (camada de combustível) por impregnação húmida. Deixar a amostra durante 30 minutos até que todos os solventes evaporam. Nota: Dependendo da relação entre o alvo combustível químico e matriz MWCNT, você pode modificar a concentração ea quantidade da solução de azida de sódio. </li><li> Medir a massa de um composto híbrido individual de combustível e MWCNTs com uma microbalança, e comparar a massa final para calcular a relação massa dea camada de combustível e MWCNTs. <img alt="Equação 1" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq1.jpg" /> em que M e M h m é a massa do composto híbrido individual e película MWCNT indivíduo, respectivamente. </li><li> Confirme as estruturas alinhadas do compósito híbrido de combustível e MWCNTs por SEM (Figura 5A). De acordo com as instruções do fabricante, reduzir a pressão para as condições de funcionamento, e aumentar a ampliação até a agregação combustível químico é claramente observado na floresta MWCNT alinhados. Verifique a forma de agregação de combustível em MWCNTs. </li></ol></li></ol> 3. Produção de Termelétrica Onda Generator (Figura 2) <ol><li> Anexar fitas de cobre para ambas as extremidades de uma lâmina de vidro para agir como eléctrodos para ligação com um osciloscópio, que mede a tensão de saída directa da onda thermopower. </li><li> Conecte-se as fitas de cobre para ambas as extremidades do compósito híbrido via uma prata paste gotícula. Deixar a amostra até a pasta de prata torna-se difícil e que a conexão é fixa. </li><li> Use um multímetro para medir a resistência elétrica do compósito híbrido. </li></ol> 4. Medição da Waves termelétricas (Figura 3) <ol><li> Dentro de uma câmara de policarbonato, consertar o gerador de ondas thermopower na mesa óptica com braçadeiras para a segurança. </li><li> Use agrafos para ligar os eléctrodos de cobre para o osciloscópio para a medição da tensão de saída. </li><li> Estabelecer um sistema de microscopia de alta velocidade [componentes: uma câmera de alta velocidade (&gt; 5000 frames / seg), lente macro (105 milímetros lente / f2.8), e uma lâmpada de LED] para gravar a propagação da combustão do gerador. Coloque e acender a luz LED para gravação clara com imagens de alta resolução na frente do gerador de ondas thermopower. Defina a velocidade de gravação de mais de 5.000 frames / seg. </li><li> Coloque um pirômetro óptico em uma posição específica para registrar as mudanças em tempo real na temperaturado compósito híbrido. </li><li> Aplicar ou irradiação com laser ou aquecimento Joule para inflamar o combustível químico no compósito híbrido. <ol><li> Foco laser (&lt;1.000 mW) em uma posição específica sobre o compósito híbrido. Manter o foco por alguns segundos até que a combustão é iniciada no gerador de ondas thermopower. </li><li> Preparar uma fonte de alimentação de alta corrente e um fio de níquel-cromo. Conecte o fio de uma fonte de alimentação de alta corrente (condições de funcionamento: 5 V e 3 A), e aquecer um fio de níquel. Faça contato suave entre o fio de níquel aquecida e combustível químico na composta híbrida até à combustão é iniciada no gerador de ondas thermopower. </li></ol></li><li> Ligue a configuração de medição, que consiste de um sistema de alta velocidade microscopia, um osciloscópio e um pirómetro óptico, quando uma onda thermopower é lançado pelo gerador. <ol><li> Setup a taxa de quadros de gravação (5000 frames / seg) na câmara de alta velocidade. Gravação gatilho no início do thermopopropagação de ondas wer. Snapshots de discos em imagens fotográficas de alta velocidade com o sistema de microscopia de alta velocidade, e extrair o número de imagens gravadas do início ao fim da propagação da onda thermopower (NUMBER total de quadros). </li><li> Grave o sinal de tensão do início ao fim da propagação da onda thermopower usando o osciloscópio. Extrai-se a pulsação da tensão de saída (V). </li><li> Foque o pirômetro óptico na posição específica em um composto híbrido, que indica as áreas-alvo e medir as mudanças dinâmicas de temperatura (° C). </li></ol></li><li> Calcula-se a velocidade de propagação de reacção por extracção a posição da frente de reacção a quadros individuais no sistema de microscopia de alta-velocidade. <img alt="Equação 2" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq2.jpg" /> onde, l h é o comprimento total do compósito híbrido, n f é o número de quadros gravados do início ao fim da propagação da onda thermopower, e n o &lt;/ Sub&gt; é a taxa de quadros de gravação. </li><li> Extrai-se os dados de tensão de saída a partir do osciloscópio e calcular a tensão de pico máxima, assim como a potência específica do impulso de tensão de saída. Utilizar a resistência eléctrica que foi medida no Passo 3. </li><li> Extrai-se a mudança de temperatura através do pirómetro óptico. </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>

Os autores não têm nada a revelar.

Os protocolos de experimentos onda termelétricas envolvem passos críticos que permitem a propagação da onda térmica ideal, bem como a geração de energia elétrica. Em primeiro lugar, a posição específica de ignição e a transferência correspondente reacção são factores importantes no controlo da conversão de energia a partir de ondas termelétricas. Ignition em uma extremidade do compósito híbrido lançado guiada combustão ao longo das interfaces entre os materiais de núcleo e combustíveis químicos em uma direção. No entant...

Combustíveis químicos têm muito alta densidade de energia e têm sido amplamente utilizados como fontes de energia úteis em uma ampla gama de aplicações de microssistemas para macrossistemas. 1 Em particular, muitos pesquisadores têm se esforçado para usar combustíveis químicos como fonte de energia para a próxima geração de micro / nanosystems tecnologias baseados 2. No entanto, devido à dificuldade de integração de componentes de conversão de energia em extremamente pequenos espaços em micro / nanodispositivos, existem limitações fundamentais para a conversão de combustíveis química em energia elétrica. Por conseguinte, a combustão de combustíveis químicos tem sido principalmente utilizado para a produção de energia química ou mecânica nas micro / nano-dispositivos tais como nanothermites ou microactuadores 1,3. Ondas-a termoelétrica de conversão de energia recém-desenvolvido conceito-atraíram considerável atenção como um método para converter a energia química de um combustível diretamente para ene elétricarg sem utilizar quaisquer componentes de conversão. 4,5 thermopower ondas pode ser gerado usando um composto híbrido de um combustível químico e um material micro / nanoestruturada. 5 Quando o combustível químico a uma determinada posição em um composto híbrido é inflamada, de combustão química ocorre ao longo a interface entre o combustível químico e do material de micro / nanoestruturada. Simultaneamente, as alterações dinâmicas potenciais térmicas e químicas, em toda a micro / nanoestruturada resultado material do núcleo na geração de energia eléctrica concomitante induzida por transferência de carga sob a forma de um impulso de tensão de alta saída. Provou-se que diversos materiais micro / nanoestruturados tais como nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) 4-6 e ZnO, 7 Bi 2 Te 3, 8 Sb 2 Te 3, 9 e MnO2 10 materiais micro / nanoestruturados permitir compósitos híbridos utilizar ondas termoelétricas e mostrar químico-térmico-electriconversão de energia cal. Especificamente, os materiais de núcleo com um coeficiente de Seebeck elevados permitem que a geração de tensões de saída exclusivamente a partir de combustão propagada. No entanto, outros parâmetros relativos aos compostos idênticos, tais como a mistura de combustíveis químicos, proporção de massa de combustível / núcleo-primas, o processo de fabrico, e as condições de ignição afectar criticamente as propriedades globais de ondas termelétricas. Aqui, vamos mostrar como os processos de fabricação, formação de um combustível químico alinhados, e razão de massa de materiais / núcleo de combustível afetar o desempenho onda thermopower. Na base de uma matriz de MWCNT fabricada por deposição química de vapor (TCVD), mostra-se como um composto híbrido de um combustível químico e MWCNTs é preparado para a geração de energia das ondas thermopower. Concepção da configuração experimental que permite a avaliação de conversão de energia é introduzido juntamente com os dados experimentais correspondentes para os processos de combustão tais como propagation e geração de energia elétrica direta. Além disso, nós demonstramos que a polaridade de distribuição descritos por a tensão de saída e dinâmico pico específico poder-crucialmente determina a conversão da energia eléctrica. Este estudo irá fornecer estratégias específicas para aumentar a geração de energia, e vai ajudar na compreensão da física subjacentes de ondas termoelétricas. Além disso, o processo de fabricação e experiências descritas aqui vai ajudar no alargamento das oportunidades de pesquisa em ondas termoelétricas, bem como na conversão de energia química-termo-elétrica.

<table><tbody><tr><td>4" n-tipo bolacha de silicone</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% Pureza</td></tr><tr><td>Fe</td><td>Sigma Aldrich</td><td>267945</td><td>99,9999% Pureza</td></tr><tr><td>Ar</td><td>Gás especial de Seul</td><td>Ar(N60)</td><td>99,9999% Pureza</td></tr><tr><td>C2H4</td><td>Gás especial de Seul</td><td>C2H4</td><td>99,5% Pureza</td></tr><tr><td>H2</td><td>Seul gás especial</td><td>H2(N60)</td><td>99,9999% Pureza</td></tr><tr><td>Pasta de prata</td><td>Fujikura Kasei</td><td>D-550</td><td></td></tr><tr><td>Ácido pícrico</td><td>Sigma Aldrich</td><td>197378</td><td>> 98% Pureza Altamente tóxico</td></tr><tr><td>Azida de sódio</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S2002</td><td>> 99,5% de pureza</td></tr><tr><td>Acetonitrila</td><td>Sigma Aldrich</td><td>271004</td><td>99,8% de pureza</td></tr><tr><td>Fonte de alimentação</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>Osciloscópio</td><td>Tektronix</td><td>DPO2004B</td><td></td></tr><tr><td>Sistema de microscopia de alta velocidade</td><td>Phantom</td><td>V7.3</td><td></td></tr></tbody></table>

preparação e avaliação de compósitos híbridos de chemical combustíveis e de paredes múltiplas nanotubos de carbono no estudo das ondas termoelétricas

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

Quando um combustível químico a uma determinada posição em um composto híbrido do combustível e um material micro / nanoestruturada é inflamada, de combustão química ocorre ao longo da interface entre os materiais combustíveis e do núcleo. Simultaneamente, as alterações dinâmicas potenciais térmicas e químicas, através dos materiais micro / nanoestruturados resultar na geração de energia eléctrica concomitante induzida por transferência de carga sob a forma de um impulso de tensão de alta saída. Demonstramos todo o procedimento de uma experiência onda thermopower, de síntese para avaliação. Deposição química de vapor e o processo de impregnação húmida são, respectivamente, empregue para a síntese de uma matriz de nanotubos de carbono de paredes múltiplas e um composto híbrido de ácido pícrico de azida de sódio / / nanotubos de carbono de paredes múltiplas. Os compósitos híbridos preparados são usados ​​para fabricar um gerador de ondas thermopower com eletrodos de conexão. A combustão do composto híbrido é iniciada por aquecimento a laser ou de Joule-aquecimento, e the correspondente de propagação de combustão, de geração de energia elétrica direta, e em tempo real as mudanças de temperatura são medidos através de um sistema de alta velocidade microscopia, um osciloscópio e um pirômetro óptico, respectivamente. Além disso, as estratégias cruciais a serem adotadas na síntese de compósitos híbridos e início de sua combustão que aumentem a transferência global de energia das ondas thermopower são propostos.

A matriz MWCNT alinhados, como um material nanoestruturado do núcleo para ondas termelétricas, foi sintetizado por TCVD, 11-13, conforme mostrado na Figura 4A. O diâmetro de MWCNTs-cultivadas como é de 20-30 nm (Figura 4B). O composto híbrido alinhado dos ácido pícrico / azida de sódio / MWCNTs é mostrado na Figura 5A. Este composto foi sintetizado por um processo de impregnação molhada, 14 como descrito na secção de protocolo. De modo a formar uma...

Um protocolo para a realização de experimentos de ondas termoelétricas é apresentado. Descreve-se a síntese de compósitos híbridos de um combustível químico e material micro/nanoestruturado, a fabricação de um gerador de ondas termelétricas e métodos de medição dos fenômenos físicos correspondentes.

Preparação e Avaliação de compósitos híbridos de Chemical Combustíveis e de paredes múltiplas Nanotubos de Carbono no estudo das ondas termoelétricas

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 ...

O objetivo geral deste procedimento é demonstrar a geração de energia elétrica por meio da combustão química a partir de ondas termoelétricas. Isso é realizado primeiramente pela preparação de nanomateriais de núcleo, como nanotubos de carbono de múltiplas paredes por deposição química de vapor térmica. O segundo passo é a síntese do compósito híbrido dos nanomateriais de núcleo e combustíveis químicos pelo método de impregnação úmida.Em seguida, são fabricados geradores de ondas de potência térmica compostos por compósitos híbridos e eletrodos acoplados. Os eletrodos de cobre são conectados aos compósitos híbridos por meio de pasta de prata. O passo final consiste em medir a tensão de saída, a temperatura correspondente e a velocidade de propagação da reação provenientes das ondas de potência térmica, utilizando um osciloscópio, parâmetros ópticos e um sistema microscópico de alta velocidade.No fim das contas, o protocolo de experimentos de ondas termoelétricas mostra etapas críticas que permitem ondas termoelétricas para uma propagação de onda térmica otimizada e geração de energia elétrica. A principal vantagem dessa técnica em relação a métodos existentes, como a combustão convencional para produzir energia elétrica, é que não há necessidade de partes mecânicas como compressor ou turbina. Esse método pode ajudar a responder perguntas fundamentais sobre novos tipos de fontes de energia no campo da micro e nanoscala, como aplicações de poeira inteligente e microrrobótica, nanorrobótica e atuadores, pois gera diretamente alta potência específica utilizando combustíveis químicos com alta densidade energética.Além disso, a onda de potência térmica é gerada sem partes móveis mecânicas, de modo que o gerador pode ser reduzido e integrado em micro e nanoescala. Primeiramente, camadas previamente preparadas de ferro e óxido de alumínio sobre dióxido de silício, pastilha de silício, são colocadas em um barco de quartzo com dimensões de 120 milímetros por 30 milímetros, posicionando-se o barco de quartzo dentro do tubo de quartzo de dois polegadas de um vapor químico térmico. O conjunto de deposição é montado após o arranjo de nanotubos de carbono de múltiplas paredes ter sido fabricado e cuidadosamente separado da pastilha para obter florestas autossustentáveis de nanotubos de carbono de múltiplas paredes.Para preparar o combustível químico, dissolva seis gramas do pó de ácido piri evaporado do ácido piri em 100 mililitros de acetonitrila. Em seguida, dissolva seis gramas de azida de sódio em 100 mililitros de água desionizada. Para sintetizar o compósito híbrido, meça a massa de uma floresta individual de nanotubos de carbono multiwatt com uma balança micro.Em seguida, confirme as estruturas alinhadas da floresta de nanotubos de carbono de múltiplas paredes por meio de microscopia eletrônica de varredura. Verifique se a estrutura alinhada é mantida em toda a extensão da floresta de nanotubos de carbono de múltiplas paredes. A seguir, adicione 25 microlitros da solução de ácido pirídico sobre a floresta de nanotubos de carbono de múltiplas paredes para permitir que o combustível penetre nos poros da floresta.Deixe a amostra por 30 minutos para que o arranjo de filme encolha e permita que o ácido piri penetre completamente nos poros até que todo o acetonitrila tenha evaporado. Neste ponto, imerga as florestas de nanotubos de carbono de parede múltipla recobertas com ácido piri em 25 microlitros da solução de azida de sódio previamente preparada, para formar o óxido de sódio 2,4,6-trinitro e o azida de hidrogênio por impregnação úmida. Após permitir que o solvente evapore da amostra por 30 minutos, meça a massa de um compósito híbrido individual de combustível e nanotubos de carbono de parede múltipla com uma balança microanalítica.Em seguida, compare a massa final para calcular a razão de massa da camada de combustível e dos nanotubos de carbono multi-ondas utilizando a equação a seguir. Fixe fita de cobre em ambas as extremidades de uma lâmina de vidro para atuar como eletrodos para conexão com um osciloscópio, que mede a saída de tensão contínua proveniente da onda de potência térmica. Após isso, use pasta de prata para conectar a fita de cobre às duas extremidades do compósito híbrido.Após a pasta de prata endurecer e a conexão ficar fixa, utilize um multímetro para medir a resistência elétrica do compósito híbrido no interior de uma câmara de policarbonato. Fixe o gerador de onda termoelétrica na mesa óptica com grampos para segurança. Em seguida, utilize conectores tipo jacaré para ligar os eletrodos de cobre ao osciloscópio para a medição da tensão de saída.Configure um sistema de microscopia de alta velocidade para registrar a propagação da combustão a partir do gerador. Ligue a lâmpada de LED para obter uma gravação clara com imagens de alta resolução na frente do gerador de onda termoelétrica. Em seguida, ajuste a velocidade de gravação para mais de 5.000 quadros por segundo.Após preparar uma fonte de alimentação de alta corrente e um fio de níquel-cromo, conecte o fio à fonte de alimentação de alta corrente e aqueça-o. Faça contato suave entre o fio de níquel aquecido e o combustível químico no compósito híbrido até que a combustão seja iniciada no gerador de onda termoelétrica. Quando a onda termoelétrica for acionada pelo gerador, configure a taxa de quadros de gravação para 5.000 quadros por segundo na câmera de alta velocidade.Acione a gravação no início da propagação da onda termoelétrica. Em seguida, registre instantâneos em imagens fotográficas de alta velocidade com o sistema de microscopia de alta velocidade e extraia o número de quadros registrados do início ao fim da propagação da onda termoelétrica. Neste momento, registre o sinal de tensão do início ao fim da propagação da onda termoelétrica utilizando o osciloscópio e extraia o pulso de tensão de saída.Por fim, calcule a velocidade de propagação da reação extraindo a posição da frente de reação em quadros individuais do sistema de microscopia de alta velocidade e utilizando a seguinte equação. O arranjo alinhado de nanotubos de carbono multi-paredes como material nanoestruturado principal para ondas termoelétricas é mostrado aqui. O diâmetro dos nanotubos de carbono multi-paredes como cultivados é de 20 a 30 nanômetros.O compósito híbrido alinhado do ácido piri, azida de sódio e nanotubos de carbono de múltiplas paredes é exibido aqui. A mistura do ácido pric com azida de sódio formou uma estrutura unidimensional que amplificou a combustão. Após a fabricação do gerador de onda termoelétrica, o sistema de microscopia de alta velocidade registrou a propagação da combustão.O aquecimento duplo iniciou a combustão, que foi rapidamente transformada em uma reação química autossustentável ao longo da direção alinhada dos nanotubos de carbono de múltiplas camadas, sendo simultaneamente obtida a conversão de energia elétrica por meio do osciloscópio sincronizado. O fio de níquel-cromo utilizado para a ignição entrou em contato apenas com o composto combustível no compósito híbrido, não havendo interferência de sinal elétrico externo. Ao realizar este procedimento, é importante lembrar-se de fabricar e alinhar as estruturas híbridas entre os combustíveis químicos e os nanotubos de carbono.Em nossas etapas otimizadas, o método de combustível deve ser 10 vezes menor do que os múltiplos tubos de carbono para corpos elevados com uma única propagação de ondas de combustão após seu desenvolvimento. Esta técnica abriu caminho para pesquisadores na área de geração ou colheita de energia, possibilitando explorar alta potência específica em escalas micro e nanométricas a partir da combustão química. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como a energia química em combustíveis de combustores pode ser convertida em energia térmica e elétrica em ondas termoelétricas e como essas ondas podem ser projetadas e otimizadas para controlar a propagação térmica e a tensão gerada.Não se esqueça de que trabalhar com materiais inflamáveis, como combustíveis químicos, pode ser extremamente perigoso, e precauções como câmara de exaustão ou controle da quantidade de produtos químicos liberados devem sempre ser tomadas ao realizar o procedimento.

preparation-evaluation-hybrid-composites-chemical-fuel-multi-walled

Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

Descarga de arco anódica é um dos métodos mais práticos e eficientes para sintetizar nanoestruturas de carbono diversos. Para aumentar a controlabilidade de arco e flexibilidade, um campo magnético não uniforme foi apresentado ao processo de síntese de uma etapa de flocos em larga escala de grafeno e nanotubos de carbono de alta pureza single-walled.

Síntese simultânea de nanotubos de carbono de parede única e de grafeno em um Plasma Arc magnética avançada

Este protocolo descreve a preparação de gasless nanoestruturados materiais energéticos (Ni + Al, Ta + C, Ti + C), usando a bola de alta energia de curto prazo fresagem (HEBM) técnica. Ele também descreve um método de imagem térmica de alta-velocidade para estudar a reactividade de nanocompósitos fabricadas mecanicamente. Estes protocolos podem ser alargados a outros materiais energéticos nanoestruturados reactivo.

Preparação e reactividade de Gasless Nanostructured materiais energéticos

Relatamos uma aplicação inteligente de nanotubos de carbono para estabilização cinética de partículas lipídicas que contêm nanoestruturas automontadas em seus núcleos. A preparação de partículas lipídicas requer concentrações bastante baixas de nanotubos de carbono, permitindo seu uso em aplicações biomédicas, como administração de medicamentos.

Preparação Facile da Internamente auto-montados Lipid partículas estabilizada por nanotubos de carbono

Um método para a funcionalização de nanotubos de carbono com camadas de encapsulamento polimérico ajustáveis em estrutura e caracterização estrutural usando espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo é apresentado.

Funcionalização da murada-Single nanotubos de carbono com termo-reversível copolímeros em bloco e caracterização por Small-angle Neutron Scattering

Aqui, descreve-se um novo método para a funcionalização e dispersão estável de nanomateriais de carbono em ambientes aquosos. O ozônio é injetado diretamente em uma dispersão aquosa de nanomateriais de carbono que é continuamente recirculado através de uma célula ultra-sônica de alta potência.

Funcionalidade e Dispersão de Nanomateriais de Carbono Usando um Processo de Ozonólise Ultrasonicada Ambientalmente Amigável

Um procedimento para a síntese de nanotubos de carbono multiwalled poliestireno-enxertados usando modificação química sucessiva etapas para seletivamente apresentar as cadeias de polímero as paredes laterais e seu self-assembly através de patchiness anisotrópica é apresentado.

Enxertia de nanotubos de carbono de Multiwalled com poliestireno para habilitar auto-montagem e anisotrópica Patchiness

Aqui nós apresentamos um protocolo para a fabricação de nanoestruturas de híbrido C60/graphene por evaporação térmica física. Particularmente, a manipulação adequada de deposição e recozimento condições permitem o controle sobre a criação de 1D e quase 1 C60 estruturas em grafeno ondulado.

Preparação e caracterização de nanoestruturas de híbrido C60/Graphene

Um protocolo para a síntese de HNbWO6, hnbmoo6, htawo6 nanosheet ácido sólido modificado pt/cnts é apresentado.

Ajustando a acidez dos catalisadores pt/CNTs para Hidrodesoxigenação de éter difenílico

Aqui, demonstramos um processo simples e de baixo custo de fundição de soluções para melhorar a compatibilidade entre o enchimento e a matriz de nanocompactos à base de polímero usando preenchimentos BaTiO3 modificados pela superfície, que podem efetivamente aumentar a densidade energética dos compósitos.

Aplicação de um agente de acoplamento para melhorar as propriedades dielétricas de nanocompactos baseados em polímeros

Uma técnica utilizando um grão de combustível sólido com uma nova estrutura helicoidal aninhada para melhorar o desempenho de combustão de um motor de foguete híbrido é apresentada.

Melhorando o desempenho de combustão de um motor de foguete híbrido usando um novo grão de combustível com uma estrutura helicoidal aninhada

Aqui, apresentamos um protocolo para sintetizar nanopartículas Co suportadas em nanotubos de carbono com co-e N-dopants para produções de hidrogênio.

Síntese de Nanopartículas metálicas suportadas em Nanotubo de Carbono com Doped Co e N Átomos e suas Aplicações Catalíticas na Produção de Hidrogênio

Aprenda a preparar compósitos híbridos de combustíveis químicos e nanotubos de carbono de paredes múltiplas para gerar energia elétrica via ondas termoelétricas. Este método permite estudar a propagação térmica e otimizar a conversão de energia.

Preparação e Avaliação de compósitos híbridos de Chemical Combustíveis e de paredes múltiplas Nanotubos de Carbono no estudo das ondas termoelétricas (Vídeo) | JoVE Journal

Preparação e Avaliação de compósitos híbridos de Chemical Combustíveis e de paredes múltiplas Nanotubos de Carbono no estudo das ondas termoelétricas

Explorar mais vídeos