Тепло, вырабатывающее ток: Совсем не похоже на ТЭЦ
Группа ученых из Массачусетского технологического института покрыла электро- и теплопроводящие углеродные нанотрубки слоем реакционноспособного топлива, способного вырабатывать тепло при разложении. Затем это топливо поджигали на одном конце нанотрубки, используя при этом лазерный пучок или высоковольтную искру, в результате получалась тепловая волна, быстро продвигающаяся вдоль нанотрубки подобно тому, как огонек перемещается вдоль зажженного фитиля. Тепло от горючего перемещается в нанотрубку, где оно распространяется в тысячи раз быстрее, чем в самом топливе.
Так как тепло возвращается обратно в слой топлива, возникает тепловая волна, идущая вдоль нанотрубки. Разогреваясь до 3000 К, это кольцо жара перемещается в 10 тысяч раз быстрее, чем при нормальном протекании данной реакции.
Тепло, выделяющееся в процессе горения, толкает электроны вдоль нанотрубки, создавая электрический ток.
Волны сгорания — как те, что мчатся вдоль трубки — «Изучались математическими методами на протяжении более чем 100 лет», — говорит Майкл Страно, профессор кафедры химической технологии из МТИ, он был первым, кто предположил, что такие волны могут перемещаться вдоль нанотрубки или нанонити, и что они могут запустить электрический ток вдоль волокна.
В первых экспериментах, по словам Страно, нанотрубки покрывались горючей оболочкой только для изучения химической реакции. «Мы были сильно удивлены возникшим в результате пиком напряжения», — добавляет ученый. После дальнейшей доработки система стала выдавать (пропорционально своему весу) примерно в 100 раз больше энергии, чем литий-ионная батарея эквивалентной массы.
Количество высвобождаемой энергии, говорит Страно, гораздо больше, чем предполагалось согласно термоэлектрическим расчетам. Многие полупроводниковые материалы могут вырабатывать электричество при нагревании — возникает так называемый «эффект Зеебека», но в углероде он проявляется очень слабо. «Тут происходит что-то другое, — утверждает профессор Страно. — Мы называем это увлечением электронов, поскольку ток зависит, в том числе, от скорости распространения волны».
Волна тепла, поясняет ученый, увлекает за собой переносчиков электрического заряда (и электроны, и электронные дырки) так же, как волна обычная может подхватить и понести мусор. Этим важным свойством и обусловлена высокая производительность всей системы.
Источник gizmag.com
