Abstract
Cuando se enciende un combustible químico en una cierta posición en un material compuesto híbrido del combustible y un material / nanoestructurado micro, la combustión química se produce a lo largo de la interfaz entre los materiales de combustible y el núcleo. Al mismo tiempo, los cambios dinámicos en los potenciales térmicas y químicas a través de los materiales micro / nanoestructurados como resultado concomitante de generación de energía eléctrica inducida por la transferencia de carga en la forma de un impulso de tensión de alta potencia. Demostramos todo el procedimiento de una ola experimento thermopower, de la síntesis de la evaluación. Deposición de vapor químico térmico y el proceso de impregnación húmeda se emplean respectivamente para la síntesis de una matriz de nanotubos de carbono de pared múltiple y un compuesto híbrido de la azida de ácido / sodio pícrico / nanotubos de carbono de pared múltiple. Los materiales compuestos híbridos preparados se utilizan para fabricar un generador de ondas thermopower con electrodos de conexión. La combustión del material compuesto híbrido se inicia por calentamiento Joule-láser o calefacción, y THe correspondiente propagación de combustión, generación directa de energía eléctrica, y en tiempo real los cambios de temperatura se miden usando un sistema de alta velocidad de microscopía, un osciloscopio y un pirómetro óptico, respectivamente. Por otra parte, las estrategias fundamentales que deben adoptarse en la síntesis del compuesto híbrido y el inicio de su combustión que mejoran la transferencia total de energía de la onda thermopower se proponen.
Introduction
Combustibles químicos tienen muy alta densidad de energía y han sido ampliamente utilizados como fuentes de energía útil en una amplia gama de aplicaciones de microsistemas para macrosistemas. 1 En particular, muchos investigadores han tratado de utilizar combustibles químicos como fuente de energía para la próxima generación de micro / nanosistemas . tecnologías basadas en 2 Sin embargo, debido a la dificultad en la integración de componentes de conversión de energía en muy pequeños espacios en micro / nanodispositivos, hay limitaciones fundamentales a la conversión de combustibles químicos en energía eléctrica. Por lo tanto, la combustión de combustibles químicos principalmente se ha empleado para la producción de energía química o mecánica en micro / nanodispositivos tales como nanotermita o microactuadores. 1,3
Ondas-a thermopower conversión de energía de nuevo desarrollo concepto han atraído considerable atención como un método para convertir la energía química de un combustible directamente a eno eléctricaRGY sin utilizar ningún componente de conversión. 4,5 olas thermopower se pueden generar utilizando un compuesto híbrido de un combustible químico y un material micro / nanoestructurado. 5 Cuando se enciende el combustible químico en una cierta posición en un material compuesto híbrido, la combustión química ocurre a lo largo la interfaz entre el combustible químico y el material de micro / nanoestructurado. Al mismo tiempo, los cambios dinámicos en los potenciales térmicas y químicas de todo el resultado material micro / nanoestructurado núcleo en concomitante de generación de energía eléctrica inducida por la transferencia de carga en la forma de un impulso de tensión de alta potencia. Se ha demostrado que diversos materiales micro / nanoestructuras como los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNTs) 4-6 y ZnO, 7 Bi 2 Te 3, 8 Sb 2 Te 3, 9 y MnO 2 10 materiales micro / nanoestructuradas permiten composites híbridos para utilizar las ondas termoeléctricas y mostrar química-térmica electri-conversión de energía cal. En concreto, los materiales básicos con un alto coeficiente Seebeck permiten la generación de voltajes de salida únicamente de la combustión se propaga. Sin embargo, otros parámetros relacionados con materiales compuestos idénticos, como la mezcla de combustibles químicos, relación de masa de combustible / core-materiales, el proceso de fabricación, y las condiciones de ignición afectan críticamente las propiedades generales de las ondas termoeléctricas.
Aquí, nos muestran cómo los procesos de fabricación, la formación de un combustible químico alineados, y la relación de masa de materiales / núcleo de combustible afectan el rendimiento de onda thermopower. Sobre la base de una matriz de MWCNT térmica fabricado por deposición química de vapor (TCVD), se muestra cómo se prepara un compuesto híbrido de un combustible químico y MWCNTs para la generación de energía de las olas thermopower. Diseño de la configuración experimental que permite la evaluación de la conversión de energía se introduce a lo largo con las correspondientes mediciones experimentales para los procesos de combustión tales como propagatien y la generación directa de energía eléctrica. Por otra parte, hemos demostrado que la polaridad de distribución descrito por la tensión de salida dinámica y pico específica determina el poder-crucialmente la conversión de la energía eléctrica. Este estudio proporcionará estrategias específicas para mejorar la generación de energía, y ayudará en la comprensión de la física subyacente de las ondas termoeléctricas. Por otra parte, el proceso de fabricación y los experimentos descritos aquí le ayudarán en la ampliación de las oportunidades de investigación en ondas termoeléctricas, así como en la conversión de energía química térmica-eléctrica.
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Protocol
1. Síntesis de alineación vertical de múltiples paredes nanotubos de carbono (VAMWCNTs)
- Preparación de la oblea y la deposición de capas de catalizador
- Preparar una de tipo n (100) oblea de Si.
- Depositar un 250-nm de espesor capa de SiO 2 en la oblea de Si mediante oxidación térmica o métodos alternativos, tales como pulverización catódica. Inyectar 200 sccm de O 2 durante 3 h 20 min a 1000 ° C en un horno horizontal.
- Al utilizar mayor 2 O 3 (99,9%) como un multi-bombardeo iónico (fuente de RF: 1000 W) fuente y depositar un 10 nm de espesor Al 2 O 3 (99,9%) de capa en la capa de SiO 2. Utilice una velocidad de deposición lenta de 10 nm / min con una presión de deposición de 2 × 10 -2 mbar.
- Utilice mayor Fe (99,9%) como una fuente mediante el empleo de un evaporador de haz de electrones, y depositar una capa de 1 nm de espesor Fe en la capa de Al 2 O 3. Utilice una velocidad de deposición lenta de ~ 0.1 nm / seg con una presión de deposición de 5 × 10 -6 Torr. Cortar la Fe / Al 2 O 3 / SiO2 / oblea de Si a un tamaño de 28 mm x 15 mm utilizando una punta de trazar diamante.
Nota: Dependiendo del tamaño deseable de la matriz VAMWCNT, el tamaño de la Fe / Al 2 O 3 / SiO2 / oblea de Si se puede variar.
- Síntesis de la matriz MWCNT por TCVD y preparación de los bosques MWCNT independiente.
- Coloque la Fe / Al 2 O 3 / SiO2 / oblea de Si en el centro de un barco de cuarzo que tiene unas dimensiones de 120 mm x 30 mm.
- Coloque la navecilla de cuarzo en el interior del tubo de cuarzo de 2 pulgadas de la configuración de TCVD (Figura 1A).
- Inyectar 900 sccm de gas Ar durante 10 min en condiciones ambientales para eliminar el aire y llenar el tubo de cuarzo 2 pulgadas con Ar.
- Inyectar 600 sccm de gas Ar y 400 sccm de H 2 de gas, mientras que el aumento de temperatura en el horno de 25 ° C a 750 ° C en 30 min.
- Inyectar 100 sccm de gas Ar y 400 sccm de H 2 gas a 750 ° C durante 10 minutos para formular nanopartículas Fe como raíces de MWCNTs.
- Inyectar 100 sccm de gas Ar, 368 sccm de H 2 gas, y 147 sccm de etileno (C 2 H 4) de gas a 750 ° C durante 280 min. Simultáneamente, aplique calentamiento Joule en la entrada del tubo de cuarzo por filamento de tungsteno (voltaje: 0.8 V, corriente: 15 A) para promover la descomposición de C 2 H 4 gas para actuar como una fuente de carbono. Estas fuentes de carbono se unen a nanopartículas de Fe sobre obleas de Si y transformados en CNTs.
- Detener la inyección de gas H2 y C 2 H 4 gas, y apague el horno. Durante este procedimiento, se inyecta continuamente 100 sccm de gas Ar hasta que la temperatura de la oblea cae por debajo de 60 ° C.
- Saque MWCNTs sobre la oblea. Separar con cuidado el conjunto MWCNT de la oblea para obtener libre de pie bosques MWCNT (longitud: 3.6 mm) (Figura 1B).
- Preparación de combustibles químicos
- Preparar una solución de sodio y ácido pícrico (2,4,6-trinitro fenol) azida (NaN 3).
- Evaporar la solución de ácido pícrico para obtener polvo de ácido pícrico (1 atm, 25 ° C, durante 24 horas). Mida 6 g del polvo de ácido pícrico y disolver en 100 ml de acetonitrilo (262 mm).
- Medida de 6 g del polvo de azida de sodio y disolver en 100 ml de agua desionizada (DI) (923 mM).
- Preparar una solución de sodio y ácido pícrico (2,4,6-trinitro fenol) azida (NaN 3).
- Síntesis y caracterización de compuestos híbridos a través de impregnación húmeda
- Mida la masa de un bosque MWCNT individuo con una microbalanza y confirmar las estructuras alineadas de la selva MWCNT por SEM (Figura 4A). Utilice una tensión de 15 kV y un aumento de 1,200X. Compruebe si la estructura alineado se mantiene en todo el bosque MWCNT.
- Añadir 25 l de 262 mM solución de ácido pícrico en top del bosque MWCNT para permitir que el combustible penetre en los poros de la selva. Deja la muestra como está para 30 minutos para reducir el tamaño del array película, y permiten que el ácido pícrico penetre completamente los poros hasta que todo se haya evaporado acetonitrilo del bosque (Figura 1C).
Nota: Dependiendo de la relación entre el objetivo de combustible químico y variedad MWCNT, modificar la concentración y cantidad de la solución de ácido pícrico. - Sumergir los bosques MWCNT recubiertos con ácido pícrico en 25 l de solución de azida de sodio 923 mM para formar fenóxido de sodio de 2,4,6-trinitro y azida de hidrógeno (capa de combustible) por impregnación húmeda. Deja la muestra durante 30 minutos hasta que todos los disolventes se evaporan.
Nota: Dependiendo de la relación entre el objetivo de combustible químico y variedad MWCNT, puede modificar la concentración y cantidad de la solución de azida de sodio. - Medir la masa de un compuesto híbrido individual de combustible y MWCNTs con una microbalanza, y comparar la masa final para calcular la relación de masas dela capa de combustible y MWCNTs.
en donde M y M h m son la masa del material compuesto híbrido individual y película MWCNT individual, respectivamente. - Confirmar las estructuras alineadas de material compuesto híbrido de combustible y MWCNTs por SEM (Figura 5A). De acuerdo con las instrucciones del fabricante, bajar la presión para las condiciones de funcionamiento y aumentar la ampliación hasta la agregación química del combustible se observa claramente en el bosque MWCNT alineados. Compruebe la forma de agregación de combustible en MWCNTs.
3. Fabricación de thermopower Wave Generator (Figura 2)
- Adjuntar cintas de cobre a ambos extremos de un portaobjetos de vidrio para actuar como electrodos para la conexión con un osciloscopio, que mide la tensión de salida directa de la ola thermopower.
- Conecte las cintas de cobre a ambos extremos del composite híbrido a través de un pas de platagotita TE. Deja la muestra hasta la pasta de plata se vuelve duro y la conexión es fija.
- Utilice un multímetro para medir la resistencia eléctrica del material compuesto híbrido.
4. La medición de las ondas termoeléctricas (Figura 3)
- En el interior de una cámara de policarbonato, fijar el generador de ondas thermopower sobre la mesa óptica con abrazaderas de seguridad.
- Utilice pinzas de cocodrilo para conectar los electrodos de cobre al osciloscopio para la medición del voltaje de salida.
- Establecer un sistema de microscopía de alta velocidad [componentes: una cámara de alta velocidad (> 5000 cuadros / seg), objetivo macro (105 mm de la lente / f2.8) y una lámpara LED] para grabar la propagación de la combustión del generador. Coloque y encienda la lámpara LED para la grabación clara con imágenes de alta resolución en frente del generador de ondas thermopower. Ajuste la velocidad de grabación más de 5000 cuadros / seg.
- Publicar un pirómetro óptico en una posición específica para registrar en tiempo real los cambios en la temperaturadel material compuesto híbrido.
- Aplicar o bien la irradiación con láser o calentamiento Joule para encender el combustible químico en el material compuesto híbrido.
- Enfoque de láser (<1,000 mW) en una posición específica en el material compuesto híbrido. Mantener el foco durante unos segundos hasta que se inicie la combustión en el generador de ondas thermopower.
- Preparar una fuente de alimentación de alta corriente y un alambre de níquel-cromo. Conecte el cable a una fuente de alimentación de alta corriente (condiciones de funcionamiento: 5 V y 3 A), y calentar un alambre de níquel. Haga contacto suave entre el alambre de níquel calentado y combustible químico en el composite híbrido hasta que se inicia la combustión en el generador de ondas thermopower.
- Encienda la configuración de la medición, que consiste en un sistema de alta velocidad de microscopía, un osciloscopio y un pirómetro óptico, cuando una onda thermopower se lanza por el generador.
- Configuración de la velocidad de grabación (5000 cuadros / seg) en la cámara de alta velocidad. Activación de grabación en el inicio de thermopola propagación de ondas wer. Instantáneas grabadas con imágenes fotográficas de alta velocidad con el sistema de microscopía de alta velocidad, y extraer el número de fotogramas grabados de principio a fin de la propagación de ondas thermopower (# número total de fotogramas).
- Registrar la señal de tensión desde el principio hasta el final de la propagación de ondas thermopower utilizando el osciloscopio. Extraer el pulso de tensión de salida (V).
- Enfoque el pirómetro óptico en la posición específica en un composite híbrido, el cual indica las zonas de destino, y medir los cambios dinámicos en la temperatura (° C).
- Calcular la velocidad de propagación de reacción mediante la extracción de la posición frontal de reacción a marcos individuales en el sistema de microscopía de alta velocidad.
donde, l h es la longitud total del material compuesto híbrido, n f es el número de fotogramas grabados de principio a fin de la propagación de ondas thermopower, yn o </ Sub> es la velocidad de grabación. - Extraer los datos de voltaje de salida desde el osciloscopio y calcular la tensión de pico máximo, así como la potencia específica del pulso de voltaje de salida. Utilice la resistencia eléctrica que se midió en el Paso 3.
- Extraer el cambio de temperatura utilizando el pirómetro óptico.
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Representative Results
La matriz MWCNT alineados, como un material nanoestructurado del núcleo para las ondas termoeléctricas, fue sintetizado por TCVD, 11-13 como se muestra en la Figura 4A. El diámetro de MWCNTs como adultos es 20 a 30 nm (Figura 4B). El compuesto híbrido alineado de los ácido / azida de sodio / MWCNTs pícrico se muestra en la Figura 5A. Este compuesto fue sintetizado por el proceso de impregnación húmeda, 14 como se describe en la sección de protocolo. Con el fin de formar una interfaz entre el combustible químico y MWCNTs, ácido pícrico se disolvió en acetonitrilo (un disolvente de baja energía superficial), para permitir la penetración dentro de la matriz de MWCNT. Además, mientras que la azida sódica se disolvió en agua DI para formar una capa fina para facilitar la ignición. El combustible químico se compone de dos productos químicos: el combustible químico principal era ácido pícrico con una alta entalpía de combustión (2.570 kJ / mol), mientras que la azida sódica se utiliza como combustible para la reacción inicial debido a su baja activatenergía iónica (40 kJ / mol). 5 Por otra parte, la mezcla de ácido pícrico / azida de sodio forma una estructura unidimensional que amplifica la combustión, como se muestra en la Figura 5B. 15 después de la fabricación del generador de ondas thermopower, la alta velocidad sistema de microscopía registrado propagación de combustión (Figura 6). Joule-calefacción encendió la combustión, y se transformó rápidamente como una reacción química auto-propagación a lo largo de la dirección alineada de MWCNTs (Figura 6a y 6b). Simultáneamente,-como la conversión de una salida de tensión-fue obtenido de energía eléctrica concomitante usando el osciloscopio sincronizada (Figura 7). El alambre de níquel-cromo utilizado para el encendido sólo en contacto con el compuesto de combustible en el material compuesto híbrido, y no había ninguna perturbación de la señal eléctrica externa. Como un experimento de control, la combustión química sin necesidad de utilizar la matriz MWCNT se investigó a través de la same procedimientos. Se confirmó que no había ninguna dirección específica para la combustión. Por otra parte, no se observó la generación de energía eléctrica cuando no se utilizó la matriz MWCNT.
Figura 1. Síntesis de compuestos híbridos de combustible químico y MWCNTs. (A) TCVD creó. (B) Esquema de una película MWCNT independiente. (C) Esquema de los composites híbridos, sintetizados por el proceso de impregnación húmeda. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Producción de la muestra generador de ondas thermopower. Deslice la cinta pasta de cobre de cristal y plata sonutilizado como un sustrato y nodo de conexión, respectivamente. Composites híbridos de capas de combustible y materiales del núcleo se utilizan como fuentes de ondas thermopower. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Medida experimental creada por ondas termoeléctricas. (A) Esquema de la experimental sincronizado configurado, se reflejen los movimientos de carga a través de ondas termoeléctricas. (B) montaje experimental real en una cámara de policarbonato, que consiste en un sistema de microscopía de alta velocidad, un osciloscopio, un pirómetro óptico, y un sistema de encendido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Imagen SEM de una matriz de MWCNT sintetizado por TCVD Figura 4. extendida MWCNTs. (A). (B) Imagen TEM de un MWCNT individual. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5. composites híbridos extendidas de combustible químico y la matriz. MWCNT imágenes de SEM de (A) estructuras detalladas de ácido pícrico / azida de sodio / composite MWCNT, y (B) agregación unidimensional de ácido pícrico / azida de sodio después de la evaporación del disolvente. Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de t su figura.
Figura 6. propagación de la onda térmica a través de ondas termoeléctricas, medida con sistema de microscopía de alta velocidad (5000 cuadros / seg). Las instantáneas de la propagación de la combustión acompañada de la generación de energía eléctrica en (A) sola polaridad y (B) la polaridad desordenada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7. generación eléctrica energía de las olas termoeléctricas. Los voltajes de salida en (A) sola polaridad, y (B) la polaridad desordenada.e.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8. Esquema de cambios estructurales en las mezclas de combustible químicas de ácido pícrico / azida de sodio. (A, B) Las estructuras químicas de ácido / azida de sodio pícrico y sodio de 2,4,6-trinitrophenolate azida / hidrógeno después de intercambio de Na + y H + . (C) Esquema de la estructura química de 2,4,6-trinitrophenolate azida / hidrógeno en orden, estructura unidimensional. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Ondas termoeléctricas en una sola polaridad | Ondas termoeléctricas en una polaridad desordenada | ||||
| Tensión de salida | Relación combustible / MWCNT | Potencia (kW / kg) | Tensión de salida | Relación combustible / MWCNT | Potencia (kW / kg) |
| (MV) | (MV) | ||||
| 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 |
Tabla 1. Resumen de la tensión de salida, relación de masa de combustible / MWCNT y potencia específica.
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Discussion
Los protocolos de los experimentos de ondas termoeléctricas implican pasos críticos que permiten la propagación de onda térmica ideal, así como la generación de energía eléctrica. En primer lugar, la posición específica de la ignición y la transferencia correspondiente reacción son factores importantes en el control de la conversión de energía de las olas termoeléctricas. De encendido en un extremo del material compuesto híbrido lanzó guiado de combustión a lo largo de las interfaces entre los materiales del núcleo y combustibles químicos en una dirección. Sin embargo, el encendido en cualquier otra posición genera ondas termoeléctricas bidireccionales que fueron transferidos a ambos extremos, lo que resulta en la cancelación de los portadores de carga en las direcciones opuestas, así como el transporte térmico desordenado dentro de los materiales del núcleo. Como se muestra en la Figura 7A, el encendido en un extremo produce la energía eléctrica de polaridad única; Sin embargo, el encendido en la posición central a la propagación de la combustión de dos direccional, y la polaridad desordenada en el voltios de salidala edad (Figura 7B). Además, sola polaridad en ondas termoeléctricas resultó en una tensión de salida pico que era más de cinco veces mayor que en el caso de la polaridad desordenada debido a la transferencia de carga acelerado por ondas térmicas continuas sin la cancelación de cargos.
La relación de masas entre el combustible químico y el núcleo micro / nanomateriales puede determinar las características generales de las ondas termoeléctricas. 16,17 Como se ha mencionado, la relación de la masa es un factor controlable debido a la concentración variable y la cantidad de solución utilizada. En este estudio, las zonas interfaciales adecuada entre el combustible químico y material de núcleo promueve una reacción en cadena estable a lo largo de la interfaz y proporcionan propagación combustión controlada, resultando en la transferencia de energía eficaz (Figura 6A). Por el contrario, es difícil mantener una reacción en cadena estable con combustible químico demasiado. En el caso de ondas termoeléctricas, el material del núcleo con un altoconductividad térmica suministra la energía térmica de precalentamiento para el combustible químico en las zonas interfaciales, y promueve la combustión del combustible vecino mediante la superación de la energía de activación a lo largo de la interfaz. Sin embargo, cuando se utiliza el exceso de combustible químico, independientemente de el transporte térmico a lo largo de los materiales del núcleo, el combustible químico que está lejos de ser el material del núcleo puede ser encendido debido a la reacción propagada de forma aleatoria dentro de la química del combustible en lugar de la reacción de cadena guiada a la interfaz (Figura 6B). Esto da lugar a la combustión en múltiples direcciones, así como la polaridad desordenada. Los resultados experimentales que comparan las relaciones de masas y proporciones óptimas de combustible químico excesivo se resumen en la Tabla 1. Una relación de masa óptima de 4,19 producido más de 1000 mV, mientras que una relación de masa excesiva de 36,59 generado sólo alrededor de 35 mV.
Por otra parte, la modificación específica de la composición de combustible químico puede promover Enhance la conversión de energía en la onda thermopower. Básicamente, la composición de combustible química y la relación de masa en materiales compuestos híbridos tienen una fuerte influencia sobre la propagación de la combustión, así como la generación de energía eléctrica a partir de ondas termoeléctricas. En primer lugar, las agregaciones unidimensionales de mezclas de combustible en su interior MWCNTs se pueden realizar por una combinación especial de un combustible primario y azida de sodio (Figura 5). Por ejemplo, no hubo agregación alineada de las mezclas de combustible de picramide y azida de sodio. Sin embargo, cuando el ácido pícrico y azida sódica se mezclaron y se evapora durante el proceso de impregnación húmeda, se sintetizó una nueva estructura de un combustible químico que promueve la reacción química guiada, como se muestra en la Figura 8. En el ácido de sodio y mezcla de azida pícrico, el ion H + en ácido pícrico se intercambió con el ion Na + en azida de sodio, formando fenóxido de sodio de 2,4,6-trinitro y azida de hidrógeno (H-N 3) en la capa de combustible (Figure 8A y 8B). 18 Al mismo tiempo, el apilamiento, que son inducidas por las fuerzas de van der Waals entre los anillos de benceno, construidos unidimensional estructuras agregadas, con formas similares a un cilindro de 19,14 (Figura 8C). Se confirmó que, debido a la entalpía negativa de formación del nuevo compuesto químico y las estructuras unidimensional alineadas de los combustibles químicos, la generación de tensión de salida y la velocidad de combustión de las ondas termoeléctricas se amplificaron dramáticamente por más de 10 veces. 20
Ondas thermopower pueden proporcionar una comprensión de la conversión de energía química térmica eléctrica en materiales micro / nanoestructurados. Hasta ahora, la mayoría de los esfuerzos de investigación sobre la combustión en los materiales micro / nanoestructurados se han centrado en la conversión de química en energía térmica, o de química en energía mecánica; Algunos ejemplos de estos dispositivos incluyen nanotermita ymicroactuadores. Ondas termoeléctricas pueden ampliar la comprensión de las conversiones de energía con la consideración de dinámica de generación de energía eléctrica. Por otra parte, las ondas termoeléctricas tienen amplias aplicaciones potenciales. Como se muestra en la Tabla 1, la densidad de potencia de las ondas termoeléctricas en un material compuesto híbrido es bastante impresionante en comparación con otros métodos convencionales. Por lo tanto, las ondas termoeléctricas pueden ser utilizados como una fuente de energía de alta potencia para los dispositivos miniaturizados. Además, puesto que las ondas termoeléctricas son capaces de convertir directamente tanto calor residual y el combustible en energía eléctrica, que puede ser desarrollado como un nuevo tipo de sistema de recuperación de energía residual. Por otra parte, la propagación de la onda térmica en la interfaz entre el combustible químico y los materiales micro / nanoestructurados se puede utilizar para la síntesis de materiales sólidos a través de la combustión. Sin embargo, hay una limitación a superar. Actualmente, las ondas termoeléctricas sólo producen una salida de impulsos de energía eléctrica debido a la combustión. Por lo tanto, un método de recolección de energía parala salida de energía de pulso de las ondas termoeléctricas puede ser necesaria en el futuro. El desarrollo de un sistema específico que suministra repetidamente un combustible químico de los materiales del núcleo puede ser útil para aplicaciones que utilizan ondas termoeléctricas.
En resumen, hemos descrito métodos para sintetizar un compuesto híbrido de un combustible químico y micro / nanomateriales, y para la fabricación de un generador de onda thermopower. La configuración experimental para el estudio de las ondas termoeléctricas ha sido explicado en detalle. Por otra parte, las estrategias fundamentales que deben adoptarse para su posterior mejora de las ondas termoeléctricas han demostrado junto con los datos experimentales. Esperamos que este trabajo podría contribuir a la investigación campos relacionados con las ondas termoeléctricas, así como para el desarrollo de futuras aplicaciones que utilizan la conversión de energía química térmica-eléctrica en el interior micro / nanomateriales en la combustión.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Este trabajo fue apoyado por el Programa de Investigación en Ciencias Básicas a través de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF), financiado por el Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología (NRF-2013R1A1A1010575), y por el programa de Nano I + D a través de la Corea Ciencia e Ingeniería de la Fundación financiado por el Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología (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 |
References
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