Новый материал из углеродных нанотрубок генерирует электричество

Материал из углеродных нанотрубок генерирует электричество просто при погружении его в раствор, сообщает phys.org. Это новая методика и новый способ получения энергии.

Инженеры Массачусетского технологического института открыли новый способ получения электричества с использованием крошечных частиц углерода, которые могут создавать ток, просто взаимодействуя с раствором. Органический растворитель, вытягивает электроны из частиц, генерируя электрический ток.

«Этот механизм является новым, и этот способ получения энергии совершенно новый», — говорит Майкл Страно, профессор химической инженерии в Массачусетском технологическом институте. «Эта технология интригует, потому что все, что вам нужно сделать, это пропустить растворитель через слой этих частиц. Это позволяет заниматься электрохимией, но без проводов».

Публикация, в которой описан новый материал и его свойства, вышла в журнале Nature Communications.

Новое открытие стало результатом исследований Страно в области углеродных нанотрубок—полых трубок, изготовленных из решетки атомов углерода, которые обладают уникальными электрическими свойствами. В 2010 году Страно впервые продемонстрировал, что углеродные нанотрубки могут генерировать «термоэнергетические волны». Когда углеродная нанотрубка покрыта слоем топлива, движущиеся импульсы тепла или волны термосилы перемещаются по трубке, создавая электрический ток.

Эта работа привела Страно и его учеников к открытию связанной особенности углеродных нанотрубок. Они обнаружили, что когда часть нанотрубки покрыта полимером, похожим на тефлон, это создает асимметрию, которая позволяет электронам течь от покрытой к непокрытой части трубки, генерируя электрический ток. Эти электроны можно вытянуть, погрузив частицы в растворитель, который жаждет электронов.

Чтобы использовать эту особую способность, исследователи создали частицы, генерирующие электричество, измельчая углеродные нанотрубки и формируя из них лист похожего на бумагу материала. Одна сторона каждого листа была покрыта полимером, похожим на тефлон, и затем исследователи вырезали мелкие частицы, которые могут быть любой формы и размера. Для этого исследования они сделали частицы размером 250 на 250 микрон.

 

Когда эти частицы погружаются в органический растворитель, такой как ацетонитрил, растворитель прилипает к непокрытой поверхности частиц и начинает вытягивать из них электроны.

«Растворитель забирает электроны, и система пытается уравновеситься, перемещая электроны», — говорит Страно. «Внутри нет сложной химии батарей. Это просто частица, вы помещаете ее в растворитель, и она начинает генерировать электрическое поле».

В настоящее время можно генерировать около 0,7 вольт электричества на частицу. В этом исследовании исследователи также показали, что они могут образовывать массивы из сотен частиц в небольшой пробирке. Этот реактор с «уплотненным слоем» генерирует достаточно энергии, чтобы, к примеру, привести в действие химическую реакцию, называемую окислением спирта, в ходе которой спирт превращается в альдегид или кетон. Обычно эта реакция не проводится с помощью электрохимии, потому что для этого потребуется слишком много внешнего тока.

«Поскольку реактор с уплотненным слоем компактен, он обладает большей гибкостью в плане применения, чем большой электрохимический реактор», — говорит Чжан. «Частицы могут быть очень маленькими, и им не нужны никакие внешние провода, чтобы управлять электрохимической реакцией».

В будущем Страно надеется использовать этот вид производства энергии для создания полимеров, использующих только углекислый газ в качестве исходного материала. В рамках соответствующего проекта он уже создал полимеры, которые могут регенерировать себя, используя углекислый газ в качестве строительного материала, в процессе, работающем на солнечной энергии. Эта работа вдохновлена фиксацией углерода, набором химических реакций, которые растения используют для получения сахаров из углекислого газа, используя энергию солнца.

В долгосрочной перспективе этот подход также может быть использован для питания микро — или наноразмерных роботов. Лаборатория Страно уже начала создавать роботов такого масштаба, которые в один прекрасный день могут быть использованы в качестве диагностических или экологических датчиков. Идея о возможности извлекать энергию из окружающей среды для питания таких роботов привлекательна, считает ученый.

«Это означает, что вам не нужно помещать накопитель энергии на борт», — говорит он. «Что нам нравится в этом механизме, так это то, что вы можете брать энергию, по крайней мере, частично, из окружающей среды».