ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электропроводящие устройства из "Физико-химия нанокластеров наноструктур и наноматериалов" Ранее уже рассматривались наноустройства на основе нанотрубок, которые позволяют менять их проводящие свойства от металлов до полупроводников. Эти устройства включали диоды, полевые транзисторы и холодные катоды (эмиттеры). [c.513] В этом пункте будут обсуждены наноструктуры, которые повышают показатели и эффективность таких важных электронных устройств, как термоэлектрики, аккумуляторные батареи и электрические конденсаторы (емкости). [c.513] Схема термоэлектрического генератора приведена на рис. 15.23. [c.515] После создания температурного градиента на термоэлектрическом материале носители заряда будут двигаться от горячего к холодному концу, индуцируя появление напряжения на нагрузке (эффект Зеебека). Знак коэффициента 5 зависит от знака носителей заряда. Следовательно, пара п- и р-типа модулей, помещенная параллельно температурному градиенту, но наполовину развернутая относительно потока электронов, будет генерировать ток с учетом сложения вкладов от обоих модулей. Подобно этому принципу действуют термоэлектронные устройства, рассчитанные на нагрев или охлаждение. [c.515] Термоэлектронные материалы должны не только обладать высокой величиной ZT в широком температурном интервале, но и быть согласованными по степени п- и р-допирования. [c.515] Кроме того, материалы п- и р-модулей должны быть согласованы по температурному расширению, изменению температурной и электропроводимости с температурой и т.д. [c.515] Необходимо отметить преимущества термоэлектронных устройств по сравнению с традиционными источниками охлаждения или эдс. Эти источники мобильны, высоконадежны, например они работали на космических аппаратах Вояджер, запущенных в 1977 г. [c.515] Размер и вес таких устройств может быть весьма мал, работа их не зависит от ориентации, что делает их притягательными в космических исследованиях и самолетостроении. Охлаждение с помощью таких устройств локально и может поддерживаться с точностью до О,Г С. Кроме того, такое охлаждение не требует вредных для окружающей среды хлор- и фторсодержащих углеводородов. В области генерации тока термоэлектронные модули могут преобразовывать расходуемое впустую тепло, например при взрывах, в автомобильных моторах внутреннего сгорания и т.д., что может решить энергетические проблемы при нехватке энергии. Несмотря на большие преимущества термоэлектрических модулей эффективность их недостаточна и для массивных материалов величина ZT не превышает 1 [28]. [c.515] Эти материалы включают композиции полупроводников с оптимальной концентрацией носителей, большой эффективной массой, высокой подвижностью носителей, узкой запрещенной зоной и низкой решеточной теплопроводностью [29]. [c.516] Аккумуляторные батареи напрямую преобразуют химическую энергию в электрическую. Возможность иметь небольшие размеры и вес таких батарей позволяют использовать их во многих переносных и компактных устройствах, например, таких как мобильный телефон или переносной компьютер — ноутбук. Среди заряжаемых аккумуляторов, например свинцово-кислотных, никель-кадмиевых, никель-металлогидридных, наиболее эффективны литиевые батареи, обладающие высокой энергетической плотностью. Более высокая емкость в них достигается из-за использования более высокого напряжения на ячейку — 4 В, — характерного для неводных растворителей, в то время как в водных растворителях достигается всего I -ь 2 В на ячейку. Практически используются литиевые ячейки, содержащие многослойные катоды из лития и оксида кобальта и углеродные аноды [30]. [c.516] Аморфные и наноструктурные материалы предоставили новые возможности в повышении емкости аккумуляторов. Первая причина, безусловно, наличие высокоразвитой поверхности, которая повышает эффективность взаимодействия электрода и электролита в процессе цикла зарядки — разрядки. Далее, наличие большой плотности дефектов, которая, как это было показано в предыдущих пунктах, максимальна для размеров кластеров 10 50 нм, т. е. в диапазоне наноструктурированных электродов. Наконец, присущие наноструктурам разупорядочение и нарушение стехиометрии также способствуют повышению эффективности цикла и емкости. [c.517] Электрические конденсаторы используются в электронной цепи для пикового расхода энергии. В диэлектрических конденсаторах одна заряженная пластина с положительным зарядом отделена диэлектриком от отрицательно заряженной пластины. Электрохимические конденсаторы представляют собой аналог диэлектрических, в которых заряженные электроды погружены в электролит, в котором ионы движутся в соответствии с избытком зарядов на поверхности. [c.517] Каждый электрод в электрохимической ячейке включает две плоскости или двойной электрический слой, изображенный на рис. 15.24 [31]. [c.517] Вернуться к основной статье