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Ricercatori di Sandia in primo luogo per misurare comportamento termoelettrico dai materiali “di Tinkertoy„

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I ricercatori dei laboratori nazionali di Sandia hanno effettuato le prime misure di comportamento termoelettrico da una struttura metallorganica nanoporous (MOF), uno sviluppo che potrebbe condurre ad un codice categoria interamente nuovo dei materiali per tali applicazioni come i chip di computer e le macchine fotografiche e la raccolta di raffreddamento di energia

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LIVERMORE, CA? ? Questi risultati introducono MOFs come nuovo codice categoria dei materiali termoelettrici che possono essere adattati ed ottimizzati? fisico detto François Léonard di Sandia. ? Questa scoperta ci porta un punto più vicino a realizzare il potenziale di MOFs nelle applicazioni pratiche.?

I risultati sono stati pubblicati dentro? Metallo termoelettrico della pellicola sottile? Struttura organica con l'alto coefficente di Seebeck e la conducibilità termica bassa? quale è comparso 28 aprile in linea in materiali avanzati. Configurazioni di questo lavoro su ricerca precedente in cui la squadra di Sandia ha realizzato la conduttività elettrica in MOFs infiltrandosi nei pori con una molecola conosciuta come tetracyanoquinodimethane, o TCNQ, come descritto in un articolo 2014 nella scienza.

? Il fatto che un MOF TCNQ-riempito conduce abbastanza bene l'elettricità ci ha reso il quel promettente noi? la d inoltre vede il thermoelectricity, ma era affatto dato? contrassegno maggiore detto Allendorf dello scienziato di Sandia. ? Abbiamo trovato che non solo è il termoelettrico materiale ma anche l'efficienza dei relativi metodi di conversione di temperatura che di migliori materiali di conduzione gradicono il tellururo del bismuto.?

Il calore di convertito termoelettrico dei dispositivi all'elettricità e non ha pezzi mobili, rendente li estremamente attraenti per il raffreddamento e l'energia che raccolgono le applicazioni. MOFs termoelettrico ha potuto intraprendere a questi vantaggi un'azione più ulteriormente con la prestazione migliore, il più piccolo formato ed i disegni flessibili.

I ricercatori inoltre hanno guadagnato una comprensione fondamentale delle proprietà di trasporto della carica di questi materiali novelli che avanza l'obiettivo a lungo raggio di modellatura del MOFs nei dispositivi elettronici ed optoelettronici.

Concetto di Guest@MOF descritto

Descritto As? giocattoli molecolari dello stagnaio? MOFs ha una struttura cristallina che assomiglia all'armatura molecolare, consistente delle molecole organiche rigide collegate insieme dagli ioni del metallo. Quelle molecole organiche sono i bastoni e gli ioni del metallo sono le sfere.

L'ibrido delle componenti inorganiche ed organiche produce una combinazione insolita di proprietà: nanoporosity, aree del ultralarge e stabilità termica notevole, che sono attraenti ai chimici che cercano i materiali novelli. Lo spazio vuoto incorniciato dalle molecole e dagli ioni organici del metallo è che cosa allineare regola a parte MOFs? svuoti lo spazio che può essere riempito di praticamente tutta la piccola molecola che un chimico sceglie.

? Descriviamo questo concetto come Guest@MOF, con l'ospite che è praticamente tutta la molecola abbastanza piccola adattarci nei pori di MOF? Alec spiegato Talin, uno scienziato dei materiali a Sandia. ? La grande cosa circa la chimica è voi può sintetizzare un'ampia varietà di molecole da inserire all'interno di un MOF per cambiare le relative proprietà. In materiali d'ottimizzazione, questo gli dà molte manopole alla girata.?

conversione di energia efficiente MOF-permessa a

I ricercatori hanno dovuto inventare un metodo per misurare le proprietà termoelettriche di TCNQ@MOF, dove TCNQ era la molecola dell'ospite. MOFs è così nuovo? sono stati scoperti soltanto in 1999? che i ricercatori si trovano spesso sulla frontiera di scienza con pochi attrezzi stabiliti o persino su una comprensione libera del materiale? proprietà di fondamento di s.

Léonard, Talin e Kristopher Erickson, un ex collega postdoctoral di Sandia, hanno generato un dispositivo termoelettrico collegando i riscaldatori ed i dispositivi di raffreddamento del Peltier ad ogni estremità di una pellicola sottile di TCNQ@MOF per generare un gradiente geotermico molto piccolo. Hanno misurato esattamente il gradiente geotermico con una macchina fotografica infrarossa mentre simultaneamente misuravano la tensione generata. Da questi dati hanno ottenuto la tensione per unità del mutamento di temperatura, conosciuta come il coefficente di Seebeck.

Patrick Hopkins, un assistente universitario dell'ingegneria meccanica all'università di Virginia ed il suo dottorando Brian M. Foley ha usato una tecnica del laser per misurare la conducibilità termica.

Le misure risultanti hanno mostrato la grande promessa. TCNQ@MOF ha un alto coefficente di Seebeck e una conducibilità termica bassa, due proprietà importanti per thermoelectricity efficiente. Il coefficente di Seebeck era nella stessa gamma del tellururo del bismuto, uno dei materiali termoelettrici semi conduttori superiori.

? Il punto seguente è come lo rendiamo migliore?? Allendorf detto. ? La conversione di energia non è competitiva ancora con i materiali semi conduttori, ma pensiamo che possiamo migliorare quello con migliore conduttività elettrica.?

Le misure rendono la comprensione fondamentale della struttura elettronica che modella MOFs

Le misure inoltre hanno bloccato i dati che hanno avanzato la squadra? comprensione fondamentale di s della struttura elettronica di TCNQ@MOF. Il fisico Catalin Spataru di Sandia ed i calcoli dettagliati condotti adottivi della struttura elettronica di Mike dello scienziato dei materiali dello scienziato Reese Jones dei materiali di Sandia e di TCNQ@MOF hanno realizzato le simulazioni di conducibilità termica.

? Stavamo provando a capire il ruolo della molecola dell'ospite, TCNQ in questo caso, quando si infiltra nel poro di un MOF. L'individuazione della configurazione rappresentativa per il sistema unito di TCNQ@MOF via le simulazioni su elaboratore era particolarmente provocatoria, come indossiamo? la t invitare le molecole dell'ospite per formare una struttura ordinata? Spataru detto.

Le simulazioni hanno permesso che i ricercatori verificassero la fonte del trasporto della carica e stabilissero che TCNQ@MOFs fosse un p-tipo materiale. Le applicazioni quali i transistori ed i diodi richiedono i semiconduttori sia di p-tipo che di n-tipo.

? Noi? re ora cercando una molecola che congiuntamente ad un MOF genera un n-tipo semiconduttore con le simili proprietà a TCNQ@MOF? Léonard detto. ? Una volta che troviamo quello, noi? il ll è allo stadio precoce di generazione del dispositivo termoelettrico completo.?

MOFs in spazio, smartphones ed automobili

Una volta che MOFs termoelettrico realizza l'efficienza di conversione sufficiente di energia, potrebbero cominciare a sostituire i metodi di raffreddamento esistenti in dispositivi in cui la compattezza ed il peso sono priorità. Le macchine fotografiche montate sui satelliti, che richiedono il raffreddamento costante da funzionare correttamente, sono un esempio. Sostituendo i ventilatori in chip di computer con MOFs termoelettrico potrebbe ridurre il peso dei computer portatili, smartphones e l'altra elettronica portatile ed il numero dei pezzi mobili che finalmente consumeranno.

Energia-raccogliendo i dispositivi termoelettrici capitalizzano sui calore sprecati per disegnare il potere. Un dispositivo termoelettrico vicino ad un sistema del motore o di scarico di automobile ha potuto trasferire quei calore sprecati in una fonte di energia per l'automobile? elettronica di s. I dispositivi termoelettrici inoltre sono utilizzati per fornire il raffreddamento localizzato per la comodità di passeggero.

? Un'altra applicazione potenziale sta utilizzando i gradienti geotermici nella terra per alimentare i sensori nelle regioni isolate? Léonard detto. ? Thermoelectrics potrebbe essere abbastanza ideale per questa applicazione, poichè potreste installare un dispositivo ed affidarli al funzionamento per i lungi periodi di tempo.?

Ricerche dei lavori futuri per migliorare efficienza

I ricercatori ora stanno migliorando l'efficienza termoelettrica di TCNQ@MOF. Un viale è di cambiare le pellicole di MOF dalle strutture policristalline utilizzate nella ricerca iniziale a single-crystal.

? Una struttura unificata dovrebbe condurre più meglio l'elettricità? chimico detto Vitalie Stavila di Sandia, che ha coltivato le pellicole sottili di MOF. ? Tuttavia, crediamo che le interfacce fra i grani polycrystal contribuiscano alla conducibilità termica bassa. Così la migliore efficienza di conversione di energia probabilmente sarà realizzata equilibrando questi due parametri.?

I ricercatori inoltre stanno girando la loro tecnica di misura termoelettrica in altri MOFs e materiali, quali le pellicole sottili del nanotube del carbonio.

? Ciò è un tempo molto emozionante lavorare a MOFs? Allendorf detto. ? La scienza fondamentale sta cominciando soltanto a prendere con queste nuove applicazioni, che stanno avanzando al passo veloce. La comprensione migliore noi? il re inizio da ottenere li aiuterà ad estendere MOFs in molte nuove zone emozionanti ma stimolanti.?