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).

1. Síntesis de alineación vertical de múltiples paredes nanotubos de carbono (VAMWCNTs) <ol><li> Preparación de la oblea y la deposición de capas de catalizador <ol><li> Preparar una de tipo n (100) oblea de Si. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li&gt; <li> 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. </li></ol></li><li> Síntesis de la matriz MWCNT por TCVD y preparación de los bosques MWCNT independiente. <ol><li> 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. </li><li> Coloque la navecilla de cuarzo en el interior del tubo de cuarzo de 2 pulgadas de la configuración de TCVD (Figura 1A). </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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). </li></ol></li></ol><ol><li> Preparación de combustibles químicos <ol><li> Preparar una solución de sodio y ácido pícrico (2,4,6-trinitro fenol) azida (NaN 3). <ol><li> 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). </li><li> Medida de 6 g del polvo de azida de sodio y disolver en 100 ml de agua desionizada (DI) (923 mM). </li></ol></li></ol></li><li> Síntesis y caracterización de compuestos híbridos a través de impregnación húmeda <ol><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. <img alt="Ecuación 1" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq1.jpg" /> en donde M y M h m son la masa del material compuesto híbrido individual y película MWCNT individual, respectivamente. </li><li> 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. </li></ol></li></ol> 3. Fabricación de thermopower Wave Generator (Figura 2) <ol><li> 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. </li><li> 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. </li><li> Utilice un multímetro para medir la resistencia eléctrica del material compuesto híbrido. </li></ol> 4. La medición de las ondas termoeléctricas (Figura 3) <ol><li> En el interior de una cámara de policarbonato, fijar el generador de ondas thermopower sobre la mesa óptica con abrazaderas de seguridad. </li><li> Utilice pinzas de cocodrilo para conectar los electrodos de cobre al osciloscopio para la medición del voltaje de salida. </li><li> Establecer un sistema de microscopía de alta velocidad [componentes: una cámara de alta velocidad (&gt; 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. </li><li> Publicar un pirómetro óptico en una posición específica para registrar en tiempo real los cambios en la temperaturadel material compuesto híbrido. </li><li> Aplicar o bien la irradiación con láser o calentamiento Joule para encender el combustible químico en el material compuesto híbrido. <ol><li> Enfoque de láser (&lt;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. </li><li> 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. </li></ol></li><li> 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. <ol><li> 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). </li><li> 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). </li><li> 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). </li></ol></li><li> 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. <img alt="Ecuación 2" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq2.jpg" /> 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 &lt;/ Sub&gt; es la velocidad de grabación. </li><li> 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. </li><li> Extraer el cambio de temperatura utilizando el pirómetro óptico. </li></ol>

<ol>
	<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. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nanotube-guided+thermopower+waves.">Carbon nanotube-guided thermopower waves.</a> Materials Today. 13, 22-33 (2010).</li><li>Choi, W., 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=Chemically+driven+carbon-nanotube-guided+thermopower+waves.">Chemically driven carbon-nanotube-guided thermopower waves.</a> Nat Mater. 9, 423-429 (2010).</li><li>Abrahamson, J. 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>

Los autores no tienen nada que revelar.

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 material...

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.

<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

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.

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 ...

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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.

Preparación y Evaluación de composites híbridos de combustible químico y Multi-amurallada nanotubos de carbono en el Estudio de thermopower 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 ...

preparation-evaluation-hybrid-composites-chemical-fuel-multi-walled

Research

JoVE Journal

Engineering

8.7K vistas.  Korea University. 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. 

Video: 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.

Encapsulación y permeabilidad Características de las partículas de plasma polimerizado Hollow

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

Investigación

Ingeniería

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.

Sondeo y Cartografía superficies de los electrodos en pilas de óxido sólido

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.

Preparación y reactividad de sin gas Nanoestructurados materiales energéticos

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.

La soldadura por ultrasonidos de Cupones termoplástico compuestos para la caracterización mecánica de las juntas soldadas a través de una sola vuelta cizalladura

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.

Seguimiento de preparación y 3D de dispositivos catalíticos de natación

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.

Caracterización y la combustión de combustible Modelo de Desarrollo para la Micro-tubulares de llama con ayuda de Pilas de Combustible

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.

Dos vías de valorización de escoria de alto horno: Síntesis de carbonato de calcio precipitado y zeolíticos adsorbente de metales pesados

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.

Producción y caracterización de vacío depositan diodos electroluminosos orgánicos

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.

Control de la película para el estudio de las contribuciones de las ondas dinámicas de impacto de gota en películas líquidas delgadas que fluye

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.

Fabricación y diseño de compuestos de alto rendimiento basados en madera

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