Ce travail a été soutenu par le Programme de recherche en sciences de base par la National Research Foundation de Corée (NRF), financé par le ministère de l&#39;Éducation, de la Science et de la Technologie (NRF-2013R1A1A1010575), et par programme Nano R &amp; D à travers la science Corée et Fondation génie financé par le Ministère de l&#39;éducation, de la science et de la technologie (NRF-2012M3A7B4049863).

1. Synthèse de alignés verticalement multi-parois des nanotubes de carbone (VAMWCNTs) <ol><li> Préparation de la plaque et le dépôt de couches de catalyseur <ol><li> Préparer un de type n (100) tranche de Si. </li><li> Déposer une 250 nm d&#39;épaisseur couche de SiO 2 sur la tranche de silicium par oxydation thermique ou d&#39;autres méthodes telles que la pulvérisation. Injecter 200 sccm d&#39;O 2 pendant 3 heures 20 min à 1000 ° C dans un four horizontal. </li><li> Utilisation masse de Al 2 O 3 (99,9%) sous forme d&#39;un multi-pulvérisation (puissance RF: 1000 W) et la source de déposer une 10 nm d&#39;épaisseur Al 2 O 3 (99,9%) de couche sur la couche de SiO 2. Utiliser une lente vitesse de dépôt de 10 nm / min avec une pression de dépôt de 2 × 10 -2 mbar. </li><li> Utilisation vrac Fe (99,9%) sous forme d&#39;une source en utilisant un évaporateur à faisceau d&#39;électrons, et déposer une couche de Fe 1 nm d&#39;épaisseur sur la couche d&#39;Al 2 O 3. Utiliser une lente vitesse de dépôt de ~ 0,1 nm / s avec une pression de dépôt de 5 × 10 -6 Torr. </li&gt; <li> Couper le Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si plaquette à une taille de 28 mm x 15 mm l&#39;aide d&#39;un traceur de diamant. Remarque: En fonction de la taille de la matrice souhaitable VAMWCNT, la taille du Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si plaquette peut être modifiée. </li></ol></li><li> Synthèse de tableau MWCNT par TCVD et la préparation des forêts MWCNT autonome. <ol><li> Placez le Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si plaquette centrale dans une nacelle en quartz qui a des dimensions de 120 mm x 30 mm. </li><li> Placer la nacelle de quartz à l&#39;intérieur du tube de quartz de 2 pouces de la configuration TCVD (figure 1A). </li><li> Injecter 900 sccm de gaz Ar pendant 10 minutes dans les conditions ambiantes pour éliminer l&#39;air et remplir le tube de quartz de 2 pouces avec Ar. </li><li> Injecter 600 sccm de gaz Ar et 400 sccm de gaz H 2 tout en augmentant la température dans le four de 25 ° C à 750 ° C en 30 min. </li><li> Injecter 100 sccm de gaz Ar et 400 sccm de H 2 gas à 750 ° C pendant 10 min pour formuler des nanoparticules de Fe en tant que racines de MWCNT. </li><li> Injecter 100 sccm de gaz Ar, 368 sccm de gaz H 2, et 147 sccm d&#39;éthylène (C 2 H 4) de gaz à 750 ° C pendant 280 min. Simultanément, appliquer chauffage par effet Joule à l&#39;entrée du tube de quartz par filament de tungstène (tension: 0,8 V, courant: 15 A) pour favoriser la décomposition de C 2 H 4 gaz à agir comme une source de carbone. Ces sources de carbone sont attachés aux nanoparticules Fe sur des tranches de silicium et transformés en NTC. </li><li> Arrêtez l&#39;injection de gaz et H 2 C 2 H 4 gaz, et éteignez le four. Pendant cette procédure, injecter en continu 100 sccm de gaz Ar jusqu&#39;à ce que la température de la plaquette tombe en dessous de 60 ° C. </li><li> Sortez MWCNTs sur la plaquette. Séparez délicatement le tableau MWCNT de la plaquette pour obtenir autonome forêts MWCNT (longueur: 3-6 mm) (figure 1B). </li></ol></li></ol><ol><li> Préparation des combustibles chimiques <ol><li> Préparer un acide picrique (2,4,6-trinitro phénol) solution et l&#39;azoture de sodium (NaN3). <ol><li> Evaporer la solution d&#39;acide picrique pour obtenir une poudre d&#39;acide picrique (1 atm, 25 ° C, pendant 24 h). Mesurer 6 g de la poudre d&#39;acide picrique et le dissoudre dans 100 ml d&#39;acétonitrile (262 mm). </li><li> Mesure 6 g de la poudre de l&#39;azoture de sodium et le dissoudre dans 100 ml d&#39;eau désionisée (DI) de l&#39;eau (923 mM). </li></ol></li></ol></li><li> Synthèse et caractérisation de composites hybrides par imprégnation humide <ol><li> Mesurer la masse d&#39;une forêt MWCNT individu avec une microbalance et de confirmer les structures alignées de la forêt MWCNT par SEM (figure 4A). Utilisation d&#39;une tension de 15 kV et un grossissement de 1,200X. Vérifiez si la structure est alignée maintenue à travers toute la forêt MWCNT. </li><li> Ajouter 25 ul de solution d&#39;acide picrique 262 mM sur top de la forêt MWCNT pour permettre au carburant de pénétrer dans les pores de la forêt. Laisser l&#39;échantillon est de 30 min à rétrécir l&#39;ensemble de films, et permettent à l&#39;acide picrique de pénétrer complètement dans les pores jusqu&#39;à ce que tout l&#39;acétonitrile est évaporé à partir de la forêt (figure 1C). Remarque: Selon le rapport cible entre le combustible chimique et MWCNT tableau, modifier la concentration et la quantité de la solution d&#39;acide picrique. </li><li> Immerger forêts MWCNT d&#39;acide picrique dans revêtu 25 ul de solution de l&#39;azide de sodium 923 mM pour former le phénolate de sodium de 2,4,6-trinitro et de l&#39;azide d&#39;hydrogène (couche de combustible) par imprégnation humide. Laisser l&#39;échantillon pendant 30 min jusqu&#39;à ce que tous les solvants se évaporent. Remarque: Selon le rapport cible entre le combustible chimique et MWCNT tableau, vous pouvez modifier la concentration et de la quantité de la solution de l&#39;azoture de sodium. </li><li> Mesurer la masse d&#39;un composite hybride individuelle de carburant et MWCNTs avec une microbalance, et de comparer la masse finale pour calculer le ratio de masse dela couche de combustible et MWCNT. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq1.jpg" /> où M h M et m sont la masse du composite hybride individuel et le film MWCNT individuel, respectivement. </li><li> Confirment les structures alignées du composite hybride de combustible et MWCNT par MEB (figure 5A). Selon les instructions du fabricant, pour abaisser la pression aux conditions de fonctionnement, et augmenter jusqu&#39;à ce que le grossissement de l&#39;agrégation carburant chimique est clairement observé dans la forêt MWCNT alignés. Vérifiez la forme d&#39;agrégation de carburant sur MWCNTs. </li></ol></li></ol> 3. Fabrication de Thermopower Wave Generator (Figure 2) <ol><li> Attacher des rubans de cuivre sur les deux extrémités d&#39;une lame de verre pour agir comme électrodes pour la connexion avec un oscilloscope, qui mesure la sortie de tension continue à partir de l&#39;onde thermoélectrique. </li><li> Raccorder les bandes de cuivre à chaque extrémité du composite hybride par l&#39;intermédiaire d&#39;un pas d&#39;argentte gouttelettes. Laisser l&#39;échantillon jusqu&#39;à ce que la pâte d&#39;argent devient difficile et la connexion est fixé. </li><li> Utilisez un multimètre pour mesurer la résistance électrique du composite hybride. </li></ol> 4. mesure des ondes thermoélectrique (Figure 3) <ol><li> L&#39;intérieur d&#39;une chambre de polycarbonate, fixer le générateur d&#39;ondes de thermoélectrique sur la table optique avec des pinces pour la sécurité. </li><li> Utiliser des pinces crocodiles pour connecter les électrodes de cuivre à l&#39;oscilloscope pour la mesure de la tension de sortie. </li><li> Mettre en place un système de microscopie à grande vitesse [composants: une caméra à grande vitesse (&gt; 5000 images / sec), macro (105 mm / objectif f2.8), et une lampe à LED] pour enregistrer la propagation de combustion du générateur. Placez et allumez la lampe à LED pour l&#39;enregistrement clair avec des images haute résolution devant le générateur d&#39;ondes de thermoélectrique. Réglez la vitesse d&#39;enregistrement de plus de 5000 images / sec. </li><li> Placez un pyromètre optique à une position spécifique pour enregistrer les changements en temps réel de la températuredu composite hybride. </li><li> Appliquer soit irradiation laser ou chauffage par effet Joule pour allumer le combustible chimique dans le composite hybride. <ol><li> Laser Focus (&lt;1,000 mW) à une position spécifique sur le composite hybride. Maintenir le cap pendant quelques secondes jusqu&#39;à ce que la combustion est initiée dans le générateur d&#39;ondes de thermoélectrique. </li><li> Préparer une alimentation haute courant et un fil nickel-chrome. Connectez le fil à une alimentation à courant élevé (conditions d&#39;exploitation: 5 V et 3 A), et de chauffer un fil de nickel. Établissez un contact doux entre le fil de nickel chauffée et de carburant chimique sur le composite hybride jusqu&#39;à combustion est initiée dans le générateur d&#39;ondes de thermoélectrique. </li></ol></li><li> Tournez sur la configuration de mesure, constitué d&#39;un système à grande vitesse microscopie, un oscilloscope et un pyromètre optique, quand une vague de thermoélectrique est lancé par le générateur. <ol><li> Configuration du taux d&#39;images d&#39;enregistrement (5000 images / sec) dans l&#39;appareil photo à haute vitesse. Enregistrement sur déclenchement au début de thermopopropagation des ondes wer. instantanés record en images photographiques à grande vitesse avec le système de microscopie à haute vitesse, et extraire le nombre d&#39;images enregistrées à partir de début à la fin de la propagation des ondes thermoélectrique (#Nombre total de trames). </li><li> Enregistrer le signal de tension du début à la fin de la propagation des ondes thermoélectrique en utilisant l&#39;oscilloscope. Extraire l&#39;impulsion de tension de sortie (V). </li><li> Concentrer le pyromètre optique à la position spécifique sur un composite hybride, qui indique les zones cibles et mesurer les changements dynamiques de la température (° C). </li></ol></li><li> Calculer la vitesse de propagation de la réaction par extraction de la position de front de réaction à des trames individuelles du système de microscopie à haut débit. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq2.jpg" /> où, l h est la longueur totale du composite hybride, n f est le nombre d&#39;images enregistrées à partir de début à la fin de la propagation des ondes thermoélectrique, et n o &lt;/ Sub&gt; est la fréquence d&#39;images d&#39;enregistrement. </li><li> Extraire les données de tension de sortie de l&#39;oscilloscope et calculer la tension de crête maximale et la puissance spécifique de l&#39;impulsion de tension de sortie. Utilisez la résistance électrique qui a été mesuré à l&#39;étape 3. </li><li> Extraire le changement de température en utilisant le pyromètre optique. </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>

Les auteurs ne ont rien à divulguer.

Les protocoles d&#39;expériences d&#39;onde thermoélectrique impliquent étapes critiques qui permettent la propagation des ondes thermiques idéale ainsi que la production d&#39;énergie électrique. En premier lieu, la position spécifique de l&#39;allumage et le transfert de la réaction sont des facteurs importants correspondant à contrôler la conversion d&#39;énergie des vagues thermoélectrique. À une extrémité d&#39;allumage du composite hybride lancé guidé combustion le long des interfaces entre les ma...

Combustibles chimiques ont une densité énergétique très élevé et ont été largement utilisés comme sources d&#39;énergie utiles dans une large gamme d&#39;applications de microsystèmes à macrosystèmes. 1 En particulier, de nombreux chercheurs se sont efforcés d&#39;utiliser des combustibles chimiques comme source d&#39;énergie pour la prochaine génération de micro / nanosystèmes technologies basées sur deux. Toutefois, en raison de la difficulté à intégrer les composants de conversion d&#39;énergie en très petits espaces en micro / nano, il ya des limites fondamentales à la conversion des combustibles chimiques en énergie électrique. Par conséquent, la combustion de combustibles chimiques a été principalement utilisé pour la production d&#39;énergie chimique ou mécanique dans les micro / nano-dispositifs tels que nanothermites ou microactionneurs 1,3. Vagues-une conversion d&#39;énergie thermoélectrique nouvellement développé concept ont attiré une attention considérable en tant que méthode pour convertir l&#39;énergie chimique d&#39;un combustible directement à ène électriqueRGY sans utiliser de composants de conversion. 4,5 ondes thermoélectrique peuvent être générés en utilisant un composite hybride d&#39;un combustible chimique et d&#39;un matériau micro / nanostructurée. 5 Lorsque le combustible chimique à une certaine position dans un composite hybride est allumé, la combustion chimique se produit le long de l&#39;interface entre le combustible et la matière chimique micro / nanostructurée. Simultanément, des changements dynamiques dans potentiels thermiques et chimiques à travers le résultat de matériel micro / nanostructurée de base dans concomitante génération d&#39;énergie électrique induite par transfert de charge sous la forme d&#39;une impulsion de haute tension de sortie. Il a été prouvé que les matériaux micro / nanostructurés diverses comme les nanotubes de carbone multi-parois (MWCNT) 4-6 et ZnO, 7 Bi 2 Te 3, 8 Sb 2 Te 3, 9 et 10 MnO 2 matériaux micro / nanostructurés permettent composites hybrides d&#39;utiliser les ondes thermoélectrique et montrer chimico-thermique-électricienconversion d&#39;énergie cal. Plus précisément, les matériaux de base avec un fort coefficient Seebeck permettent la génération de tensions de sortie élevées uniquement à partir de la combustion propagé. Cependant, d&#39;autres paramètres relatifs à composites identiques, tels que le mélange de combustibles chimiques, le ratio masse de carburant / CORE-matériaux, le processus de fabrication et les conditions d&#39;allumage affectent gravement les propriétés globales de vagues thermoélectrique. Ici, nous montrons comment les procédés de fabrication, la formation d&#39;un combustible chimique alignés, et de ratio masse des matériaux / de base de carburant affectent les performances d&#39;onde thermoélectrique. Sur la base d&#39;une matrice MWCNT fabriqué par dépôt chimique en phase vapeur thermique (TCVD), nous montrons comment un composite hybride d&#39;un combustible chimique et est préparé pour MWCNTs onde de la production d&#39;énergie thermoélectrique. La conception du dispositif expérimental qui permet l&#39;évaluation de la conversion de l&#39;énergie est introduite en même temps que des mesures expérimentales correspondant à des processus tels que propagati de combustionet sur la production d&#39;énergie électrique directe. De plus, nous démontrons que la polarité de distribution-décrit par la tension de sortie de crête dynamique et spécifique détermine fondamentalement la mise sous tension de la conversion d&#39;énergie électrique. Cette étude fournira des stratégies spécifiques pour améliorer la production d&#39;énergie, et vous aidera à comprendre la physique sous-jacentes de vagues thermoélectrique. En outre, le processus de fabrication et expériences décrites ici aideront à étendre les possibilités de recherche sur les ondes thermoélectrique, ainsi que sur la conversion de l&#39;énergie chimique-thermique-électrique.

<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

Lorsqu&#39;un combustible chimique à une certaine position dans un composite hybride de combustible et un matériau / nanostructurée de micro est allumé, la combustion se produit chimique le long de l&#39;interface entre les matériaux combustibles et le noyau. Simultanément, des changements dynamiques dans potentiels thermiques et chimiques à travers les matériaux micro / nanostructurés entraînent concomitante génération d&#39;énergie électrique induite par transfert de charge sous la forme d&#39;une impulsion de haute tension de sortie. Nous démontrons l&#39;ensemble de la procédure d&#39;une expérience d&#39;onde thermoélectrique, de la synthèse de l&#39;évaluation. Dépôt thermique chimique en phase vapeur et le procédé d&#39;imprégnation par voie humide sont respectivement utilisés pour la synthèse d&#39;une matrice à plusieurs parois de nanotubes de carbone et un composite hybride d&#39;azoture / acide picrique de sodium / nanotubes de carbone multi-parois. Les composites hybrides préparés sont utilisés pour fabriquer un générateur d&#39;onde thermoélectrique avec des électrodes de connexion. La combustion du composite hybride est initiée par chauffage de Joule-laser ou de chauffage, et ee correspondant propagation de combustion, production d&#39;énergie électrique direct et en temps réel les changements de température sont mesurées en utilisant un système à grande vitesse microscopie, un oscilloscope et un pyromètre optique, respectivement. En outre, les stratégies cruciales soient adoptées dans la synthèse du composite hybride et l&#39;initiation de leur combustion qui améliorent le transfert global de l&#39;énergie des vagues de thermoélectrique sont proposés.

Le tableau MWCNT alignés, comme un matériau nanostructuré de base pour les ondes thermoélectrique, a été synthétisé par TCVD, de 11 à 13 comme représenté sur la figure 4A. Le diamètre des MWCNT comme cultivés est de 20 à 30 nm (figure 4B). Le composite hybride alignée des picrique / acide d&#39;azide de sodium / MWCNT est représenté sur la figure 5A. Ce composite a été synthétisé par le procédé d&#39;imprégnation par voie humide, comme...

Watch this Scientific Journal Video about Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves at JoVE.com

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.

Préparation et évaluation des composites hybrides de carburant chimique et multi-parois des nanotubes de carbone dans l&#39;étude des ondes thermoélectrique

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 vues.  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. 

Vidéo: 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.

Caractéristiques d&#39;encapsulation et la perméabilité des particules polymérisées plasma creux

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

Recherche

Ingénierie

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.

Exploration et cartographie des surfaces d&#39;électrodes en piles à oxyde solide

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.

Préparation et réactivité des matériaux nanostructurés énergétiques sans gaz

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.

Soudage par ultrasons des Coupons composite thermoplastique pour la caractérisation mécanique des joints soudés par des tests de cisaillement de recouvrement simple

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.

Préparation et suivi 3D des dispositifs catalytiques de natation

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 Caractérisation et élaboration d&#39;un modèle de carburant pour les micro-piles à combustible tubulaires assistée Flame-

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.

Deux voies Valorisation de laitier de haut fourneau: Synthèse du carbonate de calcium précipité et zéolithique Heavy Metal Adsorbant

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.

Production et caractérisation du vide a déposé des Diodes électroluminescentes organiques

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.

Commande de film pour étudier les Contributions des ondes à gouttelettes Impact dynamique sur mince qui coule liquide Films

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.

Fabrication et conception de composites haute performance à base de bois

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