Ingeniør skaber ny teknik til test af nanomaterialer

Et University of California, Irvine-ingeniøren har opfundet en metode til at analysere nanotråde ved temperaturer, der nærmer sig 800 grader Fahrenheit i de første eksperimenter nogensinde, viser den værdifulde rolle, materialerne kunne spille i at omdanne overskudsvarme fra maskiner og elektronik til brugbar elektricitet.

"Bilproducenter og teknologiske startups forsøger at udnytte og kommercialisere varme-til-el-applikationer, men først har de brug for højeffektive byggeklodser for at få det til at ske, " sagde Jaeho Lee, UCI assisterende professor i mekanisk og rumfartsteknik og hovedforfatter af en undersøgelse i det aktuelle nummer af Nano bogstaver . "Vores arbejde bekræfter, hvad ingeniører længe har forventet:at visse materialer ville have gode termoelektriske egenskaber på nanometerskalaen selv ved høje temperaturer."

Han og hans kolleger var i stand til at opnå dette resultat gennem den smarte tilpasning af et kommercielt tilgængeligt vakuumkammer og tilhørende udstyr. Lige fra hylden og droslet op til intens varme til andre eksperimenter, apparatet ville smelte trådbelægninger og ødelægge de klæbemidler, der blev brugt til at smelte nanotrådsspåner til deres holdere.

Holdet lindrede disse problemer ved at bruge varmetolerante ledninger og skruer i stedet for lim til at holde stykkerne på plads. De skabte også en unik prøvemonteringsplatform, der minimerer varmetab og lader forskere kontrollere nanotrådenes temperatur med høj præcision.

Et af de grundlæggende mål for Lees forskningsområde er at afkoble elektrisk ledningsevne og temperatur for at producere energi fra spildvarme, og hans arbejde hos UCI viser, at silicium nanotråde kan være de rigtige materialer til jobbet.

Resultaterne af undersøgelsen, udført, da Lee var postdoc ved Lawrence Berkeley National Laboratory, også bane vejen for andre ekstrem varme eksperimenter, ifølge UCI-materialeforsker Allon Hochbaum, som ikke var involveret i undersøgelsen.

"Jaehos nye arbejde udvikler evnen til at måle varmeledningsevne for nanoskala materialer ved højere temperaturer end tidligere var muligt, " sagde han. "Dette giver mulighed for karakterisering af lovende termoelektriske højtemperaturstoffer, såsom silicium nanotråde, under forhold, der ligner deres optimale driftstemperatur. "

I deres søgen efter at genbruge spildvarme, ingeniører søger elementer, der tillader en jævn strøm af elektricitet, mens de modstår varme. I bulk, silicium er en god sender af både elektricitet og varme. Men forskere har længe været vidne til et kraftigt fald i termisk ledningsevne, når de har at gøre med silicium på mikro- og nanometerskalaen.

"Varme spredes med overfladegrænserne, så når du laver en nanotråd, den termiske ledningsevne kan være så lav som to størrelsesordener mindre end den termiske ledningsevne af bulkmaterialet, " sagde Lee.