Diese Arbeit wurde von der Basic Science-Research-Programm durch die National Research Foundation of Korea (NRF), die vom Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Technologie (NRF-2013R1A1A1010575) und durch Nano FuE-Programm durch die Korea Science and Engineering Foundation finanziert unterstützt durch das Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Technologie (NRF-2012M3A7B4049863).

1. Synthese von vertikal ausgerichteten Multi-Walled Carbon Nanotubes (VAMWCNTs) <ol><li> Herstellung der Wafer und die Ablagerung von Katalysatorschichten <ol><li> Vorbereiten eines n-Typ (100) Si-Wafer. </li><li> Abscheidung einer 250 nm dicken SiO 2 -Schicht auf dem Si-Wafer durch thermische Oxidation oder alternative Verfahren, wie Sputtern. Injizieren 200 sccm O 2 für 3 h 20 min bei 1000 ° C in einem Horizontalofen. </li><li> Verwenden Schütt Al 2 O 3 (99,9%) als Mehr Sputtern (RF-Leistung: 1000 W) Quelle und Abscheidung einer 10 nm dicken Al 2 O 3 (99,9%) -Schicht auf der SiO 2 -Schicht. Verwenden einen langsamen Abscheidungsrate von 10 nm / min mit einem Abscheidungsdruck von 2 × 10 -2 mbar. </li><li> Verwenden Schütt Fe (99,9%) als Quelle durch Verwendung eines E-Strahl-Verdampfer und Abscheidung einer 1 nm dicken Fe-Schicht auf der Al 2 O 3 Schicht. Verwenden einen langsamen Abscheidungsrate von ~ 0,1 nm / s mit einem Abscheidungsdruck von 5 × 10 -6 Torr. </li&gt; <li> Schneiden Sie das Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si-Wafer mit einem 28 mm × 15 mm Größe mit einer Diamantritz. Hinweis: Je nach der gewünschten Größe des VAMWCNT Array kann die Größe des Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si-Wafers variiert werden. </li></ol></li><li> Synthese von MWCNT Array TCVD und Vorbereitung von freistehenden MWCNT Wälder. <ol><li> Platzieren Sie die Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si-Wafer mittig in einem Quarzschiffchen, das Abmessungen von 120 mm × 30 mm hat. </li><li> Stellen Sie das Quarzboot in der 2-Zoll-Quarzrohr des TCVD Setup (Abbildung 1A). </li><li> Injizieren Sie 900 sccm Ar-Gas für 10 Minuten bei Umgebungsbedingungen an der Luft zu entfernen, und füllen Sie den 2-Zoll-Quarzrohr mit Ar. </li><li> Injizieren 600 sccm Ar-Gas und 400 sccm H &amp; sub2; -Gas während zunehmender Temperatur in dem Ofen von 25 ° C bis 750 ° C in 30 min. </li><li> Injizieren 100 sccm Ar-Gas und 400 sccm H 2 gas bei 750 ° C für 10 min auf Fe-Nanopartikeln als Wurzeln MWCNTs formulieren. </li><li> Injizieren 100 sccm Ar-Gas, 368 sccm H &amp; sub2; -Gas und 147 sccm Ethylen (C 2 H 4) Gas bei 750 ° C für 280 min. Gleichzeitig gelten Joulesche Erwärmung am Eingang der Quarzröhre durch Wolframfaden (Spannung: 0,8 V, Stromstärke: 15 A), um die Zersetzung von C 2 H 4 -Gas zu fördern, um als Kohlenstoffquelle dienen. Diese Kohlenstoffquellen sind Fe-Nanopartikeln auf Si-Wafer befestigt und in CNTs umgewandelt. </li><li> Stoppen Sie die Injektion von H 2 -Gas und C 2 H 4 Gas, und schalten Sie den Ofen. Während dieses Verfahrens kontinuierlich einzuspritzen 100 sccm Ar-Gas, bis die Temperatur des Wafers fällt unter 60 ° C. </li><li> Nehmen Sie MWCNTs auf dem Wafer. Trennen Sie vorsichtig die MWCNT Array aus dem Wafer zu freistehenden MWCNT Wälder (Länge: 3-6 mm) zu erhalten (Abbildung 1B). </li></ol></li></ol><ol><li> Herstellung von chemischen Brennstoffen <ol><li> Bereiten Sie eine Pikrinsäure (2,4,6-Trinitro Phenol) Lösung und Natriumazid (NaN 3). <ol><li> Dampfe das Pikrinsäure Lösung Pikrinsäure Pulver (1 atm, 25 ° C, 24 h) erhalten. Messen 6 g des Pulvers und Pikrinsäure in 100 ml Acetonitril (262 mM) zu lösen. </li><li> Maßnahme 6 g Natriumazid Pulver und in 100 ml entionisiertes (DI) Wasser (923 mM) zu lösen. </li></ol></li></ol></li><li> Synthese und Charakterisierung von Hybridverbindungen durch Nassimprägnierung <ol><li> Messen Sie die Masse eines einzelnen MWCNT Wald mit einer Mikrowaage und bestätigen Sie die ausgerichteten Strukturen der MWCNT Wald von SEM (4A). Verwenden Sie eine Spannung von 15 kV und eine Vergrößerung von 1,200X. Überprüfen Sie, ob die ausgerichtete Struktur über die gesamte MWCNT Wald erhalten bleibt. </li><li> Hinzufügen von 25 ul 262 mM Pikrinsäurelösung auf top der MWCNT Wald, damit der Kraftstoff, um die Poren des Waldes einzudringen. Lassen Sie die Probe für 30 Minuten, um den Film Array schrumpfen, und lassen Sie die Pikrinsäure vollständig durchdringen die Poren, bis alle Acetonitril wurde aus dem Wald (1C) verdampft. Hinweis: Je nach Ziel Verhältnis zwischen der chemischen Treibstoff und MWCNT Array, ändern Sie die Konzentration und Menge des Pikrinsäurelösung. </li><li> Tauchen Pikrinsäure beschichtet MWCNT Wälder in 25 ul 923 mM Natriumazid Lösung 2,4,6-Trinitro Natriumphenoxid und Stickstoffwasserstoffsäure (Kraftstoffschicht) durch Nassimprägnierung zu bilden. Lassen Sie die Probe für 30 Minuten, bis alle Lösungsmittel verdampfen. Hinweis: Je nach Zielverhältnis zwischen der chemischen Brennstoff und MWCNT Array, kann die Konzentration und Menge der Natriumazidlösung modifizieren. </li><li> Messen Sie die Masse eines einzelnen Hybrid-Komposit von Kraftstoff und MWCNTs mit einer Mikrowaage, und vergleichen Sie die endgültige Masse, um die Massenverhältnis berechnender Kraftstoffschicht und MWCNTs. <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq1.jpg" /> wobei M h und M m die Masse der einzelnen Hybrid-Verbundmaterial und individuelle MWCNT Folie verbunden. </li><li> Bestätigen der ausgerichteten Strukturen des Hybridverbund von Brennstoff und MWCNTs durch SEM (5A). Nach Angaben des Herstellers, senken Sie den Druck für die Betriebsbedingungen, und heben Vergrößerung, bis die chemische Stoff Aggregation ist eindeutig in der ausgerichteten MWCNT Wald beobachtet. Überprüfen Sie die Form des Kraftstoff Aggregation auf MWCNTs. </li></ol></li></ol> 3. Fertigung der Thermokraft Wave Generator (Abbildung 2) <ol><li> Befestigen Kupferbänder an beiden Enden eines Glasobjektträgers als Elektroden zur Verbindung mit einem Oszilloskop, das die Gleichspannungsausgabe von dem Thermowelle misst handeln. </li><li> Schließen Sie die Kupferbänder zu beiden Enden des Hybrid-Verbund über eine Silber paste Tröpfchen. Lassen Sie die Probe, bis die Silberpaste wird hart und die Verbindung festgelegt. </li><li> Mit einem Multimeter, den elektrischen Widerstand des Hybrid-Verbund messen. </li></ol> 4. Messung der Thermokraft Wellen (Figur 3) <ol><li> In einem Polycarbonat Kammer, fixieren Sie die Thermowellengenerator auf dem optischen Tisch mit Klemmen für die Sicherheit. </li><li> Verwenden Krokodilklemmen die Kupferelektroden in das Oszilloskop zur Messung der Ausgangsspannung angeschlossen. </li><li> Ein High-Speed-Mikroskopiesystem Stellen Sie [Komponenten: eine Hochgeschwindigkeitskamera (&gt; 5.000 Bilder / s), Makro-Objektiv (105 mm / f2.8 Objektiv) und eine LED-Lampe], um Verbrennungsausbreitung aus dem Generator aufzunehmen. Zeigen und schalten Sie die LED-Lampe für klare Aufnahme mit hochauflösenden Bildern vor dem Thermowellengenerator. Stellen Sie die Aufnahmegeschwindigkeit mehr als 5000 Bilder / Sek. </li><li> Ein optisches Pyrometer in einer bestimmten Position, um die Echtzeit-Änderungen in der Temperatur aufzuzeichnender Hybrid-Komposit. </li><li> Gelten entweder die Laserbestrahlung oder Joule-Erwärmung, um die chemische Brennstoff in der Hybrid-Komposit entzünden. <ol><li> Fokus-Laser (&lt;1.000 mW) an einer bestimmten Position auf dem Hybrid-Verbundmaterial. Beibehalten des Fokus für ein paar Sekunden, bis die Verbrennung in der Thermowellengenerator eingeleitet. </li><li> Bereiten Sie eine Hochstrom-Netzteil und ein Nickel-Chrom-Draht. Schließen Sie das Kabel an einen Hochstrom-Stromversorgung (Betriebsbedingungen: 5 V und 3 A), und die Wärme einer Nickeldraht. Make sanften Kontakt zwischen der erhitzten Nickeldraht und chemische Brennstoff auf dem Hybrid-Verbundmaterial, bis die Verbrennung im Thermowellengenerators initiiert. </li></ol></li><li> Schalten Sie den Meßaufbau, bestehend aus einem Hochgeschwindigkeits-Mikroskopiesystem, ein Oszilloskop, und ein optisches Pyrometer, wenn ein Thermowelle wird durch den Generator eingeführt. <ol><li> Richten Sie die Aufnahmebildrate (5.000 Bilder / s) in der Hochgeschwindigkeitskamera. Trigger-Aufnahme zu Beginn des thermopower Wellenausbreitung. Nehmen Sie Schnappschüsse in High-Speed-fotografische Bilder mit der High-Speed-Mikroskopiesystem, und extrahieren Sie die Anzahl aufgezeichneter Bilder von Anfang bis Ende des Thermowellenausbreitung (Gesamt #Nummer von Frames). </li><li> Notieren Sie die Spannungssignal von dem Anfang bis Ende der Thermowellenausbreitung mit Hilfe des Oszilloskops. Extrahieren der Ausgangsspannungsimpuls (V). </li><li> Focus der optischen Pyrometer an der spezifischen Position auf einem Hybrid-Verbund, die die Zielbereiche anzeigt, und messen dynamische Änderungen in der Temperatur (° C). </li></ol></li><li> Berechnen der Geschwindigkeit der Reaktionsausbreitung durch Extrahieren des Reaktions vorderen Position an den einzelnen Frames in der Hochgeschwindigkeits-Mikroskopiesystem. <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq2.jpg" /> wo, l h ist die Gesamtlänge des Hybrid-Komposit, ist n f die Anzahl aufgezeichneter Bilder von Anfang bis Ende des Thermowellenausbreitung und n o &lt;/ Sub&gt; ist die Aufnahmebildrate. </li><li> Extrahieren der Ausgangsspannungsdaten des Oszilloskops und berechnen die maximale Spitzenspannung als auch die spezifische Energie von der Ausgangsspannungsimpuls. Verwenden Sie den elektrischen Widerstand, der in Schritt 3 gemessen wurde. </li><li> Entpacken Sie die Temperaturänderung mit der optischen Pyrometer. </li></ol>

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	<li>Zhou, X., Torabi, M., Lu, J., Shen, R. Q., Zhang, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+Energetic+Composites:+Synthesis,+Ignition/Combustion+Modeling,+and+Applications.">Nanostructured Energetic Composites: Synthesis, Ignition/Combustion Modeling, and Applications.</a> Acs Appl Mater Inter. 6, 3058-3074 (2014).</li><li>Zhang, K., Chou, S., Ang, S., Tang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+MEMS-based+solid+propellant+microthruster+with+Au/Ti+igniter.">A MEMS-based solid propellant microthruster with Au/Ti igniter.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 122, 113-123 (2005).</li><li>Zhang, W. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Significantly+Enhanced+Energy+Output+from+3D+Ordered+Macroporous+Structured+Fe2O3/Al+Nanothermite+Film.">Significantly Enhanced Energy Output from 3D Ordered Macroporous Structured Fe2O3/Al Nanothermite Film.</a> Acs Appl Mater Inter. 5, 239-242 (2013).</li><li>Choi, W., Abrahamson, J. T., Strano, J. M., Strano, M. 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T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wavefront+Velocity+Oscillations+of+Carbon-Nanotube-Guided+Thermopower+Waves:+Nanoscale+Alternating+Current+Sources.">Wavefront Velocity Oscillations of Carbon-Nanotube-Guided Thermopower Waves: Nanoscale Alternating Current Sources.</a> Acs Nano. 5, 367-375 (2011).</li><li>Walia, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ZnO+based+thermopower+wave+sources.">ZnO based thermopower wave sources.</a> Chem Commun. 48, 7462-7464 (2012).</li><li>Walia, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sb2Te3+and+Bi2Te3+based+thermopower+wave+sources.">Sb2Te3 and Bi2Te3 based thermopower wave sources.</a> Energ Environ Sci. 4, 3558-3564 (2011).</li><li>Hong, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+Electrical+Potential+of+Thermoelectric+Power+Waves+by+Sb2Te3-Coated+Multiwalled+Carbon+Nanotube+Arrays.">Enhanced Electrical Potential of Thermoelectric Power Waves by Sb2Te3-Coated Multiwalled Carbon Nanotube Arrays.</a> J Phys Chem C. 117, 913-917 (2013).</li><li>Walia, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MnO2-Based+Thermopower+Wave+Sources+with+Exceptionally+Large+Output+Voltages.">MnO2-Based Thermopower Wave Sources with Exceptionally Large Output Voltages.</a> J Phys Chem C. 117, 9137-9142 (2013).</li><li>Aria, A. I., Gharib, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dry+oxidation+and+vacuum+annealing+treatments+for+tuning+the+wetting+properties+of+carbon+nanotube+arrays.">Dry oxidation and vacuum annealing treatments for tuning the wetting properties of carbon nanotube arrays.</a> J Vis Exp. , (2013).</li><li>Zhao, Y., Tang, Y., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+functionalization+of+nitrogen-doped+carbon+nanotube+cups+with+gold+nanoparticles+as+cork+stoppers.">Synthesis and functionalization of nitrogen-doped carbon nanotube cups with gold nanoparticles as cork stoppers.</a> J Vis Exp. , e50383 (2013).</li><li>Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication,+densification,+and+replica+molding+of+3D+carbon+nanotube+microstructures.">Fabrication, densification, and replica molding of 3D carbon nanotube microstructures.</a> J Vis Exp. , (2012).</li><li>Grimme, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Do+Special+Noncovalent+&#960;&#8211;&#960;+Stacking+Interactions+Really+Exist.">Do Special Noncovalent &#960;&#8211;&#960; Stacking Interactions Really Exist.</a> Angewandte Chemie International Edition. 47, 3430-3434 (2008).</li><li>Yeo, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+chemical+fuel+composition+on+energy+generation+from+thermopower+waves.">Effects of chemical fuel composition on energy generation from thermopower waves.</a> Nanotechnology. 25, (2014).</li><li>Hong, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+Electrical+Potential+of+Thermoelectric+Power+Waves+by+Sb2Te3-Coated+Multiwalled+Carbon+Nanotube+Arrays.">Enhanced Electrical Potential of Thermoelectric Power Waves by Sb2Te3-Coated Multiwalled Carbon Nanotube Arrays.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 117, 913-917 (2013).</li><li>Kim, P., Shi, L., Majumdar, A., McEuen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+transport+measurements+of+individual+multiwalled+nanotubes.">Thermal transport measurements of individual multiwalled nanotubes.</a> Physical review letters. 87, 215502 (2001).</li><li>Garner, W., Abernethy, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heats+of+combustion+and+formation+of+nitro-compounds.+Part+I.+Benzene,+toluene,+phenol+and+methylaniline+series.">Heats of combustion and formation of nitro-compounds. Part I. Benzene, toluene, phenol and methylaniline series.</a> Proceedings of the Royal Society of London. Series A. 99, 213-235 (1921).</li><li>Passingham, C., Hendra, P. J., Hodges, C., Willis, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Raman+spectra+of+some+aromatic+nitro+compounds.">The Raman spectra of some aromatic nitro compounds.</a> Spectrochimica Acta Part A: Molecular Spectroscopy. 47, 1235-1245 (1991).</li><li>Rinkenbach, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Heats+Of+Combustion+And+Formation+Of+Aromatic+Nitro+Compounds.">The Heats Of Combustion And Formation Of Aromatic Nitro Compounds.</a> Journal of the American Chemical Society. 52, 115-120 (1930).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Die Protokolle der Thermowellenexperimente beinhalten kritische Schritte, die ideale thermische Wellenausbreitung sowie elektrische Energieerzeugung zu ermöglichen. Erstens, die spezifische Position der Zündung und die entsprechende Reaktion Übertragung erhebliche Faktoren bei der Kontrolle der Energieumwandlung von Thermo Wellen. Zündung an einem Ende des Hybridverbund startete entlang der Grenzflächen zwischen den Kernmaterialien und chemischen Brennstoffen in einer Richtung geführt Verbrennung. Zündung an jede...

Chemische Energieträger haben eine sehr hohe Energiedichte und in großem Umfang als nützliche Energiequellen in einem breiten Spektrum von Anwendungen von Mikrosystemen verwendet werden, um Makrosysteme. 1 Insbesondere haben viele Forscher versucht, chemische Brennstoffe als Energiequelle für die nächste Generation von Mikro- / Nanosysteme verwenden basierenden Technologien. 2 jedoch aufgrund der Schwierigkeit bei der Integration von Energieumwandlungskomponenten in sehr kleinen Räumen in Mikro- / Nanogeräten, gibt es grundlegende Einschränkungen zur Umwandlung chemischer Brennstoffen in elektrische Energie. Daher hat die Verbrennung von chemischen Brennstoffen vor allem für die Herstellung von chemischer oder mechanischer Energie in Mikro- / Nanogeräten wie nanothermites oder Mikroaktoren eingesetzt. 1,3 Thermowellen-a neu entwickelte Energieumwandlungskonzept haben beträchtliche Aufmerksamkeit als ein Verfahren zum Umwandeln der chemischen Energie eines Brennstoffs direkt in elektrische ene zogenrgy ohne Verwendung irgendwelcher Komponenten konvertieren. 4,5 Thermokraft Wellen können unter Verwendung eines Hybrid-Verbundmaterial einer chemischen Brennstoff und eine Mikro- / nanostrukturierten Materials erzeugt werden. 5 Wenn die chemische Brennstoff in einer bestimmten Position in einem Hybridverbundwerkstoff gezündet wird, tritt der chemischen Verbrennung entlang die Schnittstelle zwischen der chemische Brennstoff und mikro- / nanostrukturierten Materials. Gleichzeitig dynamischen Veränderungen in der thermischen und chemischen Potentials über den Kern mikro- / nanostrukturierten Materials führen gleichzeitige Erzeugung elektrischer Energie durch Ladungstransfer in der Form einer High-Ausgangsspannungsimpuls induziert. Es ist erwiesen, dass diverse Mikro- / nanostrukturierte Materialien wie mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (MWCNTs) 4-6 und ZnO, 7 Bi 2 Te 3, 8 Sb 2 Te 3, 9 und MnO 2 10 Mikro / nanostrukturierten Materialien ermöglichen Hybridkomposite um Thermowellen nutzen und zeigen, chemisch-thermische-electrical Energieumwandlung. Insbesondere Kernmaterialien mit hohem Seebeck-Koeffizienten ermöglichen die Erzeugung eines hohen Ausgangsspannungen ausschließlich aus propagiert Verbrennung. Jedoch können auch andere Parameter, die sich auf identische Verbundstoffe, wie etwa die Mischung von chemischen Brennstoffen Masseverhältnis von Kraftstoff / Kern-Materialien, das Herstellungsverfahren und Zündbedingungen kritisch beeinflussen die Gesamteigenschaften des Thermo Wellen. Hier zeigen wir, wie sich die Herstellungsverfahren, die Bildung eines ausgerichteten chemischen Treibstoff und Massenverhältnis von Kraftstoff / Kernmaterialien beeinflussen Thermowellenleistung. Auf der Grundlage einer MWCNT Array durch thermische chemische Dampfabscheidung (TCVD) hergestellt ist, gezeigt, wie ein Hybrid-Verbundmaterial einer chemischen Brennstoff und MWCNTs zur Thermowellenenergieerzeugung vorbereitet. Design des experimentellen Aufbaus, der die Bewertung der Energieumwandlung ermöglicht wird zusammen mit entsprechenden experimentellen Messungen für Prozesse wie Verbrennung propagati eingeführtauf und direkte Erzeugung elektrischer Energie. Außerdem zeigen wir, dass Polaritätsverteilung beschriebenen durch das dynamische Ausgangsspannung und spezifische Spitzenleistung entscheidend bestimmt die elektrische Energieumwandlung. Diese Studie wird spezifische Strategien liefern, um die Energieerzeugung zu verbessern, und werden für das Verständnis der zugrunde liegenden Physik der Thermowellen helfen. Darüber hinaus wird das Herstellungsverfahren und die hier beschriebenen Experimente bei der Ausweitung der Forschungsmöglichkeiten auf Thermo Wellen auf chemisch-thermisch-elektrischen Energieumwandlung zu helfen, aber auch.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>4&#8221; n-type silicon wafer</td>
			<td>Unisill</td>
			<td>4&#8221; Si-wafer</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Al2O3</td>
			<td>TAEWON</td>
			<td>A-1008</td>
			<td>99.9999% Purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fe</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>267945</td>
			<td>99.9999% Purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ar</td>
			<td>Seoul specialty gas</td>
			<td>Ar(N60)</td>
			<td>99.9999% Purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C2H4</td>
			<td>Seoul specialty gas</td>
			<td>C2H4</td>
			<td>99.5% Purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>H2</td>
			<td>Seoul specialty gas</td>
			<td align="left"><img src="file:///C:/Users/BENSAL~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.png" />
			<table cellpadding="0" cellspacing="0">
				<tbody>
					<tr>
						<td>H2(N60)</td>
					</tr>
				</tbody>
			</table>
			</td>
			<td>99.9999% Purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver paste</td>
			<td>Fujikura Kasei</td>
			<td>D-550</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Picric acid</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>197378</td>
			<td>&#65310;98% Purity 
			Highly toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium azide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S2002</td>
			<td>&#65310;99.5% Purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetonitrile</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>271004</td>
			<td>99.8% Purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>Mastech</td>
			<td>HY3010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TCVD</td>
			<td>Scientech</td>
			<td>TCVD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oscilloscope</td>
			<td>Tektronix</td>
			<td>DPO2004B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-speed microscopy system</td>
			<td>Phantom</td>
			<td>V7.3</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation and evaluation of hybrid composites of chemical fuel and multi-walled carbon nanotubes in the study of thermopower waves

Wenn eine chemische Brennstoff in einer bestimmten Position in einem Hybridverbundwerkstoff aus dem Brennstoff und einem Mikro / nanostrukturierten Materials gezündet wird, tritt der chemischen Verbrennung an der Schnittstelle zwischen den Brennstoff- und Kernmaterialien. Gleichzeitig führen dynamische Änderungen in der thermischen und chemischen Potentials für die Mikro- / nanostrukturierten Materialien in gleichzeitige Erzeugung elektrischer Energie durch Ladungstransfer in der Form einer High-Ausgangsspannungsimpuls induziert. Wir zeigen das gesamte Verfahren einer Thermowellenexperiment, von der Synthese bis zur Auswertung. Thermische chemische Dampfabscheidung und die Nassimprägnierung Prozesse jeweils für die Synthese eines mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Anordnung und einer hybriden Verbund Pikrinsäure / Natriumazid / mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren verwendet werden. Die hergestellten Hybridverbindungen werden verwendet, um eine Thermowellengenerator mit Verbindungselektroden herzustellen. Die Verbrennung des Hybrid-Verbundmaterial wird durch Lasererwärmung oder Joule-Heizung, und th initiierte entsprechende Verbrennungsausbreitung, direkte Erzeugung elektrischer Energie, und Echtzeit-Temperaturschwankungen werden gemessen unter Verwendung einer Hochgeschwindigkeits-Mikroskopiesystem, ein Oszilloskop, und ein optisches Pyrometer auf. Ferner sind die entscheidenden Strategien für die Synthese von Hybridverbund und Initiierung der Verbrennung, die die Gesamtthermokraft Wellenenergieübertragung zu verbessern angenommen werden vorgeschlagen.

Die ausgerichtete MWCNT Array als Kernnanostrukturierte Material für Thermo Wellen wurde durch TCVD, 11-13 synthetisiert, wie in 4A gezeigt. Der Durchmesser der aufgewachsenen MWCNTs 20-30 nm (Abbildung 4B). Die ausgerichtete Hybridkomposit der Pikrinsäure / Natriumazid / MWCNTs ist in 5A gezeigt. Dieser Verbundstoff wurde durch das Nassimprägnierungsverfahren synthetisiert, 14 wie in dem Protokoll beschrieben. Um eine Schnittstelle zwischen der...

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Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves

A protocol for conducting thermopower wave experiments is presented. The synthesis of hybrid composites of a chemical fuel and micro/nanostructured material, manufacturing of a thermopower wave generator, and methods for measuring the corresponding physical phenomena are described.

Herstellung und Auswertung der Hybrid Composites der chemischen Treibstoff und mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren in das Studium der Thermokraft Waves

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs ...

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Serie: Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves

Encapsulation and Permeability Characteristics of Plasma Polymerized Hollow Particles

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma polymerization of isopropanol on various solid substrates, including silica and potassium chloride. This versatile technique is used to treat nanoparticles and nanopowders with sizes ranging from 37 nm to 1 micron, by depositing films whose thickness can be anywhere from 1 nm to upwards of 100 nm. Dissolution of the core allows us to study the rate of permeation through the film. In these experiments, we determine the diffusion coefficient of KCl through the barrier film by coating KCL nanocrystals and subsequently monitoring the ionic conductivity of the coated particles suspended in water. The primary interest in this process is the encapsulation and delayed release of solutes. The thickness of the shell is one of the independent variables by which we control the rate of release. It has a strong effect on the rate of release, which increases from a six-hour release (shell thickness is 20 nm) to a long-term release over 30 days (shell thickness is 95 nm). The release profile shows a characteristic behavior: a fast release (35% of the final materials) during the first five minutes after the beginning of the dissolution, and a slower release till all of the core materials come out.

We have used plasma enhanced chemical vapor deposition to deposit thin films ranging from a few nm to several 100 nm on nano-sized particles of various materials. We subsequently etch the core material to produce hollow nanoshells whose permeability is controlled by the thickness of the shell. We characterize the permeability of these coatings to small solutes and demonstrate that these barriers can provide sustained release of the core material over several days.

Encapsulation und Permeabilitätseigenschaften von plasmapolymerisierten Hohlteilchen

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma ...

Forschung

Ingenieurwesen

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen 1-7. The performance of SOFCs and the rates of many chemical and energy transformation processes in energy storage and conversion devices in general are limited primarily by charge and mass transfer along electrode surfaces and across interfaces. Unfortunately, the mechanistic understanding of these processes is still lacking, due largely to the difficulty of characterizing these processes under in situ conditions. This knowledge gap is a chief obstacle to SOFC commercialization. The development of tools for probing and mapping surface chemistries relevant to electrode reactions is vital to unraveling the mechanisms of surface processes and to achieving rational design of new electrode materials for more efficient energy storage and conversion2. Among the relatively few in situ surface analysis methods, Raman spectroscopy can be performed even with high temperatures and harsh atmospheres, making it ideal for characterizing chemical processes relevant to SOFC anode performance and degradation8-12. It can also be used alongside electrochemical measurements, potentially allowing direct correlation of electrochemistry to surface chemistry in an operating cell. Proper in situ Raman mapping measurements would be useful for pin-pointing important anode reaction mechanisms because of its sensitivity to the relevant species, including anode performance degradation through carbon deposition8, 10, 13, 14 ("coking") and sulfur poisoning11, 15 and the manner in which surface modifications stave off this degradation16. The current work demonstrates significant progress towards this capability. In addition, the family of scanning probe microscopy (SPM) techniques provides a special approach to interrogate the electrode surface with nanoscale resolution. Besides the surface topography that is routinely collected by AFM and STM, other properties such as local electronic states, ion diffusion coefficient and surface potential can also be investigated17-22. In this work, electrochemical measurements, Raman spectroscopy, and SPM were used in conjunction with a novel test electrode platform that consists of a Ni mesh electrode embedded in an yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte. Cell performance testing and impedance spectroscopy under fuel containing H2S was characterized, and Raman mapping was used to further elucidate the nature of sulfur poisoning. In situ Raman monitoring was used to investigate coking behavior. Finally, atomic force microscopy (AFM) and electrostatic force microscopy (EFM) were used to further visualize carbon deposition on the nanoscale. From this research, we desire to produce a more complete picture of the SOFC anode.

We present a unique platform for characterizing electrode surfaces in solid oxide fuel cells (SOFCs) that allows simultaneous performance of multiple characterization techniques (e.g. in situ Raman spectroscopy and scanning probe microscopy alongside electrochemical measurements). Complementary information from these analyses may help to advance toward a more profound understanding of electrode reaction and degradation mechanisms, providing insights into rational design of better materials for SOFCs.

Sondieren und Mapping-Elektrode Oberflächen in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the balls. Among other applications, it is a versatile technique that allows for effective preparation of gasless reactive nanostructured materials with high energy density per volume (Ni+Al, Ta+C, Ti+C). The structural transformations of reactive media, which take place during HEBM, define the reaction mechanism in the produced energetic&#160;composites. Varying the processing conditions permits fine tuning of the milling-induced microstructures of the fabricated composite particles. In turn, the reactivity, i.e., self-ignition temperature, ignition delay time, as well as reaction kinetics, of high energy density materials depends on its microstructure. Analysis of the milling-induced microstructures suggests that the formation of fresh oxygen-free intimate high surface area contacts between the reagents is responsible for the enhancement of their reactivity. This manifests itself in a reduction of ignition temperature and delay time, an increased rate of chemical reaction, and an overall decrease of the effective activation energy of the reaction. The protocol provides a detailed description for the preparation of reactive nanocomposites with tailored microstructure using short-term HEBM method. It also describes a high-speed thermal imaging technique to determine the ignition/combustion characteristics of the energetic materials. The protocol can be adapted to preparation and characterization of a variety of nanostructured energetic composites.

This protocol describes the preparation of gasless nanostructured energetic materials (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) using the short-term high-energy ball milling (HEBM) technique. It also describes a high-speed thermal imaging method to study the reactivity of mechanically fabricated nanocomposites. These protocols can be extended to other reactive nanostructured energetic materials.

Vorbereitung und Reaktivität von Gaslose Nanostrukturierte Energetische Materialien

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the ...

Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ultrasonic welding process described in this paper is based on three main pillars. Firstly, flat energy directors are used for preferential heat generation at the joining interface during the welding process. A flat energy director is a neat thermoplastic resin film that is placed between the parts to be joined prior to the welding process and heats up preferentially owing to its lower compressive stiffness relative to the composite substrates. Consequently, flat energy directors provide a simple solution that does not require molding of resin protrusions on the surfaces of the composite substrates, as opposed to ultrasonic welding of unreinforced plastics. Secondly, the process data provided by the ultrasonic welder is used to rapidly define the optimum welding parameters for any thermoplastic composite material combination. Thirdly, displacement control is used in the welding process to ensure consistent quality of the welded joints. According to this method, thermoplastic-composite flat coupons are individually welded in a single lap configuration. Mechanical testing of the welded coupons allows determining the apparent lap shear strength of the joints, which is one of the properties most commonly used to quantify the strength of thermoplastic composite welded joints.

A straightforward procedure for ultrasonic welding of thermoplastic composite coupons for basic mechanical testing is described. Key characteristics of this ultrasonic welding process are the use of flat energy directors for simplified process preparation and the use of process data for the fast definition of optimum processing conditions.

Ultraschallschweißen von thermoplastischen Verbund Coupons für Mechanische Charakterisierung von Schweißverbindungen durch Einzelüberlappungsscherprüfung

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ...

Preparation and 3D Tracking of Catalytic Swimming Devices

We report a method to prepare catalytically active Janus colloids that "swim" in fluids and describe how to determine their 3D motion using fluorescence microscopy. One commonly deployed method for catalytically active colloids to produce enhanced motion is via an asymmetrical distribution of catalyst. Here this is achieved by spin coating a dispersed layer of fluorescent polymeric colloids onto a flat planar substrate, and then using directional platinum vapor deposition to half coat the exposed colloid surface, making a two faced "Janus" structure. The Janus colloids are then re-suspended from the planar substrate into an aqueous solution containing hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide serves as a fuel for the platinum catalyst, which is decomposed into water and oxygen, but only on one side of the colloid. The asymmetry results in gradients that produce enhanced motion, or "swimming". A fluorescence microscope, together with a video camera is used to record the motion of individual colloids. The center of the fluorescent emission is found using image analysis to provide an x and y coordinate for each frame of the video. While keeping the microscope focal position fixed, the fluorescence emission from the colloid produces a characteristic concentric ring pattern which is subject to image analysis to determine the particles relative z position. In this way 3D trajectories for the swimming colloid are obtained, allowing swimming velocity to be accurately measured, and physical phenomena such as gravitaxis, which may bias the colloids motion to be detected.

A method to prepare catalytically active Janus colloids that can "swim" in fluids and determine their 3D trajectories is presented.

Vorbereitung und 3D-Tracking von Catalytic Schwimmgeräte

We report a method to prepare catalytically active Janus colloids that "swim" in fluids and describe how to determine their 3D motion using fluorescence ...

Combustion Characterization and Model Fuel Development for Micro-tubular Flame-assisted Fuel Cells

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power generation and micro combustion as well as development in fuel cell research has created new means of power generation that combine solid oxide fuel cells with open flames and combustion exhaust. Instead of relying upon the heat of combustion, these solid oxide fuel cell systems rely on reforming of the fuel via combustion to generate syngas for electrochemical power generation. Procedures were developed to assess the combustion by-products under a wide range of conditions. While theoretical and computational procedures have been developed for assessing fuel-rich combustion exhaust in these applications, experimental techniques have also emerged. The experimental procedures often rely upon a gas chromatograph or mass spectrometer analysis of the flame and exhaust to assess the combustion process as a fuel reformer and means of heat generation. The experimental techniques developed in these areas have been applied anew for the development of the micro-tubular flame-assisted fuel cell. The protocol discussed in this work builds on past techniques to specify a procedure for characterizing fuel-rich combustion exhaust and developing a model fuel-rich combustion exhaust for use in flame-assisted fuel cell testing. The development of the procedure and its applications and limitations are discussed.

A protocol for creating a model fuel-rich combustion exhaust is developed through combustion characterization and is applied for micro-tubular flame-assisted fuel cell testing and research.

Combustion Charakterisierung und Modell Kraftstoffentwicklung für Mikrorohr Flamme-unterstützte Brennstoffzellen

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power ...

Two-way Valorization of Blast Furnace Slag: Synthesis of Precipitated Calcium Carbonate and Zeolitic Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with sufficient heavy metal adsorption capacity. To this end, blast furnace slag, a residue from iron-making, is utilized as the starting material. Calcium is selectively extracted from the slag by leaching with acetic acid (2 M CH3COOH) as the extraction agent. The filtered leachate is subsequently physico-chemically purified and then carbonated to form precipitated calcium carbonate (PCC) of high purity (&lt;2 wt% non-calcium impurities, according to ICP-MS analysis). Sodium hydroxide is added to neutralize the regenerated acetate. The morphological properties of the resulting calcitic PCC are tuned for its potential application as a filler in papermaking. In parallel, the residual solids from the extraction stage are subjected to hydrothermal conversion in a caustic solution (2 M NaOH) that leads to the predominant formation of a particular zeolitic mineral phase (detected by XRD), namely analcime (NaAlSi2O6&#8729;H2O). Based on its ability to adsorb Ni2+, as reported from batch adsorption experiments and ICP-OES analysis, this product can potentially be used in wastewater treatment or for environmental remediation applications.

A protocol for the parallel production of precipitated calcium carbonate and zeolitic material from blast furnace slag via mineral carbonation and alkaline hydrothermal conversion, respectively, is presented. The performance of the zeolitic material towards nickel adsorption is tested.

Zwei-Wege-Valorisierung von Hochofenschlacke: Synthese von gefälltes Calciumcarbonat und Zeolithmaterialien Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with ...

Production and Characterization of Vacuum Deposited Organic Light Emitting Diodes

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex donor-acceptor emitters is presented. With a step-by-step procedure, readers will be able to repeat and produce OLED devices based on simple organic emitters. A patterning procedure allowing the creation of personalized indium tin oxide (ITO) shape is shown. This is followed by the evaporation of all layers, encapsulation and characterization of each individual device. The end goal is to present a procedure that will give the opportunity to repeat the information presented in cited publication but also using different compounds and structures in order to prepare efficient OLEDs.

A protocol for the production of simple structured organic light-emitting diodes (OLEDs) is presented.

Herstellung und Charakterisierung des Vakuums hinterlegt organische Leuchtdioden

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex ...

Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous studies on flowing liquid films have neglected the contributions of spatial structures of waves to the impact outcome, while this has recently been shown to have a significant influence on the drop impact dynamics. In this report, we outline a step-by-step procedure to investigate the effect of periodic inlet forcing of a flowing liquid film leading to the production of spatiotemporally regular wave structures on drop impact dynamics. A function generator in connection with a solenoid valve is used to excite these spatiotemporally regular wave structures on the film surface while the impact dynamics of uniform-sized droplets are captured using a high-speed camera. Three distinct regions are then studied; viz. the capillary wave region preceding the large wave peak, the flat film region, and the wave hump region. The effects of important dimensionless quantities such as film Reynolds, drop Weber and Ohnesorge numbers parameterized by the film flow rate, drop speed, and drop size are also examined. Our results show interesting, hitherto undiscovered dynamics brought about by this application of film inlet forcing of the flowing film for both low and high inertia drops.

A protocol to study the contributions of waves to droplet impact dynamics on flowing liquid films is presented.

Film-Kontrolle, Beiträge der Wellen zu Tröpfchen Auswirkungen Dynamik auf dünnen fließt Flüssigkeitsfilme zu studieren

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...

Fabrication and Design of Wood-Based High-Performance Composites

Delignified densified wood is a new promising and sustainable material that possesses the potential to replace synthetic materials, such as glass fiber reinforced composites, due to its excellent mechanical properties. Delignified wood, however, is rather fragile in a wet state, which makes handling and shaping challenging. Here we present two fabrication processes, closed-mold densification and vacuum densification, to produce high-performance cellulose composites based on delignified wood, including an assessment of their advantages and limitations. Further, we suggest strategies for how the composites can be re-used or decomposed at the end-of-life cycle. Closed-mold densification has the advantage that no elaborate lab equipment is needed. Simple screw clamps or a press can be used for densification. We recommend this method for small parts with simple geometries and large radii of curvature. Vacuum densification in an open-mold process is suitable for larger objects and complex geometries, including small radii of curvature. Compared to the closed-mold process, the open-mold vacuum approach only needs the manufacture of a single mold cavity.

Delignified densified wood represents a new promising lightweight, high-performance and bio-based material with great potential to partially substitute natural fiber reinforced- or glass fiber reinforced composites in the future. We here present two versatile fabrication routes and demonstrate the possibility to create complex composite parts.

Herstellung und Design von holzbasierten Hochleistungs-Verbundwerkstoffen

Delignified densified wood is a new promising and sustainable material that possesses the potential to replace synthetic materials, such as glass fiber ...