Questo lavoro è stato sostenuto dal Programma di ricerca di scienza di base attraverso la Fondazione di Ricerca Nazionale di Corea (NRF), finanziato dal Ministero dell&#39;Istruzione, della Scienza e della Tecnologia (NRF-2013R1A1A1010575), e dal programma di Nano di ricerca e sviluppo attraverso la Corea Science and Engineering Foundation finanziato dal Ministero dell&#39;Istruzione, della Scienza e della Tecnologia (NRF-2012M3A7B4049863).

1. Sintesi di allineata verticalmente a parete multipla nanotubi di carbonio (VAMWCNTs) <ol><li> Preparazione di wafer e deposizione di strati catalitici <ol><li> Preparare un tipo n (100) Si wafer. </li><li> Deposito 250-nm di spessore SiO 2 strati sul wafer di Si per ossidazione termica o metodi alternativi come sputtering. Iniettare 200 sccm di O 2 per 3 ore 20 min a 1000 ° C in un forno orizzontale. </li><li> Utilizzare Al bulk 2 O 3 (99,9%) come un multi-polverizzazione (potenza RF: 1,000 W) sorgente e depositare a 10 nm di spessore Al 2 O 3 (99,9%) strato sullo strato SiO 2. Utilizzare una lenta velocità di deposizione di 10 nm / min con una pressione di deposizione di 2 × 10 -2 mbar. </li><li> Utilizzare bulk Fe (99,9%) come fonte impiegando un evaporatore E-beam, e depositare un 1 nm-strato Fe sulla Al 2 O 3 strati. Utilizzare una velocità di deposizione lento ~ 0.1 nm / sec con una pressione di deposizione di 5 × 10 -6 Torr. </li&gt; <li> Tagliare il Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si wafer ad una dimensione 28 millimetri × 15 mm utilizzando un scriber diamante. Nota: A seconda della dimensione desiderabile dell&#39;array VAMWCNT, la dimensione del Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si wafer può essere variata. </li></ol></li><li> Sintesi di matrice MWCNT da TCVD e preparazione delle foreste MWCNT free-standing. <ol><li> Posizionare il Fe / Al 2 O 3 / SiO 2 / Si wafer centralmente in una barca quarzo che ha dimensioni di 120 mm x 30 mm. </li><li> Posizionare la barca quarzo all&#39;interno del tubo di quarzo 2 pollici dell&#39;installazione TCVD (Figura 1A). </li><li> Iniettare 900 SCCM di gas Ar per 10 minuti in condizioni ambientali per rimuovere l&#39;aria e riempire il tubo di quarzo 2 pollici con Ar. </li><li> Iniettare 600 sccm di gas Ar e 400 sccm di H 2 gas, aumentando la temperatura nel forno da 25 ° C a 750 ° C in 30 min. </li><li> Iniettare 100 SCCM di gas Ar e 400 sccm di H 2 gas a 750 ° C per 10 min formulare nanoparticelle Fe come radici di MWCNT. </li><li> Iniettare 100 sccm di gas Ar, 368 sccm di H 2 gas, e 147 sccm di etilene (C 2 H 4) gas a 750 ° C per 280 min. Contemporaneamente, applicare riscaldamento Joule all&#39;ingresso del tubo di quarzo dal filamento di tungsteno (tensione: 0,8 V, corrente: 15 A) per promuovere la decomposizione di C 2 H 4 gas di agire come fonte di carbonio. Queste fonti di carbonio sono collegati a nanoparticelle Fe su wafer di silicio e trasformati in nanotubi di carbonio. </li><li> Fermare l&#39;iniezione di gas H 2 e C 2 H 4 gas, e spegnere il forno. Durante questa procedura, continuamente iniettare 100 sccm di gas Ar finché la temperatura del wafer è inferiore a 60 ° C. </li><li> Estrarre MWCNT sul wafer. Separare delicatamente la matrice MWCNT dal wafer per ottenere free-standing foreste MWCNT (lunghezza: 3-6 mm) (Figura 1B). </li></ol></li></ol><ol><li> Preparazione di combustibili chimici <ol><li> Preparare un acido picrico (2,4,6-trinitro fenolo) soluzione e sodio azide (NaN 3). <ol><li> Evaporare la soluzione di acido picrico per ottenere polvere di acido picrico (1 atm, 25 ° C, per 24 ore). Misura 6 g di polvere di acido picrico e sciogliere in 100 ml di acetonitrile (262 mM). </li><li> Misura 6 g della polvere sodio azide e sciogliere in 100 ml di acqua deionizzata (DI) (923 mM). </li></ol></li></ol></li><li> Sintesi e caratterizzazione di compositi ibridi via impregnazione a umido <ol><li> Misurare la massa di un bosco MWCNT individuo con una microbilancia e confermare le strutture allineate della foresta MWCNT da SEM (Figura 4A). Utilizzare una tensione di 15 kV e un ingrandimento di 1,200X. Controllare se la struttura allineata viene mantenuto per l&#39;intera foresta MWCNT. </li><li> Aggiungere 25 ml di 262 mm soluzione di acido picrico su top della foresta MWCNT per consentire al carburante di penetrare i pori della foresta. Lasciare il campione come è per 30 min a ridursi la matrice film, e permettono l&#39;acido picrico di penetrare completamente i pori fino a quando tutti acetonitrile è evaporato dalla foresta (Figura 1C). Nota: A seconda del rapporto di destinazione tra il combustibile chimico matrice MWCNT, modificare la concentrazione e la quantità della soluzione di acido picrico. </li><li> Immergere foreste MWCNT picrico acido rivestite in 25 ml di 923 mM soluzione sodioazide per formare 2,4,6-trinitro fenossido sodio e azide idrogeno (livello carburante) per impregnazione a umido. Lasciare il campione per 30 min fino a quando tutti i solventi evaporano. Nota: A seconda del rapporto di destinazione tra il combustibile chimico e la matrice MWCNT, è possibile modificare la concentrazione e la quantità della soluzione di sodio azide. </li><li> Misurare la massa di un composito ibrido individuale di carburante e MWCNT con una microbilancia, e confrontare la massa finale per calcolare il rapporto massail livello del carburante e MWCNT. <img alt="Equazione 1" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq1.jpg" /> dove M e M h m sono la massa del composito ibrido individuo e individuo pellicola MWCNT rispettivamente. </li><li> Verificare le strutture allineate del composito ibrido di carburante e MWCNT da SEM (Figura 5A). Secondo le istruzioni del produttore, abbassare la pressione per le condizioni di funzionamento, ed aumentare l&#39;ingrandimento fino alla aggregazione combustibile chimico è chiaramente osservata nella foresta MWCNT allineato. Controllare la forma di aggregazione carburante MWCNT. </li></ol></li></ol> 3. Produzione di termoelettrico Wave Generator (Figura 2) <ol><li> Attaccare nastri di rame ad entrambe le estremità di un vetrino per agire come elettrodi per il collegamento con un oscilloscopio, che misura la tensione in uscita diretta dall&#39;onda termoelettrico. </li><li> Collegare i nastri di rame ad entrambe le estremità del composito ibrido con un pas argentote goccia. Lasciare il campione fino a quando la pasta d&#39;argento diventa duro e la connessione è fissa. </li><li> Utilizzare un multimetro per misurare la resistenza elettrica del composito ibrido. </li></ol> 4. Misura di termoelettrico Waves (Figura 3) <ol><li> All&#39;interno di una camera di policarbonato, fissare il generatore di onde termoelettrico sul tavolo ottico con morsetti per la sicurezza. </li><li> Coccodrillo Usa per collegare gli elettrodi di rame per l&#39;oscilloscopio per la misurazione della tensione di uscita. </li><li> Impostare un sistema di microscopia ad alta velocità [componenti: una telecamera ad alta velocità (&gt; 5.000 fotogrammi / sec), obiettivo macro (105 mm Lente / F2.8) e una lampada LED] per registrare la propagazione della combustione del generatore. Luogo e accendere la lampada a LED per la registrazione chiara con immagini ad alta risoluzione di fronte al generatore di onde termoelettrico. Impostare la velocità di registrazione più di 5000 fotogrammi / sec. </li><li> Inserire un pirometro ottico ad una posizione specifica per registrare i cambiamenti in tempo reale della temperaturadel composito ibrido. </li><li> Applicare sia irraggiamento laser o riscaldamento Joule per accendere il combustibile chimico nel composito ibrido. <ol><li> Fuoco del laser (&lt;1,000 mW) in una posizione specifica sul composito ibrido. Mantenere l&#39;attenzione per alcuni secondi fino all&#39;avvio di combustione nel generatore di onde termoelettrico. </li><li> Preparare un alimentatore ad alta corrente e un filo di nichel-cromo. Collegare il filo ad una alimentazione ad alta corrente (condizioni di funzionamento: 5 V e 3 A), e riscaldare un filo di nichel. Rendere dolce contatto tra il filo di nichel riscaldata e combustibile chimico sul composito ibrido fino all&#39;avvio combustione nel generatore di onde termoelettrico. </li></ol></li><li> Accendere il sistema di misura, costituita da un sistema ad alta velocità microscopia, un oscilloscopio, e un pirometro ottico, quando un&#39;onda termoelettrico viene lanciato dal generatore. <ol><li> Impostare il frame rate di registrazione (5.000 fotogrammi / sec) nella fotocamera ad alta velocità. Registrazione trigger all&#39;inizio del thermopopropagazione delle onde wer. Istantanee record di immagini fotografiche ad alta velocità con il sistema di microscopia ad alta velocità, e di estrarre il numero di fotogrammi registrati dall&#39;inizio alla fine della propagazione delle onde termoelettrico (#number totale di fotogrammi). </li><li> Registrare il segnale di tensione dall&#39;inizio alla fine della propagazione delle onde termoelettrico utilizzando l&#39;oscilloscopio. Estrarre l&#39;impulso di tensione di uscita (V). </li><li> Fuoco il pirometro ottico nella posizione specifica su un composito ibrido, che indica le aree bersaglio, e misurare le variazioni dinamiche di temperatura (° C). </li></ol></li><li> Calcolare la velocità di propagazione reazione estraendo la posizione anteriore di reazione a singoli fotogrammi nel sistema di microscopia ad alta velocità. <img alt="Equazione 2" src="/files/ftp_upload/52818/52818eq2.jpg" /> dove, l h è la lunghezza totale del composito ibrido, n f è il numero di fotogrammi registrati dall&#39;inizio alla fine della propagazione delle onde termoelettrico, e n o &lt;/ Sub&gt; è il frame rate di registrazione. </li><li> Estrarre i dati di tensione di uscita dal dell&#39;oscilloscopio e calcolare la tensione di picco massima e la potenza specifica da impulso di tensione di uscita. Utilizzare la resistenza elettrica che è stata misurata al punto 3. </li><li> Estrarre la variazione di temperatura utilizzando il pirometro ottico. </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. 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T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wavefront+Velocity+Oscillations+of+Carbon-Nanotube-Guided+Thermopower+Waves:+Nanoscale+Alternating+Current+Sources.">Wavefront Velocity Oscillations of Carbon-Nanotube-Guided Thermopower Waves: Nanoscale Alternating Current Sources.</a> Acs Nano. 5, 367-375 (2011).</li><li>Walia, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ZnO+based+thermopower+wave+sources.">ZnO based thermopower wave sources.</a> Chem Commun. 48, 7462-7464 (2012).</li><li>Walia, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sb2Te3+and+Bi2Te3+based+thermopower+wave+sources.">Sb2Te3 and Bi2Te3 based thermopower wave sources.</a> Energ Environ Sci. 4, 3558-3564 (2011).</li><li>Hong, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+Electrical+Potential+of+Thermoelectric+Power+Waves+by+Sb2Te3-Coated+Multiwalled+Carbon+Nanotube+Arrays.">Enhanced Electrical Potential of Thermoelectric Power Waves by Sb2Te3-Coated Multiwalled Carbon Nanotube Arrays.</a> J Phys Chem C. 117, 913-917 (2013).</li><li>Walia, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MnO2-Based+Thermopower+Wave+Sources+with+Exceptionally+Large+Output+Voltages.">MnO2-Based Thermopower Wave Sources with Exceptionally Large Output Voltages.</a> J Phys Chem C. 117, 9137-9142 (2013).</li><li>Aria, A. I., Gharib, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dry+oxidation+and+vacuum+annealing+treatments+for+tuning+the+wetting+properties+of+carbon+nanotube+arrays.">Dry oxidation and vacuum annealing treatments for tuning the wetting properties of carbon nanotube arrays.</a> J Vis Exp. , (2013).</li><li>Zhao, Y., Tang, Y., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+functionalization+of+nitrogen-doped+carbon+nanotube+cups+with+gold+nanoparticles+as+cork+stoppers.">Synthesis and functionalization of nitrogen-doped carbon nanotube cups with gold nanoparticles as cork stoppers.</a> J Vis Exp. , e50383 (2013).</li><li>Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication,+densification,+and+replica+molding+of+3D+carbon+nanotube+microstructures.">Fabrication, densification, and replica molding of 3D carbon nanotube microstructures.</a> J Vis Exp. , (2012).</li><li>Grimme, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Do+Special+Noncovalent+&#960;&#8211;&#960;+Stacking+Interactions+Really+Exist.">Do Special Noncovalent &#960;&#8211;&#960; Stacking Interactions Really Exist.</a> Angewandte Chemie International Edition. 47, 3430-3434 (2008).</li><li>Yeo, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+chemical+fuel+composition+on+energy+generation+from+thermopower+waves.">Effects of chemical fuel composition on energy generation from thermopower waves.</a> Nanotechnology. 25, (2014).</li><li>Hong, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+Electrical+Potential+of+Thermoelectric+Power+Waves+by+Sb2Te3-Coated+Multiwalled+Carbon+Nanotube+Arrays.">Enhanced Electrical Potential of Thermoelectric Power Waves by Sb2Te3-Coated Multiwalled Carbon Nanotube Arrays.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 117, 913-917 (2013).</li><li>Kim, P., Shi, L., Majumdar, A., McEuen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+transport+measurements+of+individual+multiwalled+nanotubes.">Thermal transport measurements of individual multiwalled nanotubes.</a> Physical review letters. 87, 215502 (2001).</li><li>Garner, W., Abernethy, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heats+of+combustion+and+formation+of+nitro-compounds.+Part+I.+Benzene,+toluene,+phenol+and+methylaniline+series.">Heats of combustion and formation of nitro-compounds. Part I. Benzene, toluene, phenol and methylaniline series.</a> Proceedings of the Royal Society of London. Series A. 99, 213-235 (1921).</li><li>Passingham, C., Hendra, P. J., Hodges, C., Willis, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Raman+spectra+of+some+aromatic+nitro+compounds.">The Raman spectra of some aromatic nitro compounds.</a> Spectrochimica Acta Part A: Molecular Spectroscopy. 47, 1235-1245 (1991).</li><li>Rinkenbach, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Heats+Of+Combustion+And+Formation+Of+Aromatic+Nitro+Compounds.">The Heats Of Combustion And Formation Of Aromatic Nitro Compounds.</a> Journal of the American Chemical Society. 52, 115-120 (1930).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

I protocolli di esperimenti onda termoelettrico coinvolgono passaggi critici che consentono ideale propagazione dell&#39;onda termica e produzione di energia elettrica. Innanzitutto, la posizione specifica di accensione e il corrispondente trasferimento di reazione sono notevoli fattori che determinano la conversione di energia dalle onde termoelettrico. Accensione ad una estremità del composito ibrido lanciato guidato combustione lungo le interfacce tra i materiali di base e combustibili chimici in una direzione. Tutt...

Combustibili chimici hanno molto alta densità di energia e sono stati ampiamente utilizzati come fonti energetiche utili in una vasta gamma di applicazioni, dai microsistemi ai macrosistemi. 1 In particolare, molti ricercatori hanno cercato di utilizzare combustibili chimici come fonte di energia per la prossima generazione di micro / nanosistemi tecnologie basate su 2. Tuttavia, a causa della difficoltà di integrazione di componenti di conversione di energia in spazi estremamente ridotti in micro / nanodispositivi, ci sono limiti fondamentali per la conversione di combustibili chimici in energia elettrica. Pertanto, la combustione di combustibili chimici è stato impiegato principalmente per la produzione di energia chimica o meccanica in micro / nanodispositivi come nanotermiti o microattuatori. 1,3 Onde-a termoelettrico conversione energetica di nuova concezione concetto-hanno suscitato notevole attenzione come un metodo per convertire l&#39;energia chimica di un combustibile direttamente ene elettricargy senza utilizzare alcun componente di conversione. 4,5 onde termoelettrico possono essere generati utilizzando un composito ibrido di un combustibile chimico e di un materiale micro / nanostrutturati. 5 Quando viene acceso il carburante chimica in una certa posizione in un composito ibrido, combustione chimica avviene lungo l&#39;interfaccia tra il materiale combustibile chimico e micro / nanostrutturati. Contemporaneamente, cambiamenti dinamici potenziali termici e chimici in micro / nanostrutturati risultato nucleo materiale nella generazione di energia elettrica concomitante indotta da trasferimento di carica nella forma di un impulso di tensione elevata potenza. È stato dimostrato che diversi materiali micro / nanostrutturati come nanotubi di carbonio a parete multipla (MWCNT) 4-6 e ZnO, 7 Bi 2 Te 3, 8 Sb 2 Te 3, 9 e MnO 2 10 materiali micro / nanostrutturati permettono compositi ibridi di utilizzare le onde termoelettrico e mostra chimico-termico-electriconversione di energia cal. In particolare, i materiali di base con un alto coefficiente Seebeck consentono la generazione di tensioni di uscita elevata esclusivamente dalla combustione propagato. Tuttavia, altri parametri relativi ai compositi identici, come la miscela di combustibili chimici, rapporto massa del carburante / nucleo-materiali, il processo di fabbricazione, e le condizioni di accensione influenzano criticamente le proprietà generali delle onde termoelettrico. Qui, si mostra come i processi di produzione, la formazione di un combustibile chimico allineata, e rapporto di massa di materiali / nucleo carburante influenzano le prestazioni onda termoelettrico. Sulla base di una matrice MWCNT fabbricata da termica deposizione di vapore chimico (TCVD), si mostra come un composito ibrido di un combustibile chimico e MWCNT viene preparato per la generazione di energia delle onde termoelettrico. Esecuzione del setup sperimentale che consente la valutazione della conversione di energia è introdotta insieme alle corrispondenti misure sperimentali per processi come propagati combustioneon e la generazione di energia elettrica diretta. Inoltre, abbiamo dimostrato che la polarità distribuzione descritto dalla tensione di uscita di picco e dinamica specifica determina l&#39;accensione cruciale la conversione di energia elettrica. Questo studio fornirà strategie specifiche per migliorare la produzione di energia, e aiuterà a comprendere la fisica di base delle onde termoelettrico. Inoltre, il processo di fabbricazione e gli esperimenti qui descritti aiuterà ad estendere le opportunità di ricerca sulle onde termoelettrico, nonché sulla conversione dell&#39;energia chimica-termica-elettrica.

<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

Quando viene acceso un combustibile chimico in una certa posizione in un composito ibrido del combustibile e un materiale / nanostrutturato micro, combustione chimica avviene lungo l&#39;interfaccia tra i materiali combustibili e core. Contemporaneamente, cambiamenti dinamici potenziali termici e chimici in materiali micro / nanostrutturati comportano la generazione di energia elettrica concomitante indotta da trasferimento di carica nella forma di un impulso di tensione elevata potenza. Dimostriamo l&#39;intera procedura di un esperimento onda termoelettrico, dalla sintesi alla valutazione. Thermal deposizione di vapore chimico e il processo di impregnazione a umido sono rispettivamente impiegati per la sintesi di una matrice nanotubo di carbonio a pareti multiple e un composito ibrido di acido picrico azide / sodio / nanotubi a parete multipla. I compositi ibridi preparati sono utilizzati per fabbricare un generatore di onde termoelettrico con elettrodi di collegamento. La combustione del composito ibrido viene avviato mediante riscaldamento laser o Joule-riscaldamento, e the corrispondente propagazione combustione, generazione di energia elettrica diretta, ed in tempo reale le variazioni di temperatura sono misurati usando un sistema ad alta velocità microscopia, un oscilloscopio, e un pirometro ottico, rispettivamente. Inoltre, le strategie fondamentali da adottare nella sintesi di composito ibrido e l&#39;avvio di loro combustione che migliorano il trasferimento di energia delle onde termoelettrico generale vengono proposti.

L&#39;array MWCNT allineati, come materiale di base per le onde nanostrutturato termoelettrico, è stato sintetizzato da TCVD, 11-13 come mostrato in Figura 4A. Il diametro di MWCNT come coltivati ​​è 20-30 nm (Figura 4B). Il composito ibrido allineata delle picrico acido / sodio azide / MWCNT è mostrato in Figura 5A. Questo composto è stato sintetizzato dal processo di impregnazione a umido, 14 come descritto nella sezione del protocollo. P...

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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.

Preparazione e valutazione dei compositi ibridi di combustibile chimico e multi-walled nanotubi di carbonio nello studio di termoelettrico Waves

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

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Research

JoVE Journal

Engineering

8.7K Views.  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.

Caratteristiche di incapsulamento e di permeabilità di plasma particelle polimerizzate Hollow

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

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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.

Probing e mapping superfici di elettrodo nelle celle di combustibile ad ossidi solidi

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.

Preparazione e reattività di gasless Nanostrutturati materiali energetici

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.

Saldatura ad ultrasuoni di tagliandi termoplastico composito per la caratterizzazione meccanica dei giunti saldati attraverso singolo giro Shear Test

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.

Preparazione e 3D tracking di catalitici nuoto 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 ...

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.

Combustione Caratterizzazione e modello di sviluppo carburante per micro-tubolari Celle a combustibile fiamma assistita

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.

Bidirezionale Valorizzazione di scorie d&#39;altoforno: Sintesi di carbonato di calcio precipitato e zeolitici Heavy Metal Adsorbente

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.

Produzione e caratterizzazione di vuoto depositato 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 ...

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.

Controllo del film di studiare i contributi delle onde a goccia impatto Dynamics su pellicole liquide sottile che scorre

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.

Fabbricazione e progettazione di compositi ad alte prestazioni basati sul legno

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