Многостенная углеродная нанотрубка. Результаты исследований зарубежных ученых и Виктора Петрика.
Группа ученых из Кореи и США обнаружила, что химическая реакция горения нанометрового слоя гексогена может проходить в 10 000 раз быстрее, если он окружает многостенную углеродную нанотрубку. Более того, одновременно с горением гексогена в нанотрубке возникает импульс напряжения, мощность которого в пересчете на единицу суммарной массы гексогена и нанотрубки может на порядок превосходить аналогичную величину, создаваемую в современных литий-ионных аккумуляторах. Описанный эффект, обнаруженный впервые, не укладывается в рамки классический теорий, связывающих тепловые и электрические явления. По мнению исследователей их открытие может найти применение как источник энергии для микро- и наномеханических устройств.
работу американских и корейских ученых Chemically driven carbon-nanotube-guided thermopower waves, опубликованную в журнале Nature Materials, безусловно, следует считать значительным прогрессом в области «нанотрубочной энергетики». Авторы статьи при помощи серии экспериментов обнаружили, что горение легко воспламеняющегося циклотриметилентринитрамина (более известного как гексоген) в присутствии многостенной углеродной нанотрубки генерирует в ней импульс электрического напряжения с неожиданно большой удельной мощностью (то есть мощностью на единицу суммарной массы гексогена и нанотрубки) - около 7 кВт/кг, что практически на порядок превосходит аналогичную характеристику, создаваемую при помощи литий-ионных аккумуляторов.
Эксперимент заключался в следующем: многостенная углеродная нанотрубка с заданными диаметром и длиной окружалась вдоль своей оси нанометровым (толщиной 7 нм) слоем гексогена (рис. 1). Полученная цилиндрическая гетероструктура с помощью лазерного луча или импульса электрического напряжения поджигалась на одном из своих концов.
Начиная с этого момента ученые фиксировали необычные явления, которые до них никто не наблюдал и которые, как оказалось, не укладываются в рамки существующих физических теорий, описывающих взаимосвязь между тепловыми и электрическими процессами. Прежде всего, авторы статьи отмечают, что возникающая в результате воспламенения гексогена тепловая волна (волна теплопроводности) распространялась преимущественно вдоль системы «углеродная нанотрубка - гексоген» в 10 тыс. раз быстрее, чем те же волны в чистом гексогене без нанотрубочной вставки. Можно сказать иначе: углеродная нанотрубка служила сильным катализатором химической реакции горения гексогена.
Но не на этом явлении акцентируют внимание исследователи в своей статье. Второй обнаруженный эффект был наиболее интересным и значимым. Оказалось, что одновременно с быстрым распространением тепловой волны происходило рождение импульса напряжения (рис. 2a-c), достигающего в некоторых экспериментах 210 мВ (милливольт) и отличающегося значительной (для системы с такими размерами) мощностью.
Наконец, и это самое важное, мощность импульса термоЭДС в пересчете на единицу суммарной массы гексогена и нанотрубки, оказалась очень высокой. Для некоторых систем эта величина превышала 7 кВт/кг (рис. 2d). Фактически в распоряжении ученых оказался хоть и крохотный, но очень мощный источник энергии. Интересно, что если сравнить энергетический выход современных литий-ионных аккумуляторов и таких вот «нанотрубочных генераторов», то последние имеют почти на порядок большую удельную мощность.
Однако не всё оказалось настолько радужным и перспективным. Дальнейшие эксперименты, проведенные авторами статьи, установили сильную обратную зависимость между суммарной массой нанотрубки и гексогена и удельной мощностью, вырабатываемой ими. Проще говоря, мощным «нанотрубочный генератор» является лишь тогда, когда его масса очень маленькая, и чем меньше она, тем лучше.
Со своей стороны мы бы хотели отметить, что графены являются перспективным материалом будущего. Российский академик РАЕН Виктор Иванович Петрик проводит исследования в области практического применения наноструктурных соединений углерода.
Одна из его пограмм исследований:
Промышленная технология производства наноуглеродных материалов, в частности, графенов и технологии на их основе.
Сегодня будущее нанотехнологий во многом связывают с графенами - следующей после фуллерена и нанотрубок экспериментально открытой аллотропной формой углерода. Графены - двумерные углеродные кристаллы проявляет рекордные характеристики по таким показателям как теплопроводность, удельное сопротивление, подвижность электронов и пр.
Разработана промышленная технология производства графенов способом холодной деструкции. Техническое решение способа заключается в том, что в межслоевые пространства графитовых структур заселяются высоко реакционные химические соединения способные под внешним воздействием (фотохимическим, механическим, химическим и др.) к экзотермическому взрывообразному разложению с последующим инициированием автокаталитического процесса распада соединения. Образующиеся в межслоевых пространствах газообразные продукты распада химического соединения разрушают углеродную матрицу с образованием отдельных двумерных углеродных кластеров, т.е. графенов.
На выставке "Иннотех 2009" Виктором Петриком был представлен преобразователь:
Низкотемпературный преобразователь тепловой энергии в электрическую.
Продемонстрировано устройство, предназначенное для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую. Преобразователь производит ЭДС от теплового возбуждения в диапазоне температур 5С - 50С. Эмиттером в таком элементе является пластина, спрессованная из графенов, имеющих аномально низкую работу выхода. В качестве электролита с низким потенциальным барьером применены ионные жидкости, а в качестве основы противоэлектрода используется металл из группы: алюминий, титан, гафний, цирконий, ниобий, тантал или молибден, покрытые металлом из группы платиноидов. Демонстрировалось многократное увеличение ЭДС при обогреве элемента бытовым термовентилятором.
источник: http://elementy.ru/news/431294 , http://victorpetrik.com/index.php?page=isledovanie ,
http://worldgold.livejournal.com/4924.html ,