Наука и технологии - Нанотехнологии

Распространение ударных тепловых волн вдоль нанотрубки приводит к рождению мощного импульса тока, гораздо большего, чем при эффекте Зеебека: неожиданный метод генерации электричества нашли Майкл Страно (Michael Strano) и его коллеги из Массачусетского технологического института, а также корейского университета Сункхюнкхвана (Sungkyunkwan University).

Авторы использовали многослойные углеродные нанотрубки, получившие кольцевую оболочку из циклотриметилентринитрамина (гексогена) толщиной 7 нм (трубки были диаметром 13–22 нм). Их собирали в массивы нескольких миллиметров в поперечнике и порядка сантиметра длиной, взрывчатка поджигалась с одного из концов лазером или высоковольтной искрой, после чего проводились измерения различных параметров, а всё происходящее снималось на видео с частотой 90 тысяч кадров в секунду.

Оказалось, что из-за очень высокой теплопроводности нанотрубок возникает интересный эффект: жар от первых сгоревших порций проходит вдоль трубки на несколько порядков быстрее, чем распространялась бы химическая реакция. Это тепло вызывает подрыв последующих частей оболочки, и так генерируется быстрая волна тепла. Она же вызывает в трубке сильный поток зарядов. Причём пик его тем выше, чем больше скорость термоволны, а она стремительно растёт с уменьшением массы образца.

Авторы опытов получили столь сильные импульсы, что удельная мощность достигла 7 киловатт на килограмм. По расчётам учёных, это намного выше того, на что можно было бы рассчитывать исходя из эффекта Зеебека.

Физики полагают, что на основе нанотрубок удастся построить микроскопические одноразовые батареи, способные без малейшей разрядки ждать годами, а при необходимости выдать сильный импульс тока. Их предложено встраивать в миллиметровые экологические датчики или в столь же крошечные биомедицинские имплантаты, которые после долгого бездействия смогут послать в эфир мощную радиоволну с пакетом информации.

Интересно, что по вычислениям некоторых учёных само понятие температуры к нанотрубкам применять некорректно, поскольку квантовые эффекты тут уже заметно вмешиваются в картину происходящего. Может, в этом кроется секрет нового эффекта?

Сами авторы опытов намерены их продолжить, попытавшись получить от трубок переменный ток (играя составом взрывчатки и вызывая колебания скорости термоволны) и повысив КПД (пока львиная доля энергии уходит в тепло и свет). Детали же нынешнего эксперимента изложены в статье в Nature Materials.

Элтайм.ру, по материалам Nanonewsnet