29.04.2025 by Dr. Chiara Baldini
Hukkalämmön muuttaminen energiaksi nanonauhatekniikan avulla - lämpösähköjen suorituskyvyn parantaminen
Kehittyneessä materiaalitieteessä nanotason tarkka rakennesuunnittelu on erittäin tärkeää keraamisten komposiittien suorituskyvyn optimoimiseksi eri sovelluksissa, kuten elektroniikassa, lämmönhallinnassa ja erityisesti lämpösähköisissä materiaaleissa. Tämän alan perustavanlaatuinen haaste on sellaisten hallittujen epäsymmetristen rakenteiden luominen, jotka optimoivat suuntausominaisuudet ja toiminnallisen tehokkuuden.
Hiljattain Journal of the American Ceramic Society -lehdessä julkaistu yhteistyötutkimus "Asymmetric structuring of ceramic composite via co-electrospun natriumkobaliitti- ja kalsiumkobaliitti-nanorauhojen avulla" on merkittävä edistysaskel tämän haasteen voittamisessa. Leibniz University Hannoverin (Saksa) fysikaalisen kemian ja sähkökemian instituutin ja Technion-Israel Institute of Technologyn (Haifa, Israel) kemiantekniikan laitoksen Wolfsonin tutkijat käyttivät innovatiivista valmistusmenetelmää nimeltä co-electrospinning. Tämä sähkökehräyksen kehittynyt muunnelma mahdollisti natriumkobaliitista (NaCo₂O₄) ja kalsiumkobaliitista (Ca₃Co₄O₉) koostuvien komposiittisten nanonauhojen tarkan valmistuksen. Lähestymistapa mahdollisti keraamisen mikrorakenteen ja teksturoinnin tarkan hallinnan, jolloin saatiin aikaan materiaaleja, jotka oli erityisesti räätälöity parempaa lämpösähköistä suorituskykyä varten.
Kehittynyt karakterisointi NETZSCH DSC ja LFA: avain termosähköiseen suorituskykyyn
Laboratoriomme NETZSCH Analyzing & Testing tarjosi tähän tutkimukseen olennaisen tärkeän erikoistuneen lämpöanalyysin. Erityisesti tason sisäinen ja tason ulkopuolinen LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus (λ) määritettiin tarkasti NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash-laitteella mitatun lämpödiffuusiokyvyn ja NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® -laitteella saadun ominaislämpökapasiteetin perusteella. .
Näiden mittausten avulla voitiin arvioida kattavasti komposiitin lämpökäyttäytymistä.
Tutkimus osoitti parannetun lämpösähköisen suorituskyvyn, kun tehokerroin oli 9,9 μW/cm²K² ja ZT-arvo 0,49 1073 K:ssa, mikä ylittää aiemmin raportoidut arvot vastaaville kobolttipohjaisille materiaaleille. Nämä parannukset liittyivät lisääntyneeseen sähkönjohtavuuteen, jonka mahdollistivat optimoidut varauksenkuljettajaominaisuudet nanorakenteisessa komposiitissa.
Tämä tutkimus on esimerkki siitä, miten tehokas yhteistyö akateemisten laitosten ja erikoistuneiden analyysilaboratorioiden välillä voi nopeuttaa keraamisen materiaaliteknologian kehitystä.
Kiitokset
Kiitämme kiitollisuudella Leibnizin yliopiston Hannoverin fysikaalisen kemian ja sähkökemian instituutin (Saksa) ja Wolfsonin kemiantekniikan laitoksen sekä Technion-Israelin teknillisen instituutin (Haifa, Israel) Nancy & Stephan Grand Technion Energy Program (GTEP) tutkimusyhteistyötä. Olemme ylpeitä siitä, että olemme tukeneet tätä tutkimusta tarjoamalla asiantuntemustamme ja kehittyneitä laitteitamme lämpöanalyysin alalla.
Lisätietoja NETZSCH DSC- ja LFA-laitteet korkean lämpötilan sovelluksiin
