Name: preparation and evaluation of hybrid composites of chemical fuel and multi-walled carbon nanotubes in the study of thermopower waves
Uploaded: 2015-04-10T15:00:00
Description: 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

이 작품은 자금 한국 과학 재단을 통해 교육 과학 기술부 (NRF-2013R1A1A1010575)의 교육부에 의해 나노 R &amp; D 프로그램의 재원으로 한국 연구 재단 (NRF)를 통해 기초 과학 연구 프로그램에 의해 지원되었다 교육 과학 기술부 (NRF-2012M3A7B4049863)에 의해.

수직으로 정렬 된 다중 벽 탄소 나노 튜브의 합성 1. (VAMWCNTs) <ol><li> 웨이퍼의 제조 및 촉매 층의 증착 <ol><li> n 형 (100) 실리콘 웨이퍼를 준비합니다. </li><li> 열 산화 또는 스퍼터링과 같은 다른 방법에 의해 실리콘 웨이퍼 상에 250 nm 두께의 SiO2 층을 증착. 가로로에서 1000 ° C에서 3 시간 20 분 동안 O 2 200sccm으로 주입한다. </li><li> 그런가 2 층에 층 (1000 W RF 전력) 소스와 10 nm ?...

<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>

열 전력 (thermopower) 웨이브 실험 프로토콜은 이상적인 열 전파뿐만 아니라 전기 에너지를 생성 할 수 중요한 단계를 포함한다. 먼저, 점화의 특정 위치와 해당 반응 전송은 열 전력 (thermopower) 파도로부터 에너지 변환을 제어하는​​데 상당한 요인이다. 혼성 복합체의 일단 점화 한 방향으로 코어 재료 및 화학 연료의 계면을 따라 연소를 유도 시작했다. 그러나, 임의의 다른 위치에서 점화 심재 내...

화학 연료는 매우 높은 에너지 밀도를 가지고 널리 macrosystems하는 Microsystems의 광범위한 애플리케이션에 유용한 에너지 원으로 사용되고있다. 한 특히, 많은 연구자들은 차세대 마이크로 / 나노 시스템을위한 에너지 원으로서 화학 연료를 사용하기 위해 노력했다 기반 기술. 2 단, 마이크로 / 나노 극히 작은 공간에서 에너지 변환 컴포넌트를 통합하는데 어려움으로 인하여, 전기 에너지로 연료의 화학 변환에 근본적인 한계가있다. 따라서, 화학 연료의 연소는 주로 nanothermites 또는 마이크로 액츄에이터 등의 미세 / 나노 화학적 또는 기계적 에너지의 생산을 위해 사용되어왔다. 1,3 열 전력 (thermopower) 파 - 새로 개발 에너지 변환 개념 -은 전기 에너지로 직접 연료의 화학 에너지로 변환하는 방법으로서 많은 주목을 받고어떤 변환 요소를 사용하지 않고 RGY. 4,5- 열 전력 (thermopower) 파도 화학 연료의 혼성 복합체 및 마이크로 / 나노 구조 재료를 사용하여 생성 될 수있다. 혼성 복합체의 특정 위치에서의 화학 연료가 점화되면 (5)는 화학 물질 연소 따라 발생 화학 연료 및 마이크로 / 나노 구조의 재료 간의 인터페이스. 동시에, 높은 출력 전압을 펄스 형태의 전하 전송에 의해 유도 된 전기 에너지 수반 세대 코어 마이크로 / 나노 구조 재료 결과 걸쳐 열적 및 화학적 포텐셜 동적 변화한다. 이는 예컨대 다층 카본 나노 튜브 (다중 벽 탄소 나노 튜브) 4-6의 ZnO 7 동성이 테 3, 8의 Sb 2 테 (3), (9) 및 MnO2가 다양 마이크로 / 나노 구조 물질은, 10 마이크로 / 나노 구조 물질은, 혼성 복합체를 허용하는 것이 입증되었다 열 전력 (thermopower) 파를 이용하고 화학 열 ELECTRI를 표시합니다CAL 에너지 변환. 구체적으로는, 높은 제 베크 계수를 갖는 코어 재료로만 전파 연소 높은 출력 전압을 생성 할 수 있도록. 그러나, 이러한 화학 연료, 연료 / 코어 재료, 제조 공정의 질량비, 착화 조건의 혼합물로서 동일한 복합체에 관한 다른 매개 변수에 치명적인 열 전력 (thermopower) 파의 전반 특성에 영향을 미친다. 여기서, 우리는 제조 공정, 정렬 된 화학 연료의 형성 및 연료 / 코어 물질의 질량 비율은 열 전력 (thermopower) 파도의 성능에 미치는 영향을 보여준다. 열 화학적 기상 증착 (TCVD)에 의해 제조 MWCNT 배열에 기초하여, 우리는 화학 연료와의 다중 벽 탄소 나노 튜브 혼성 복합체가 열 전력 (thermopower) 웨이브 에너지 생성을위한 제조 방법을 도시한다. 에너지 전환의 평가를 가능하게하는 실험 장치의 설계는 이러한 연소 propagati 같은 프로세스에 대한 실험 측정 대응과 함께 도입에 직접 전기 에너지 생성. 또한, 우리는 극성 동적 출력 전압과 특정 피크 파워 결정적 전기 에너지 변환을 결정하여 분포 한 것을 보여준다. 이 연구는 에너지 생성을 향상시키기 위해 특정 전략을 제공하며, 열 전력 (thermopower) 파의 기본 물리학을 이해하는데 도움이 될 것입니다. 또한, 여기에 설명 된 제조 과정 및 실험은 열 전력 (thermopower) 파도 연구 기회를 확장하는 데 도움이뿐만 아니라, 화학 열 - 전기 에너지 변환을 사용한다.

<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

연료 및 마이크로 / 나노 구조 물질의 혼성 복합체의 특정 위치에서의 화학 연료가 점화되면, 연소 화학 연료와 코어 재료 사이의 계면을 따라 발생한다. 동시에, 마이크로 / 나노 구조 물질에 걸쳐 열적 및 화학적 포텐셜 동적 변화는 고출력 전압 펄스 형태의 전하 전송에 의해 유발 수반 전기 에너지 발생을 초래한다. 우리는 합성에서 평가, 열 전력 (thermopower) 파 실험의 전체 과정을 보여줍니다. 열화학 기상 증착법 및 습식 함침 처리는 각각의 다층 카본 나노 튜브 어레이의 합성 및 피크르산 / 아 지드 화 나트륨 / 다중 벽 탄소 나노 튜브 혼성 복합체에 이용된다. 제조 된 하이브리드 복합 연결 전극 열 전력 (thermopower) 파 발생 장치를 제작하는 데 사용됩니다. 하이브리드 복합의 연소 레이저 가열 또는 주울 가열하고, 일에 의해 시작됩니다E 대응 연소 전파를 직접 전기 에너지 발생 및 실시간 온도 변화는 각각 고속 현미경 시스템, 오실로스코프 및 광 고온계를 이용하여 측정된다. 또한, 결정적인 전략 혼성 복합체의 전반적인 열 전력 (thermopower) 웨이브 에너지 전달을 향상 그들의 연소 개시의 합성에 채택 될 것이 제안된다.

도 4a에 도시 된 바와 같이 열 전력 (thermopower) 파에 대한 코어 나노 구조 물질로서 MWCNT 정렬 된 어레이는, TCVD, 11-13에 의해 합성 하였다. 성장 된 다중 벽 탄소 나노 튜브의 직경은 20 내지 30 나노 미터 (도 4b)이다. 피크르산 / 아 지드 화 나트륨 / 다중 벽 탄소 나노 튜브의 정렬 된 혼성 복합체는도 5a에 도시된다. 프로토콜 절에서 설명한 바와 같이,이 합...

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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.

열 전력 (thermopower) 파도의 연구에서 화학 연료 및 다중 벽 탄소 나노 튜브의 하이브리드 복합 재료의 제조 및 평가

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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