Tkane włókna nanorurek zdolne do przekształcania ciepła w energię

17 sierpnia 2021Recenzja: Alex Smith

Niewidzialne nanorurki mikrowęglowe, wciągane we włókna i wszyte w tkaniny, stały się generatorem termoelektrycznym, który może przekształcać ciepło słoneczne lub inne źródła w energię.

Fizyk Junichiro Kono z Uniwersytet Ryżowy Laboratorium skierowało zespół naukowców z Tokyo Metropolitan University (TMU) i Rice-Based Carbon Center do opracowania niestandardowych nanorurek i przetestowania ich potencjału w zastosowaniach na dużą skalę.

Niewielkie eksperymenty naukowców zaowocowały elastyczną, improwizowaną tkaniną bawełnianą, która zamienia ciepło w energię potrzebną do zasilania diody LED. Dodatkowe ulepszenia umożliwią materiałom tworzenie elementów budulcowych włókien, tekstylnej elektroniki i pozyskiwanie energii. Te same włókna nanorurek mogą służyć jako radiatory do skuteczniejszego chłodzenia wrażliwych urządzeń.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Połączenia z naturą.

Efekt wydawał się prosty, jakby jedna strona materiału ferroelektrycznego była gorętsza od drugiej, generowała energię. Ciepło może pochodzić ze słońca lub z innych urządzeń, takich jak płyty grzewcze używane w eksperymencie tekstylnym. W inny sposób dodanie energii może zachęcić materiał do schłodzenia gorętszej strony.

Jak dotąd duże plastikowe klastry nanomateriałów nie wykazały wymaganego „gigantycznego współczynnika mocy”, który wynosi 14 MW/mK.². Jest to wartość, którą badacze Rice zidentyfikowali we włóknach z nanorurek węglowych.

Współczynnik mocy mówi, jaką gęstość energii można uzyskać z substancji przy danej różnicy temperatur i gradiencie temperatur.

Natsume Komatsu, główny autor badania i doktorant na Rice University

Według Komatsu współczynnik mocy materiału to połączony efekt, który uzyskuje się z przewodności elektrycznej i współczynnika Seebecka, który jest miarą potencjału konwersji różnic termicznych na energię elektryczną.

„Doskonała przewodność elektryczna tych włókien była jedną z głównych cechKomatsu dodał: Źródło tej supermocy jest również związane z dostrajaniem energii Fermiego tkwiącej w nanorurkach, właściwości, która określa potencjał elektrochemiczny.

Naukowcom udało się regulować energię Fermiego poprzez chemiczną aktywację nanorurek przekształconych we włókna w laboratorium Rice University współpracującym z Matthew Pasquale, współautorem i inżynierem chemicznym i biomolekularnym, umożliwiając naukowcom precyzyjne dostrojenie właściwości elektronicznych włókien.

Podczas gdy testowane włókna były cięte na centymetry, Komatsu stwierdziła, że ​​nie ma dowodów sugerujących, że urządzenia nie mogą wykorzystywać wyjątkowych włókien nanorurek z laboratorium Pasquale, które są skręcone na ustalone długości.

Bez względu na to, gdzie są mierzone, mają tę samą bardzo wysoką przewodność elektryczną. Kawałek, który zmierzyłem, był tylko mały, ponieważ moja konfiguracja nie jest w stanie zmierzyć 50 metrów włókna.

Natsume Komatsu, główny autor badania i doktorant na Rice University

Pasquali jest dyrektorem Carbon Hub, który promuje ekspansję rozwoju wodoru i węgla w sposób, który zmienia również globalne sposoby wykorzystania węglowodorów kopalnych.

Włókna z nanorurek węglowych pozostają na stałej ścieżce wzrostu i okazują się przydatne w coraz większej liczbie zastosowań. Zamiast marnować węgiel spalając go w dwutlenku węglai Możemy to naprawić jako użyteczny materiał, który ma dodatkowe korzyści dla środowiska w wytwarzaniu i transporcie energii elektrycznej.

Matteo Pasquale, współautor badania oraz inżynier chemik i biomolekular, Rice University

Dopiero okaże się, czy nowe badania przyniosą panel słoneczny, który ludzie będą mogli wrzucić do pralki, ale Kono zgodził się, że technologia ma ogromne i zróżnicowane możliwości.

„Nanorurki istnieją od 30 lati i naukowoi Dużo wie. Ale aby tworzyć urządzenia ze świata rzeczywistego, potrzebujemy mikroskopowo ułożonych lub krystalicznych zespołów. Oto rodzaje próbek nanorurek, których użył Mathieu„Grupa i moja grupa mogą zrobići Możliwości zastosowań jest wiele, wieleWspomniał Pasquale.

Współautorami badania są doktoranci Rice, Oliver Dewey, Lauren Taylor, Mitchell Trafford i Jeff Weimer, profesor nadzwyczajny inżynierii mechanicznej. Yuta Ichinose, profesor Yohei Yomogida i profesor Kazuhiro Yanagi z Tokyo Metropolitan University.

Kono jest profesorem inżynierii Karla F. Hasselmanna i profesorem elektrotechniki, inżynierii komputerowej, fizyki, astronomii, materiałoznawstwa i nanoinżynierii. Pasquali jest profesorem inżynierii chemicznej i biomolekularnej AJ Hartsook oraz profesorem chemii, materiałoznawstwa i nanoinżynierii.

Badanie to było wspierane finansowo przez Program Podstawowych Nauk o Energii Departamentu Energii, Narodową Fundację Naukową, Fundację Roberta A. Welcha, Japońskie Towarzystwo Postępu Naukowego, Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych oraz Departament Obrony.

Tkane nanorurki tworzą termogeneratorgra