Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Подготовка и оценка гибридный композитов химического топлива и многослойных углеродных нанотрубок в исследовании термоэдс волн

doi: 10.3791/52818 Published: April 10, 2015
* These authors contributed equally

Abstract

При химическом топливе в определенном положении в гибридном композитный топлива и микро / наноструктурного материала воспламеняется, химической сгорания происходит вдоль поверхности раздела между топливом и основных материалов. Одновременно, динамические изменения в термических и химических потенциалов поперек микро / наноструктурных материалов в результате сопутствующих поколения электрической энергии, вызванной переносом заряда в виде импульса напряжения высокой выходной. Мы демонстрируем вся процедура эксперимента термоэдс волны, от синтеза к оценке. Тепловая химическое осаждение из паровой фазы и процесс мокрой пропитки, соответственно, используют для синтеза многослойных массива углеродных нанотрубок и гибридного композитного пикриновой азида кислоты / натрия / многостенных углеродных нанотрубок. Подготовленные гибридные композиты используются для изготовления генератор термоЭДС волны с соединительными электродами. Сжигание гибридного композитного инициируется лазерного нагрева или нагрева Джоуля-го ираспространения электронной соответствующие сгорания, прямой поколения электрической энергии, и в режиме реального времени изменения температуры измеряют с помощью микроскопии системы высокоскоростной, осциллограф и оптический пирометр, соответственно. Кроме того, важными стратегии, которая будет принята в синтезе гибридного композита и начала их сгорания, которые повышают общую передачу термоэдс энергии волн предложены.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Химические топлива имеют очень высокую плотность энергии и широко используются в качестве полезных источников энергии в широком диапазоне применений: от микросистем, чтобы макросистем. 1 В частности, многие исследователи пытались использовать химические виды топлива в качестве источника энергии для следующего поколения микро / наносистем -based технологии. 2 Тем не менее, из-за трудностей в интеграции компонентов преобразования энергии в крайне малых пространств в микро / наноустройств, существуют фундаментальные ограничения на преобразования химического топлива в электрическую энергию. Следовательно, горение химических топлив в основном были использованы для производства химического или механической энергии в микро / наноустройств, таких как nanothermites или microactuators. 1,3

Термоэдс волны-недавно разработанный преобразования энергии концепт-привлекли значительное внимание как метод для преобразования химической энергии топлива непосредственно в электрическую енаRGY без использования каких-либо конвертирования компонентов. 4,5 термоэдс волны могут быть получены с использованием гибридного композитного химического топлива и микро / наноструктурного материала. 5 При химическом топливе в определенном положении в гибридном композитный воспламеняется, химической сгорания происходит вдоль Интерфейс между химического топлива и микро / наноструктурного материала. Одновременно, динамические изменения в термических и химических потенциалов по всей основной микро / наноструктурированного материала результате в сопутствующей поколения электрической энергии, вызванной переносом заряда в виде импульса напряжения высокой выходной. Было доказано, что различные микро / наноструктурированные материалы, такие как многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) 4-6 и ZnO, 7 Bi 2 Te 3, 8 Sb 2 Te 3, 9 и МпО 2 10 микро / наноструктурные материалы позволяют гибридные композиты использовать термоэдс волны и показать Химико-термическая-Electriкал преобразования энергии. В частности, основные материалы с высоким коэффициентом Зеебека включить генерацию высокого выходного напряжения исключительно из распространяется сгорания. Тем не менее, другие параметры, относящиеся к одинаковым композитов, таких как смеси химических видов топлива, массовом соотношении топливо / ядро-материалов, производственного процесса, а также условий воспламенения критически влияет на общие свойства термоэдс волн.

Здесь мы покажем, как производственные процессы, формирование унифицированной химического топлива, а массовое соотношение топлива / основных материалов влияет на производительность термоэдс волны. На основе МУНТ массива, изготовленного путем осаждения из газовой фазы термическим (TCVD), показано, как гибридный композитный химического топлива и MWCNTs подготовлен для выработки энергии термоЭДС волны. Конструкция экспериментальной установки, что дает оценку преобразования энергии вводится вместе с соответствующими экспериментальных измерений для процессов, таких как propagati сгоранияна и прямой поколение электрической энергии. Более того, мы показали, что полярность распределения описанного динамическим выходного напряжения и конкретных пиковой мощности, в решающей степени определяет электрическую преобразование энергии. Это исследование даст конкретные стратегии для повышения производства энергии, а также поможет в понимании глубинных физических термосиловых волн. Кроме того, производственный процесс и эксперименты описаны здесь, поможет в расширении возможности для проведения исследований термоэдс волн, а также на химико-термической электрическое преобразование энергии.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Синтез вертикально многослойные углеродные нанотрубки (VAMWCNTs)

  1. Получение пластины и осаждение катализатора слоев
    1. Подготовьте N-типа (100) Si пластины.
    2. Внесите 250 нм толщиной SiO 2 слоя на кремниевой пластины методом термического окисления или альтернативных методов, таких как распыление. Вводят 200 SCCM О 2 в течение 3 ч 20 мин при 1000 ° С в горизонтальной печи.
    3. Используйте масса Al 2 O 3 (99,9%), а мульти-напылением в (ВЧ мощности: 1000 W) источник и депонировать 10 нм толщиной Al 2 O 3 (99,9%) слой на SiO 2 слоя. Использование медленную скорость осаждения 10 нм / мин при давлении осаждения 2 × 10 -2 мбар.
    4. Используйте объемную Fe (99,9%) в качестве источника с использованием в электронно-лучевой испаритель, и внести в 1 нм толщиной слоя Fe на Al 2 O 3 слоя. Используйте низкую скорость осаждения ~ 0,1 нм / сек при давлении осаждения 5 × 10 -6 Торр. Отрежьте Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si пластины до размера 28 мм × 15 мм с использованием алмазной рисок.
      Примечание: В зависимости от желаемого размера массива VAMWCNT, размер Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si пластины может изменяться.
  2. Синтез МУНТ массив, TCVD и подготовки свободно стоящих МСУНТ лесов.
    1. Поместите Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si пластины централизованно в кварцевую лодочку, которая имеет размеры 120 мм × 30 мм.
    2. Поместите кварцевой лодочке внутри 2-дюймовым кварцевую трубку установки TCVD (рис 1А).
    3. Вводите 900 SCCM АР газа в течение 10 мин в условиях окружающей среды, чтобы удалить воздух и заполнить 2-дюймовый кварцевую трубку с Ar.
    4. Вводите 600 SCCM АР газа и 400 SCCM Н 2 газ при увеличении температуры в печи от 25 ° С до 750 ° С в течение 30 мин.
    5. Вводите 100 SCCM АР газа и 400 SCCM Н 2 гас при 750 ° С в течение 10 мин, чтобы разработать наночастицы Fe в корнях MWCNTs.
    6. Вводите 100 SCCM АР газа, 368 SCCM Н 2 газ, и 147 SCCM этилена (C 2 H 4) газа на 750 ° С в течение 280 мин. Одновременно применять джоулева нагрева при входе в кварцевой трубке с помощью вольфрамовой нитью (напряжение: 0,8 V, ток: 15 A), чтобы способствовать разложению C 2 H 4 газа в качестве источника углерода. Такие источники углерода присоединены к Fe наночастиц на Si пластин и превращается в УНТ.
    7. Остановите инъекции H 2 газа и C 2 H 4 газа, и выключите печь. Во время этой процедуры, постоянно вводят 100 SCCM АР газа до температуры пластины не падает ниже 60 ° C.
    8. Выньте МУНТ на пластине. Аккуратно отделить МСУНТ массив из пластин, чтобы получить свободно стоящая МСУНТ леса (длина: 3-6 мм) (рис 1б).

  1. Подготовка химического топлива
    1. Подготовьте пикриновой кислоты (2,4,6-тринитротолуол фенол) решения и натрия азид (NAN 3).
      1. Упаривают раствор пикриновой кислоты, чтобы получить порошок пикриновой кислоты (1 атм, 25 ° C, в течение 24 часов). Мера 6 г порошка пикриновой кислоты и растворяют в 100 мл ацетонитрила (262 мм).
      2. Мера 6 г азида натрия порошок и растворяют в 100 мл деионизированной (ДИ) воды (923 мм).
  2. Синтез и характеристика гибридных композитов с помощью влажной пропитки
    1. Измерьте массу отдельного МУНТ лесу с микровесах и подтвердите выровненных структур МУНТ лесу с помощью СЭМ (рис 4а). Используйте напряжение 15 кВ и увеличение в 1,200X. Проверьте, правильно ли ведется в соответствие структура по всей МУНТ лесу.
    2. Добавить 25 мкл 262 мМ раствора пикриновой кислоты на Т-оп в МУНТ лесу, чтобы топливо проникать в поры лесу. Оставьте в качестве образца для 30 мин, чтобы уменьшить массив пленки, и позволяют пикриновой кислоты полностью проникать в поры, пока все ацетонитрил не испарится из леса (рис 1в).
      Примечание: В зависимости от целевой соотношение между топливом и химической МУНТ массива, изменить концентрацию и количество раствора пикриновой кислоты.
    3. Погружают пикриновой кислоты с покрытием МСУНТ леса в 25 мкл 923 мМ раствора азида натрия с образованием 2,4,6-тринитро феноксид натри и азид водорода (топливный слой) посредством влажного пропитки. Оставьте образец в течение 30 мин до тех пор, пока все растворители испаряются.
      Примечание: В зависимости от целевой соотношении между химической топлива и МУНТ массива, вы можете изменить концентрацию и количество азида натрия.
    4. Измерьте массу отдельного гибридный композит топлива и МУНТ с микровесах и сравнить конечной массы для расчета соотношения массслой топлива и МУНТ.
      Уравнение 1
      где М и М ч м являются масса отдельного гибридного композитного и индивидуального МУНТ пленки, соответственно.
    5. Подтверждение выровненные структуры гибридного композитного топлива и MWCNTs с помощью СЭМ (фиг.5А). В соответствии с инструкциями завода-изготовителя, снизить давление для условий эксплуатации, а также повысить увеличение до агрегации химического топлива не будет четко наблюдается в выровненном МУНТ лесу. Проверьте форму агрегации топлива на MWCNTs.

3. Производство термоэдс Wave Generator (рис 2)

  1. Приложить медные ленты с обоих концов предметного стекла в качестве электродов для связи с помощью осциллографа, который измеряет прямую выходное напряжение термоэдс волны.
  2. Подключайте медные ленты на обоих концах гибридного композита с помощью серебряной пате капли. Оставьте образец до серебряной пасты не станет трудно, и соединение будет устранена.
  3. Используйте мультиметр для измерения электрического сопротивления гибридного композита.

4. Измерение термоэдс волн (рис 3)

  1. Внутри поликарбоната камеры, исправить термоэдс волны генератора на оптическом столе с зажимами для безопасности.
  2. Использовать зажимами для подключения медных электродов осциллографа для измерения выходного напряжения.
  3. Настройка высокоскоростной системы микроскопии [компоненты: высокоскоростной камеры (> 5000 кадров / сек), макро-объектив (105 мм / F2.8 объектив), а LED лампа], чтобы записать распространения горения от генератора. Место и включите светодиодной лампы для четкой записи изображения с высоким разрешением в передней части генератора термоэдс волны. Установите скорость записи более 5000 кадров / сек.
  4. Поместите оптический пирометр в определенном положении, чтобы записать изменения в режиме реального времени при температурегибридного композитного.
  5. Применить либо лазерное облучение или джоулева нагрева, чтобы зажечь химическом топливе в гибридный композит.
    1. Фокус лазер (<1000 МВт) в определенном положении на гибридного композитного. Сохранение фокусировки на несколько секунд, пока сгорание начинается в генераторе термоэдс волны.
    2. Подготовка высокого тока питания и никель-хром провод. Подключите провод к сильноточной питания (условия эксплуатации: 5 V и 3), и нагревать никелевой проволоки. Сделать мягкий контакт между нагретой никелевой проволоки и химического топлива на гибридного композитного до сгорания не инициируется в генераторе термоЭДС волны.
  6. Включите измерительной установки, состоящей из микроскопических системы высокоскоростного, осциллограф и оптического пирометра, когда термоэдс волна запускается с помощью генератора.
    1. Настройка частота кадров записи (5000 кадров / сек) в высокоскоростной камерой. Запуск записи в начале thermopoРаспространение WER волны. Запись снимков в скоростных фотографических изображений с высокой скоростью системы микроскопии и извлечь число кадров, записанных от начала и до конца распространения термоэдс волны (общая # номер кадров).
    2. Запишите сигнал напряжения от начала до конца распространения термоэдс волны с помощью осциллографа. Выписка пульс выходного напряжения (V).
    3. Фокус оптический пирометр на конкретной позиции на гибридный композит, который указывает целевых областей, и измерения динамических изменений температуры (° C).
  7. Вычислить скорость распространения реакционной экстракции реакционной переднюю позицию на отдельных кадров в высокоскоростной системе микроскопии.
    Уравнение 2
    где L H является общая длина гибридного композита, п е является количеством кадров, записываемых от начала до конца распространения термоэдс волны и н о </ SUB> является частота кадров записи.
  8. Извлечение данных выходное напряжение с осциллографа и рассчитать максимальный уровень напряжения, а также удельную мощность от импульса напряжения на выходе. Используйте электрическое сопротивление, который измеряется в шаге 3.
  9. Выписка изменения температуры с помощью оптического пирометра.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Выровнены МСУНТ массива, а наноструктурного материала сердцевины для термоэдс волн, был синтезирован TCVD, 11-13, как показано на фиг.4А. Диаметр как выращенных MWCNTs 20-30 нм (рис 4В). Выровнены гибридный композитный из пикриновой кислоты / азид натрия / MWCNTs показано на фиг.5А. Этот композитный синтезировали по способу влажной пропитки, 14, как описано в разделе протокола. Для того чтобы сформировать интерфейс между химического топлива и MWCNTs, пикриновой кислоты раствор ли в ацетонитриле (низкой поверхностной энергией растворителей), чтобы позволить проникновение внутрь МУНТ массива. Кроме того, в то время как азид натрия растворяют в деионизированной воде с образованием тонкого покрытия для легкого зажигания. Химический топлива состоит из двух химических веществ: основное химическое топливо было пикриновой кислоты с высокой энтальпии сгорания (2570 кДж / моль) азида натри, а используют в качестве топлива для начальной реакции вследствие его низкой activatэнергия ионов (40 кДж / моль). 5 Кроме того, смесь пикриновой кислоты / азид натрия образуется одномерный структуру, что усиленный сгорание, как показано на фиг.5В. 15 После изготовления генератора термоЭДС волны, высокоскоростной Система микроскопии записаны распространения горения (фиг.6). Джоуля-нагрева воспламеняется горение, и она быстро превращается в самораспространяющейся химической реакции вдоль выровненного направлении MWCNTs (фиг.6а и 6b). Одновременно, сопутствующей преобразования, как электрическая энергия выхода напряжения была получена с помощью синхронизированных осциллограф (Рисунок 7). Провод никель-хром используется для зажигания только в контакт топливный соединение по гибридного композитного, и не было помех от внешнего электрического сигнала. В контрольном эксперименте, химической сгорания без использования МСУНТ массив был исследован с помощью SAмне процедуры. Было подтверждено, что не было специфическое направление для сгорания. Кроме того, генерации электрической энергии не наблюдалось, когда МСУНТ массив не был использован.

Фигура 1
Рисунок 1. Синтез гибридных композитов химического топлива и МУНТ. () TCVD настроить. (Б) Схема отдельно стоящая МУНТ фильма. (C) Схема гибридных композитов, синтезированных методом влажного процесса пропитки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

Фиг.2
Рисунок 2. Производство образца генератора термоэдс волны. Предметном стекле и серебряная паста-медная лента являютсяиспользовали в качестве субстрата, и соединительный узел, соответственно. Гибридные композиты топливных слоев и основных материалов используются в качестве термоэдс волновых источников. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3
Рисунок 3. Экспериментальное измерение создан для термоэдс волн. () Схема синхронного Экспериментальная установка, показывая движения заряда с помощью термосиловых волн. (B) Недвижимость экспериментальная установка в поликарбоната камеры, состоящий из микроскопических системы высокоскоростного, осциллографа, оптический пирометр, а система зажигания. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.


Рисунок 4. Развернутый МУНТ. (A) SEM изображение МУНТ массива синтезированного TCVD. (B) ПЭМ-изображение отдельного МУНТ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 5
Рисунок 5. Расширенные гибридные композиты химического топлива и МУНТ массива. СЭМ изображения (А) подробные структуры пикриновой кислоты / азид натрия / МУНТ композита, и (б) одномерный агрегации пикриновой кислоты / азида натрия после испарения растворителя. Пожалуйста, Нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию Т его фигура.

Рисунок 6
Рисунок 6. Тепловая распространения волны с помощью термосиловых волн, измеренная с помощью высокоскоростной микроскопии системы (5000 кадров / сек). Снимки распространения горения в сопровождении генерации электрической энергии в (А) одной полярности и (б) неупорядоченных полярности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 7
Рисунок 7. генерации электрической энергии от термосиловых волн. Выходные напряжения в (А) одной полярности, и (B) неупорядоченной полярности.e.jpg "TARGET =" _ пустое "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 8
Рисунок 8. Схема структурных изменений в химических топливных смесей пикриновой кислоты / азида натрия. (А, В) Химические структуры кислоты / азида натрия и пикриновой натрия 2,4,6-trinitrophenolate азида / водорода после обмена Na + и H + , (C) Схема химического строения 2,4,6-trinitrophenolate азида / водорода в упорядоченной, одномерной структуры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

Термоэдс волны в одной полярности Термоэдс волны в неупорядоченной полярности
Выходное напряжение Топливо / МУНТ соотношение Мощность (кВт / кг) Выходное напряжение Топливо / МУНТ соотношение Мощность (кВт / кг)
(МВ) (МВ)
1062 4.19 417,72 35 36.59 0,11
926 4.19 30.57 37 36.59 0,027
1980 4.19 143,6 30 36.59 0,016

Таблица 1. Сводная выходного напряжения, / МУНТ соотношения масс топлива и удельной мощности.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Протоколы термосиловых волновых экспериментов привлекать важных шагов, которые позволяют идеально распространения тепловой волны, а также производство электрической энергии. Во-первых, удельная положение зажигания и соответствующий перевод реакционную значительные факторы в управлении преобразование энергии из термоэдс волн. Зажигания на одном конце гибридного композитного запустил руководствуясь сгорания вдоль поверхности раздела между основным материалам и химических видов топлива в одном направлении. Однако, зажигание при любом другом положении генерируется двунаправленную термоэдс волны, которые были переданы с обеих сторон, в результате чего отмены носителей заряда в противоположных направлениях, а также неупорядоченной тепловой транспорта внутри ядра материалов. Как показано на фиг.7А, зажигания на одном конце производства электрической энергии из одной полярности; Однако зажигания в центральном положении в результате распространения двух направлениях сгорания, и неупорядоченной полярности в выходном вольтвозраст (7В). Кроме того, одной полярности в термоэдс волн в результате выходного напряжения пика, который был более чем в пять раз, что в случае неупорядоченного полярности вследствие ускоренного переноса заряда непрерывными тепловых волн без отмены сборов.

Массовое соотношение между химического топлива и основной микро / наноматериалы могут определить общие характеристики термоэдс волн. 16,17 Как уже упоминалось, массовое соотношение является управляемым фактором из-за различной концентрации и количества используемого раствора. В этом исследовании, соответствующие межфазные области между химической топлива и материала сердцевины способствует стабильной цепной реакции вдоль поверхности раздела и при условии, распространение контролируемой сгорания, в результате чего эффективного переноса энергии (фиг.6А). Напротив, трудно поддерживать стабильный цепной реакции с слишком много химического топлива. В случае термоэдс волн, материал сердцевины с высокойТеплопроводность подает предварительного нагрева тепловой энергии для химического топлива в межфазных областях, и способствует сгоранию топлива соседней преодолевая энергию активации по интерфейсу. Однако, когда используется избыток химического топлива, независимо от теплового переноса вдоль основных материалов, химическая топлива, что далеко от материала сердцевины может воспламеняться из-за случайного распространяющейся реакции внутри химического топлива, а не руководствуясь-цепной реакции на интерфейс (6В). Это приводит к сгорания в нескольких направлениях, а также неупорядоченной полярности. Экспериментальные результаты сравнивали оптимальные соотношения массы и размеров избыточное топливо химические приведены в таблице 1. An оптимальное массовое соотношение 4,19 произведено более 1000 мВ, в то время как чрезмерное массовое отношение 36,59 генерируется только около 35 мВ.

Кроме того, конкретные модификации химического состава топлива может далее enhanпреобразование энергии СЕ в термоэдс волны. В принципе, состав химического топлива и массовое соотношение в гибридных композитов имеют сильное влияние на распространение горения, а также производство электрической энергии от термосиловых волн. Во-первых, одномерные скопления топливных смесей внутри MWCNTs может быть реализован с помощью специальной комбинации основного топлива и азида натрия (фиг.5). Например, не было выровнены агрегации топливных смесей picramide и азида натрия. Однако, когда кислота и азид натрия пикриновой смешивают и выпаривают в процессе влажной пропитки, новая структура химического топлива, что способствовало руководствуясь химическую реакцию синтезируют, как показано на рисунке 8. В кислоты и азида натрия смеси пикриновой, Н + ионов в пикриновой кислоты заменяли иона Na + в азида натрия, образуя 2,4,6-тринитро феноксид натри и азид водорода (Н-N 3) в топливном слое (Figurе 8А и 8Б). 18 Одновременно, укладки, которые вызываются ван-дер-Ваальса между бензольных колец, построенная одномерно агрегированные структуры, имеющих форму, подобную цилиндра 19,14 (рис 8в). Было подтверждено, что из-за отрицательной энтальпией образования нового химического соединения и одномерно-ориентированных структур химического топлива, генерации выходного напряжения и скорости горения от термосиловых волн были резко усиливается в 10 раз. 20

Термоэдс волны могут обеспечить понимание химико-термо-электрическое преобразование энергии в микро / наноструктурных материалов. До сих пор большинство из научно-исследовательских работ по горению в микро / наноструктурных материалов была ориентирована на преобразование из химического вещества тепловой энергии, или от химических механической энергии; Некоторые примеры таких устройств включают в себя nanothermites иmicroactuators. Термоэдс волны могут распространяться понимание энергетических преобразований с учетом динамической генерации электрической энергии. Кроме того, термоэдс волны имеют широкие возможности применения. Как показано в таблице 1, плотность мощности термоэдс волн в гибридном композита весьма внушительны по сравнению с другими традиционными методами. Таким образом, термоэдс волны могут быть использованы в качестве источника высокой мощности энергии для миниатюрных устройств. Кроме того, поскольку термоэдс волны могут непосредственно конвертировать как избыточное тепло и топлива в электрическую энергию, оно может быть разработан в качестве нового типа системы рекуперации энергии отходов. Кроме того, распространение тепловой волны на границе раздела между химической топлива и микро / наноструктурных материалов могут быть использованы для твердого синтеза материалов через сгорания. Тем не менее, есть одно ограничение преодолеть. В настоящее время, термоэдс волны производить только импульсный выход электрической энергии за счет сжигания. Таким образом, метод сбора урожая энергии длявыход энергии импульса от термосиловых волн могут быть необходимы в будущем. Разработка конкретной системы, которые неоднократно подает химическую топлива в основных материалов могут быть полезны для приложений, использующих термоэдс волны.

Таким образом, мы описали методы синтеза гибридный композит химического топлива и микро / наноматериалов и производство генератор термоЭДС волны. Экспериментальная установка для исследования термоэдс волн было объяснено в деталях. Кроме того, важными стратегии, которая будет принята для дальнейшего наращивания термосиловых волн были продемонстрированы вместе с экспериментальными данными. Мы ожидаем, что эта работа будет способствовать научных направлений, связанных с термосиловых волн, а также для развития будущих приложений, использующих химико-термо-электрическое преобразование энергии внутри микро / наноматериалов при горении.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана исследовательской программы фундаментальных наук в рамках Национальной научно-исследовательского фонда Кореи (NRF), финансируемого Министерством образования, науки и технологий (NRF-2013R1A1A1010575), и Nano R & D программы через Корейский научно-технической фонда, финансируемого Министерство образования, науки и технологий (NRF-2012M3A7B4049863).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
4” n-type silicon wafer Unisill 4” Si-wafer
Al2O3 TAEWON A-1008 99.9999% Purity
Fe Sigma Aldrich 267945 99.9999% Purity
Ar Seoul specialty gas Ar(N60) 99.9999% Purity
C2H4 Seoul specialty gas C2H4 99.5% Purity
H2 Seoul specialty gas H2(N60) 99.9999% Purity
Silver paste Fujikura Kasei D-550
Picric acid Sigma Aldrich 197378 >98% Purity
Highly toxic
Sodium azide Sigma Aldrich S2002 >99.5% Purity
Acetonitrile Sigma Aldrich 271004 99.8% Purity
Power supply Mastech HY3010
TCVD Scientech TCVD
Oscilloscope Tektronix DPO2004B
High-speed microscopy system Phantom V7.3

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Zhou, X., Torabi, M., Lu, J., Shen, R. Q., Zhang, K. L. Nanostructured Energetic Composites: Synthesis, Ignition/Combustion Modeling, and Applications. Acs Appl Mater Inter. 6, 3058-3074 (2014).
  2. Zhang, K., Chou, S., Ang, S., Tang, X. A MEMS-based solid propellant microthruster with Au/Ti igniter. Sensors and Actuators A: Physical. 122, 113-123 (2005).
  3. Zhang, W. C., et al. Significantly Enhanced Energy Output from 3D Ordered Macroporous Structured Fe2O3/Al Nanothermite Film. Acs Appl Mater Inter. 5, 239-242 (2013).
  4. Choi, W., Abrahamson, J. T., Strano, J. M., Strano, M. S. Carbon nanotube-guided thermopower waves. Materials Today. 13, 22-33 (2010).
  5. Choi, W., et al. Chemically driven carbon-nanotube-guided thermopower waves. Nat Mater. 9, 423-429 (2010).
  6. Abrahamson, J. T., et al. Wavefront Velocity Oscillations of Carbon-Nanotube-Guided Thermopower Waves: Nanoscale Alternating Current Sources. Acs Nano. 5, 367-375 (2011).
  7. Walia, S., et al. ZnO based thermopower wave sources. Chem Commun. 48, 7462-7464 (2012).
  8. Walia, S., et al. Sb2Te3 and Bi2Te3 based thermopower wave sources. Energ Environ Sci. 4, 3558-3564 (2011).
  9. Hong, S., et al. Enhanced Electrical Potential of Thermoelectric Power Waves by Sb2Te3-Coated Multiwalled Carbon Nanotube Arrays. J Phys Chem C. 117, 913-917 (2013).
  10. Walia, S., et al. MnO2-Based Thermopower Wave Sources with Exceptionally Large Output Voltages. J Phys Chem C. 117, 9137-9142 (2013).
  11. Aria, A. I., Gharib, M. Dry oxidation and vacuum annealing treatments for tuning the wetting properties of carbon nanotube arrays. J Vis Exp. (2013).
  12. Zhao, Y., Tang, Y., Star, A. Synthesis and functionalization of nitrogen-doped carbon nanotube cups with gold nanoparticles as cork stoppers. J Vis Exp. e50383 (2013).
  13. Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M., Hart, A. J. Fabrication, densification, and replica molding of 3D carbon nanotube microstructures. J Vis Exp. (2012).
  14. Grimme, S. Do Special Noncovalent π–π Stacking Interactions Really Exist. Angewandte Chemie International Edition. 47, 3430-3434 (2008).
  15. Yeo, T., et al. Effects of chemical fuel composition on energy generation from thermopower waves. Nanotechnology. 25, (2014).
  16. Hong, S., et al. Enhanced Electrical Potential of Thermoelectric Power Waves by Sb2Te3-Coated Multiwalled Carbon Nanotube Arrays. The Journal of Physical Chemistry C. 117, 913-917 (2013).
  17. Kim, P., Shi, L., Majumdar, A., McEuen, P. Thermal transport measurements of individual multiwalled nanotubes. Physical review letters. 87, 215502 (2001).
  18. Garner, W., Abernethy, C. Heats of combustion and formation of nitro-compounds. Part I. Benzene, toluene, phenol and methylaniline series. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. 99, 213-235 (1921).
  19. Passingham, C., Hendra, P. J., Hodges, C., Willis, H. A. The Raman spectra of some aromatic nitro compounds. Spectrochimica Acta Part A: Molecular Spectroscopy. 47, 1235-1245 (1991).
  20. Rinkenbach, W. H. The Heats Of Combustion And Formation Of Aromatic Nitro Compounds. Journal of the American Chemical Society. 52, 115-120 (1930).
Подготовка и оценка гибридный композитов химического топлива и многослойных углеродных нанотрубок в исследовании термоэдс волн
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hwang, H., Yeo, T., Cho, Y., Shin, D., Choi, W. Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves. J. Vis. Exp. (98), e52818, doi:10.3791/52818 (2015).More

Hwang, H., Yeo, T., Cho, Y., Shin, D., Choi, W. Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves. J. Vis. Exp. (98), e52818, doi:10.3791/52818 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter