ساختارهای تاری پودی و تبدیل انرژی گرمایی به انرژی الکتریکی

ساختارهای تاری پودی بافته شده از نانو تیوب‌ها انرژی گرمایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند!

ژنراتورهای ترموالکتریک انعطاف‌پذیر می‌توانند روشی مفید برای تولید الیاف کربن دوستدار طبیعت باشند. نانوتیوب‌های کربنی نامرئی که به صورت الیاف در یک راستا قرار گرفته و به پارچه دوخته شده‌اند، تبدیل به یک ژنراتور ترموالکتریک می‌شوند که می‌تواند گرمای خورشید یا سایر منابع را به اشکال دیگر انرژی تبدیل کند.

آزمایشگاه دانشگاه رایس، مطالعه‌ای را با دانشمندان دانشگاه متروپولیتن توکیو و مرکز کربن مستقر در دانشگاه رایس برای ساخت الیاف نانوتیوب سفارشی و آزمایش پتانسیل آن‌ها برای کاربردهای در مقیاس بزرگ رهبری کرد.

آزمایش‌های آن‌ها در مقیاس کوچک منجر به تولید پارچه‌ای نخی انعطاف‌پذیر و تقویت‌شده با الیاف شد که انرژی گرمایی را به انرژی الکتریکی کافی برای تأمین انرژی LED تبدیل می‌کرد. آن‌ها می‌گویند که با توسعه بیشتر، چنین موادی می‌توانند به واحدهای ساختمانی الیاف و منسوجات الکترونیک و وسیله‌ای برای برداشت انرژی تبدیل شوند.

از نانوتیوب‌های مشابه نیز می‌توان به عنوان سینک حرارتی برای خنک کردن فعال قطعات الکترونیک حساس با راندمان بالا استفاده کرد.

فرایند انجام کار ساده به نظر می‌رسد: اگر یک طرف ماده ترموالکتریک گرم‌تر از طرف دیگر باشد، منجر به تولید انرژی قابل استفاده خواهد شد. گرما می‌تواند از خورشید یا وسایل دیگر مانند صفحات داغ مورد استفاده در آزمایش پارچه باشد. برعکس، افزودن انرژی می‌تواند مواد را به خنک کردن قسمت داغ‌تر وادار کند.

ناتسومی کوماتسو، دانشجوی فارغ التحصیل دانشگاه رایس، نویسنده اصلی مقاله، بیان کرد: ضریب توان به شما می‌گوید که چه مقدار چگالی توان را می‌توانید از یک ماده با اختلاف و گرادیان دما دریافت کنید. وی خاطرنشان کرد که ضریب قدرت یک ماده اثر ترکیبی از رسانایی الکتریکی آن و چیزی است که به عنوان ضریب Seebeck شناخته می‌شود، معیاری از توانایی آن در تبدیل تفاوت‌های حرارتی به الکتریسیته.

کوماتسو گفت: رسانایی الکتریکی فوق العاده بالای این الیاف یکی از ویژگی‌های کلیدی آن‌ها بود.
منبع این ابرقدرت نیز به تنظیم انرژی فِرمی ذاتی این نانو تیوب‌ها مربوط می‌شود، خاصیتی که پتانسیل الکتروشیمیایی را تعیین می‌کند. محققان توانستند انرژی فِرمی را با تغلیظ شیمیایی نانو تیوب‌های ساخته شده به صورت الیاف توسط آزمایشگاه دانشگاه رایس، کنترل کنند و به آن‌ها اجازه دهند خواص الکترونیکی الیاف را تنظیم کنند.

در حالی که الیافی که توسط محققان مورد آزمایش قرار گرفتند، در محدوده طولی سانتی متر برش داده شدند، کوماتسو گفت دلیلی وجود ندارد که دستگاه‌ها نتوانند از الیاف نانو تیوب عالی آزمایشگاه پاسکوالی که در طول‌های پیوسته روی بسته‌ها پیچیده شده اند استفاده کنند. وی بیان کرد: مهم نیست این الیاف را در کجا مورد ازمایش و اندازه گیری قرار دهید، آن‌ها رسانایی الکتریکی بسیار بالایی دارند. قطعه‌ای که من اندازه گرفتم کوچک بود فقط به این دلیل که دستگاه من قادر به اندازه گیری ۵۰ متر لیف نیست!

این فناوری دارای پتانسیل‌های بسیار زیاد و متنوعی است و می توان امیدوار بود که در آینده تحقیقات جدید منجر به تولید پنل خورشیدی شود که بتوان آن را در ماشین لباسشویی انداخت!

وی همچنین بیان کرد که نانو تیوب‌ها در حدود ۳۰ سال است که وجود دارند و از نظر علمی، چیزهای زیادی مورد مطالعه وشناسایی قرار گرفته است. اما برای ساختن دستگاه‌هایی در دنیای واقعی، ما به مجموعه‌های کریستاله یا مرتب شده از نظر ماکروسکوپی نیاز داریم. نمونه‌های نانو تیوب قابل ساخت در حال حاضر امکانات بسیار بسیار زیادی برای کاربردهای متنوع را فراهم خواهند کرد.