Fibras tejidas de nanotubos capaces de convertir el calor en energía.

Los nanotubos invisibles de microcarbono, convertidos en fibras y cosidos en telas, se han convertido en un generador termoeléctrico que puede convertir el calor del sol u otras fuentes en energía.

Tejidos en fibras similares a hilos y cosidos en telas, los nanotubos de carbono actúan como un generador termoeléctrico que puede convertir el calor del sol u otras fuentes en energía. Crédito de la imagen: Jeff Fitlow.

El físico Junichiro Kono de Universidad de Rice El laboratorio dirigió a un equipo de científicos de la Universidad Metropolitana de Tokio (TMU) y el Centro de Carbono a Base de Arroz para desarrollar nanotubos personalizados y probar su potencial para aplicaciones a gran escala.

Los pequeños experimentos de los investigadores dieron como resultado una tela de algodón improvisada y flexible que convierte el calor en la energía necesaria para alimentar el LED. Las mejoras adicionales permitirán que los materiales formen los componentes básicos de las fibras, la electrónica textil y la recolección de energía. Las mismas fibras de nanotubos se pueden usar como disipadores de calor para enfriar dispositivos sensibles de manera más eficiente.

El estudio fue publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

El efecto parecía simple, como si un lado del material ferroeléctrico estuviera más caliente en comparación con el otro, generaba energía. El calor puede provenir del sol o de otros dispositivos, como las placas calefactoras utilizadas en el experimento textil. De otra manera, agregar energía puede hacer que el material enfríe el lado más caliente.

Hasta ahora, los grandes grupos plásticos de nanomateriales no han mostrado el “factor de potencia gigante” requerido, que es de 14 MW / mK.2. Este es el valor que los investigadores de Rice han identificado en las fibras de nanotubos de carbono.

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El factor de potencia le dice cuánta densidad de energía puede obtener de una sustancia a una diferencia de temperatura y un gradiente de temperatura dados.

Natsume Komatsu, autor principal del estudio y estudiante de posgrado, Rice University

Según Komatsu, el factor de potencia de un material es un efecto combinado que se logra a partir de la conductividad eléctrica y el coeficiente de Seebeck, que es una medida del potencial para convertir las diferencias térmicas en electricidad.

La conductividad eléctrica superior de estas fibras fue una de las principales característicasKomatsu agregó La fuente de esta superpotencia también está relacionada con la sintonización de la energía de Fermi inherente a los nanotubos, una propiedad que determina el potencial electroquímico.

Los científicos pudieron regular la energía de Fermi activando químicamente nanotubos transformados en fibras por un laboratorio de la Universidad de Rice asociado con Matthew Pasquale, coautor e ingeniero químico y biomolecular, lo que permitió a los investigadores afinar las propiedades electrónicas de las fibras.

Si bien las fibras probadas se cortaron en longitudes de centímetros, Komatsu declaró que no había evidencia que sugiriera que los dispositivos no pudieran usar las excepcionales fibras de nanotubos del laboratorio de Pasquale que están retorcidas a longitudes fijas.

No importa dónde se midan, tienen la misma conductividad eléctrica muy alta. La pieza que medí era pequeña porque mi configuración no puede medir 50 metros de fibra..

Natsume Komatsu, autor principal del estudio y estudiante de posgrado, Rice University

Pasquali es el Director de Carbon Hub, que promueve la expansión del hidrógeno y la mejora del carbono de una manera que también está transformando las formas globales de usar hidrocarburos fósiles.

Las fibras de nanotubos de carbono se han mantenido en un camino de crecimiento constante y están demostrando ser útiles en más y más aplicaciones. En lugar de desperdiciar carbono quemándolo en dióxido de carbonoY Podemos arreglarlo como un material útil que tiene beneficios ambientales adicionales en la generación y transporte de electricidad..

Matteo Pasquale, coautor del estudio e ingeniero químico y biomolecular, Rice University

Queda por verse si el nuevo estudio arroja un panel solar que la gente pueda tirar en la lavadora, pero Kono estuvo de acuerdo en que la tecnología tiene capacidades enormes y variadas.

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Los nanotubos existen desde hace 30 añosY y científicamenteY Sabe mucho. Pero para hacer dispositivos del mundo real, necesitamos ensamblajes cristalinos o microscópicamente dispuestos. Estos son los tipos de muestras de nanotubos que usó MathieuGrupo y mi grupo pueden hacerY Hay muchas, muchas posibilidades de aplicaciones.Pasquale mencionó.

Los coautores del estudio son los estudiantes graduados de Rice Oliver Dewey, Lauren Taylor, Mitchell Trafford y Jeff Weimeyer, profesor asociado de ingeniería mecánica. Yuta Ichinose, el profesor Yohei Yomogida y el profesor Kazuhiro Yanagi de la Universidad Metropolitana de Tokio.

Kono es profesor de ingeniería Karl F. Hasselmann y profesor de ingeniería eléctrica, ingeniería informática, física, astronomía, ciencia de los materiales y nanoingeniería. Pasquali es profesor de Ingeniería Química y Biomolecular AJ Hartsook y profesor de Química, Ciencia de Materiales y Nanoingeniería.

Este estudio fue financiado por el Programa de Ciencias Energéticas Básicas del Departamento de Energía, la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Robert A. Welch, la Sociedad Japonesa para el Avance de la Ciencia, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y el Departamento de Defensa.

Los nanotubos tejidos hacen un termogenerador

Los nanotubos tejidos hacen un generador de calor. Crédito del video: Rice University.

Referencia de la revista:

Komatsu, N .; y otros. (2021) Una fibra de nanotubos de carbono frágil con un factor de energía térmica gigante. Comunicaciones de la naturaleza. doi.org/10.1038/s41467-021-25208-z.

Fuente: https://www.rice.edu/

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