science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Koolstof-nanobuisstrips benutten afvalwarmte

Cross-sectioneel scanning elektronenmicroscoopbeeld van de Ni/MWNT vrijstaande film.

Waar gewerkt wordt, is restwarmte, maar het onderzoek boekt vooruitgang in de richting van manieren om warmte te benutten, zodat deze energie niet wordt verspild. Apparaten voor het omzetten van warmte in mechanische energie en vervolgens in elektrische energie hebben bijzondere belangstelling gewekt omdat ze hogere spanningen produceren die beter kunnen presteren dan de thermo-elektrische apparaten van Seebeck, die warmte direct omzetten in elektrische energie. Echter, apparaten voor thermische naar mechanische energieconversie zijn tot nu toe groot geweest, zware en vereiste omvangrijke warmtebaden en bedrijfstemperaturen die aanzienlijk boven kamertemperatuur liggen. Nutsvoorzieningen, Takashi Ikuno, Tatsuo Fukano, Kazuo Higuchi en Yasuhiko Takeda hebben een eenvoudige 'bimorfe' strip ontwikkeld van slechts millimeters lang, die warmte omzet in mechanische energie bij temperaturen onder 100℃, en onder een temperatuurverschil van slechts 5℃.

De bimorfe strip is een vrijstaande film (FSF) met aan de ene kant een composiet van meerwandige koolstofnanobuisjes (MWNT) en aan de andere kant nikkel. Het nikkel zet veel gemakkelijker uit dan het MWNT-composiet, en dit zorgt ervoor dat de strip buigt wanneer deze in contact komt met een heet oppervlak. Wanneer de strook buigt, het nikkel beweegt weg van het hete oppervlak, waar het snel afkoelt vanwege de lage warmtecapaciteit van de strip. Bij koeling, de strip strekt zich uit in de richting van de hete plaat waar het opnieuw wordt verwarmd, en dus buigt en rekt het voortdurend, mechanische energie opwekken.

De lage massa en het kleine formaat van de bimorph-strip zijn de sleutel tot zijn hoge warmtegevoeligheid, en maakt het ook ideaal voor integratie in microdevices. De warmtegevoeligheid kan verder worden verbeterd door de koolstofnanobuisjes in de composietlaag uit te lijnen. De onderzoekers concluderen, "Wij zijn van mening dat de MWNT-FSF's die in deze studie zijn ontwikkeld, een van de bouwstenen kunnen zijn voor nano-apparaten voor energieconversie."