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Engineering

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

Published: April 10, 2015 doi: 10.3791/52818
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 1
1School of Mechanical Engineering, Korea University
* These authors contributed equally

Abstract

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.

Introduction

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.

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Protocol

수직으로 정렬 된 다중 벽 탄소 나노 튜브의 합성 1. (VAMWCNTs)

  1. 웨이퍼의 제조 및 촉매 층의 증착
    1. n 형 (100) 실리콘 웨이퍼를 준비합니다.
    2. 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.
    3. 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.
    4. 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. 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.
  2. MWCNT TCVD에 의해 배열이없는 서 MWCNT 숲의 준비의 합성.
    1. 120mm × 30mm의 크기를 가진 석영 보트 중앙에 철 / 알 2 O 3 / SiO2를 / 실리콘 웨이퍼를 놓습니다.
    2. TCVD 설정 (그림 1A)의 2 인치 석영 관 내부의 석영 보트를 놓습니다.
    3. 공기를 제거하고 아르곤으로 2 인치의 석영 튜브를 채우기 위해 주위 조건 하에서 10 분 동안 Ar 가스를 900 sccm으로 주입한다.
    4. 30 분에 750 ° C에 25 ° C에서 용광로 온도를 증가시키면서 Ar 가스의 600 SCCM과 H 2 가스 400 SCCM을 주입한다.
    5. 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.
    6. 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.
    7. 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.
    8. 웨이퍼에 다중 벽 탄소 나노 튜브를 꺼내. (그림 1B) : 부드럽게 독립 MWCNT 숲 (3~6mm 길이)를 얻기 위해 웨이퍼에서 MWCNT 배열을 분리합니다.

  1. 화학 연료의 제조
    1. 피크르산 (2,4,6- 트리니트로 페놀) 솔루션과 아 지드 화 나트륨 (NaN의 3)를 준비합니다.
      1. 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.
      2. 측정 6 아 지드 화 나트륨 분말 (G) 및 탈 이온수 (923 mM)을 100 ㎖에 녹여.
  2. 젖은 함침을 통해 합성 및 하이브리드 복합 재료의 특성
    1. 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.
    2. 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.
    3. 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.
    4. 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.
      식 (1)
      M의 H 및 M의 m은 각각 개별 혼성 복합체 및 개별 MWCNT 필름의 질량 어디.
    5. 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.

열 전력 (thermopower) 웨이브 생성기 3. 제조 (그림 2)

  1. 열 전력 (thermopower) 파로부터 직류 전압 출력을 측정 오실로스코프와의 접속을위한 전극으로서 작용하는 유리 슬라이드의 양단에 구리 테이프를 부착.
  2. 실버 PAS 통하여 혼성 복합체의 양단에 구리 테이프를 연결테 방울. 은 페이스트가 어려워진다과 연결이 해결 될 때까지 샘플을 남겨주세요.
  3. 혼성 복합체의 전기 저항을 측정하기 위해 멀티 미터를 사용한다.

열 전력 (thermopower) 파도 4. 측정 (그림 3)

  1. 폴리 카보네이트 챔버 내에서 안전을위한 클램프와 광학 테이블에 열 전력 (thermopower) 파 발생 장치를 고정합니다.
  2. 출력 전압의 측정 오실로스코프에 구리 전극을 연결하기 위해 악어 클립을 사용.
  3. 고속 현미경 시스템 설정 [성분 : 고속 카메라 (> 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.
  4. 온도의 실시간 변경 사항을 기록하기 위해 특정 위치에서 광 고온계를 놓고하이브리드 복합.
  5. 혼성 복합체의 화학 연료를 점화 레이저 조사 또는 주울 가열를 적용합니다.
    1. 혼성 복합체의 특정 위치에 레이저 (<1,000 Mw)이 초점을 맞 춥니 다. 연소 열 전력 (thermopower) 파 발생 장치에 개시 될 때까지 몇 초간 초점을 유지한다.
    2. 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.
  6. 열 전력 (thermopower) 파 발생기에 의해 시작되는 고속 현미경 시스템, 오실로스코프 및 광학 고온계, 구성된 측정 셋업를 켜고.
    1. 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).
    2. 오실로스코프를 이용하여 열 전력 (thermopower) 전파와의 처음부터 끝까지 전압 신호를 기록한다. 출력 전압 펄스 (V)를 추출합니다.
    3. 대상 영역을 나타내는 하이브리드 복합에 특정 위치에 광학 고온계 초점 및 온도의 동적 변화를 측정 (° C).
  7. 고속 현미경 시스템에서의 개별 프레임에서 반응 전면 위치를 추출함으로써 반응의 전파 속도를 계산한다.
    식 (2)
    여기서, H는 L 개의 혼성 복합체의 전체 길이이고, n은 N의 F O <열 전력 (thermopower) 전파와의 처음부터 끝까지 촬영 된 프레임의 수이며,/ 서브> 레코딩 프레임 레이트이다.
  8. 오실로스코프로부터의 출력 전압 데이터를 추출하고, 최대 피크 전압뿐 아니라 출력 전압 펄스로부터의 특정 전력을 계산. 단계 3에서 측정 한 전기 저항을 사용한다.
  9. 광학 고온계를 사용하여 온도 변화의 압축을 풉니 다.

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Representative Results

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 연소는 높은 엔탈피 피크르산이었다 (2,570 kJ의 / 몰), 아 지드 화 나트륨이 낮은 activat 때문에 초기 반응을위한 연료로서 사용하면서도 5b에 도시 된 바와 같이, 이온 에너지 (40 kJ의 / 몰). (5) 또한, 피크린산의 혼합물 / 아 지드 화 나트륨은 연소를 증폭 일차원 구조를 형성했다. (15)를 열 전력 (thermopower) 파 발생 장치의 제조, 고속 후에 현미경 시스템 기록 연소 전파 (그림 6). 주울 가열은 연소를 점화하고 신속 다중 벽 탄소 나노 튜브의 배향 방향에 따른 자기 전파 화학 반응으로 변형시켰다 (도 6a 및도 6b). 동시에 수반되는 전기 에너지로 변환 출력 - 전압 - 동기화 된 오실로스코프 (도 7)을 이용하여 획득. 점화에 사용되는 니켈 - 크롬 와이어 만 하이브리드 연료 합성 화합물을 접촉 및 외부 전기 신호로부터 잡음이 없었다. 대조 실험으로서, MWCNT 어레이를 사용하지 않고 화학적 연소 SA를 통해 조사 하였다나 절차. 이 연소에 대한 구체적인 방향은 확인되지 않았다. MWCNT 어레이를 사용하지 않은 경우에 또한, 전기 에너지 발생은 관찰되지 않았다.

그림 1
화학 연료와 다중 벽 탄소 나노 튜브의 하이브리드 복합 그림 1. 합성. () TCVD는 설정. 프리 스탠딩 필름 MWCNT의 (b) 방식. (C) 방식은 습식 함침 공정에 의해 합성 된 하이브리드 복합 재료,의. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2
열 전력 (thermopower) 파 발생 시료의 제조는도 2. 유리 페이스트 및 구리 테이프가 밀어기판으로서 사용하고, 각각 접속 노드. 연료 층 및 핵심 소재의 하이브리드 복합 재료는 열 전력 (thermopower) 파 소스로 사용된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3
그림 3. 실험 측정은 열 전력 (thermopower)의 파도 설정합니다. (A) 방식이 동기화 실험의 열 전력 (thermopower) 파도를 통해 충전 움직임을 보여주는, 설정합니다. 고속 현미경 시스템, 오실로스코프, 광학 고온계 및 점화 시스템 구성 (B) 폴리 카보네이트 실에서 실제 실험 장치. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.


그림 4. 확장 된 다중 벽 탄소 나노 튜브. (A) TCVD에 의해 합성 된 다중 벽 탄소 나노 튜브 어레이의 SEM 이미지. 개인 MWCNT의 (B) TEM 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5
화학 연료와 MWCNT 어레이의도 5 확장 혼성 복합체. 피크르산 / 아 지드 화 나트륨 / MWCNT 복합체, 및 (B) 피크르산의 일차원 응집 / 용매를 증발시킨 후, 나트륨 아 지드 (A)의 상세한 구조의 SEM 이미지. 주십시오 t의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오 그의 그림.

그림 6
열 전력 (thermopower) 전파를 통해 그림 6. 열 전파, 고속 현미경 시스템 (5000 프레임 / 초)를 사용하여 측정. (A) 단일 극성 (B) 무질서 극성 전기 에너지 생성과 함께 연소 전파의 스냅 사진. 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전을 확인합니다.

그림 7
파동 열 전력 (thermopower)로부터도 7의 전기 에너지 발생. (A) 단일 극성의 출력 전압, 및 (B) 극성 무질서.e.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 8
피크르산 / 아 지드 화 나트륨의 화학 연료 혼합물의 구조적 변화도 8 반응식. (A, B) 피크르산 / 아 지드 화 나트륨 및 나트륨 2,4,6- trinitrophenolate / 수소 아 지드 화학 구조 나 H +와 교환 후 + . (C) 도식은 주문, 한 차원 구조의 2,4,6- trinitrophenolate / 수소 아 지드의 화학 구조. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

하나의 극성에 열 전력 (thermopower) 파도 무질서 극성 열 전력 (thermopower) 파도
출력 전압 연료 / MWCNT 비율 전력 (kW / kg) 출력 전압 연료 / MWCNT 비율 전력 (kW / kg)
(MV) (MV)
1,062 4.19 417.72 (35) 36.59 0.11
(926) 4.19 30.57 (37) 36.59 0.027
1,980 4.19 143.6 (30) 36.59 0.016

출력 전압, 연료 / MWCNT 질량비 특정 전력 표 1. 개요.

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Discussion

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 전하 전송로 인해 무질서 극성의 경우.

화학 연료와 코어 마이크로 간의 질량비 / 나노 물질은 열 전력 (thermopower) 파도의 전반적인 특성을 결정할 수있다. 언급 된 바와 같이 (16, 17)를, 질량비가 사용 용액의 다양한 농도 및 양에 의해 제어 가능한 요소이다. 이 연구에서, 화학 연료와 코어 재료 간의 계면 영역은 적절한 인터페이스를 따라 안정 연쇄 반응을 촉진하고 효과적인 에너지 전달 (도 6a)에서 생성 된 제어 연소 전파를 제공 하였다. 반대로, 너무 많은 화학 연료와 안정한 연쇄 반응을 유지하는 것이 곤란하다. 열 전력 (thermopower) 파도와 높은 코어 재료의 경우,열전도 계면 영역에서 화학 연료 예열 열 에너지를 공급하고, 계면을 따라 활성화 에너지를 극복하여 인접 연료의 연소를 촉진한다. 과량의 화학 연료를 사용하는 경우에는, 상관없이 심재 따라 열 수송, 심재에서 멀리 화학 연료 오히려에서 유도 쇄 반응보다 화학 연료 내부 임의로 전달 반응에 의해 점화 될 수있다 인터페이스 (그림 6B). 이것은 여러 방향에서 연소뿐만 아니라 무질서 극성을 초래한다. 최적 질량비 과도한 화학 연료 비율을 비교 한 실험 결과를 표 1에 나타내었다. 1000 MV 위에 제조 4.19의 최적 질량비, 36.59의 과도한 질량비가 약 35 MV 생성한다.

또한, 화학 연료 조성물의 특정 변형을 촉진 할 수 enhan열 전력 (thermopower) 파의 가전의 에너지 변환. 기본적으로, 복합 재료의 하이브리드 화학 연료 조성물 및 중량비는 열 전력 (thermopower) 파도로부터 연소 전파에 강한 영향뿐만 아니라, 생성 된 전기 에너지를 갖는다. 우선, 다중 벽 탄소 나노 튜브 내부에 연료 혼합물의 일차원 집계 차 연료 및 나트륨 아 지드 (도 5)의 특정 조합에 의해 실현 될 수있다. 예를 들어, picramide 및 나트륨 아 지드 연료 혼합물의 어떠한 정렬 응집이 없었다. 피크르산 및 나트륨 아 지드 혼합하여 습윤 함침 과정에서 증발 될 때도 8에 도시 된 바와 같이, 그러나, 유도 화학 반응을 촉진 화학 연료의 새로운 구조를 합성 하였다. 피크르산과 아 지드 화 나트륨 혼합물, 피크르산에서 H + 이온 Figur (연료 층 2,4,6- 트리니트로 페녹 시드 및 나트륨 아 지드 화 수소 (H 3-N)를 형성하고, 아 지드 화 나트륨의 나트륨 + 이온과 교환 하였다벤젠 환 사이의 반 데르 발스 힘에 의해 유도 된 전자 8a 및도 8b에 동시에 적재). (18)는, 실린더 19,14 (도 8C)와 유사한 형태로, 일차원 응집 구조를 구축 하였다. 이는 열 전력 (thermopower) 파도로부터 새로운 화학적 화합물의 형성 음극 엔탈피 및 화학 연료의 일차원 배열 구조, 출력 전압 발생 및 연소 속도에 기인하는 것은 극적 10 배 이상으로 증폭 된 것을 확인 하였다. (20)

열 전력 (thermopower) 파도 마이크로 / 나노 구조 물질의 화학 열 - 전기 에너지 변환의 이해를 제공 할 수있다. 지금까지, 마이크로 / 나노 구조 재료의 연소에 대한 연구 노력의 대부분은 열 에너지 화학의 전환에 초점을 맞추고있다, 또는 기계적 에너지 화학에서; 이러한 장치의 예는 nanothermites을 포함마이크로 액츄에이터. 열 전력 (thermopower) 파도 동 전기 에너지의 발생을 고려하여 에너지 전환 이해를 확장 할 수있다. 또한, 열 전력 (thermopower) 파도는 광범위한 응용 가능성을 가지고있다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 혼성 복합체의 열 전력 (thermopower) 파의 전력 밀도가 다른 종래의 방법에 비해 매우 인상적이다. 따라서, 열 전력 (thermopower) 파 장치의 소형화를위한 높은 전력 에너지 원으로서 사용될 수있다. 열 전력 (thermopower) 파가 직접 전기 에너지로 폐열 연료 모두를 변환 할 수 있기 때문에, 그것은 폐기물 에너지 회수 장치의 새로운 형태로 개발 될 수있다. 또한, 화학 연료 및 마이크로 / 나노 구조 물질 사이의 계면에서 열 전파 연소를 통해 고체 물질 합성에 사용될 수있다. 그러나 극복하는 한 가지 제한이있다. 현재, 열 전력 (thermopower) 파도는 연소로 인해 전기 에너지의 펄스 출력을 생성합니다. 따라서, 에너지 수확 방법파동 열 전력 (thermopower)에서 펄스 ​​에너지 출력은 미래에 필요할 수있다. 반복적 핵심 소재로 화학 연료를 공급하는 특정 시스템의 개발은 열 전력 (thermopower) 파를 사용하는 애플리케이션에 유용 할 수있다.

요약하면, 우리는 화학 연료 및 마이크로 / 나노 물질의 혼성 복합체를 합성하고, 열 전력 (thermopower) 파 발생 장치를 제조하는 방법을 설명 하였다. 열 전력 (thermopower) 파의 연구를위한 실험 장치는 상세하게 설명하고있다. 또한, 중요한 전략은 열 전력 (thermopower) 파의 추가 개선이 실험 데이터와 함께 입증되었다 채택한다. 우리는이 작품은 열 전력 (thermopower) 파도에 관련 분야뿐만 아니라에 연소의 마이크로 / 나노 물질 내부의 화학 열 - 전기 에너지 변환을 이용하여 미래의 응용 프로그램의 개발을 조회 기여할 것으로 기대합니다.

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Disclosures

저자가 공개하는 게 없다.

Acknowledgments

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

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

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References

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공학 98 호 열 전력 (thermopower) 파 연소 카본 나노 튜브 화학 연료 열 수송 에너지 전환 피크르산
열 전력 (thermopower) 파도의 연구에서 화학 연료 및 다중 벽 탄소 나노 튜브의 하이브리드 복합 재료의 제조 및 평가
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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).

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