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Investigadores de Sandia primero para medir comportamiento termoeléctrico por los materiales de “Tinkertoy”

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Los investigadores de los laboratorios nacionales de Sandia han hecho las primeras medidas de comportamiento termoeléctrico por un marco metalorgánico nanoporous (MOF), un desarrollo que podría llevar enteramente a una nueva clase de materiales para los usos tales como los chips de ordenador y las cámaras y la cosecha de enfriamiento de la energía

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¿LIVERMORE, CA? ¿? ¿Estos resultados introducen MOFs como nueva clase de materiales termoeléctricos que puedan ser adaptados y ser optimizados? físico dicho François Léonard de Sandia. ¿? ¿Este descubrimiento nos trae un paso más cercano a explotar el potencial de MOFs en usos prácticos.?

¿Los resultados fueron publicados adentro? ¿Metal termoeléctrico de la película fina? ¿Marco orgánico con el alto coeficiente de Seebeck y la conductividad termal baja? cuál apareció 28 de abril en línea en materiales avanzados. Emplear de este trabajo la investigación anterior en la cual el equipo de Sandia realizó conductividad eléctrica en MOFs infiltrando los poros con una molécula conocida como tetracyanoquinodimethane, o TCNQ, según lo descrito en un artículo 2014 en ciencia.

¿? ¿El hecho de que un MOF TCNQ-llenado conduzca la electricidad absolutamente bien hecha nosotros ese esperanzado nosotros? ¿d también considera termoelectricidad, pero era de ninguna manera haber dado? marca mayor dicha Allendorf del científico de Sandia. ¿? ¿Encontramos que no sólo es el termoeléctrico material pero también la eficacia de sus acercamientos de la conversión de la temperatura que de los mejores materiales que conducen tienen gusto del telururo del bismuto.?

El calor de convertido termoeléctrico de los dispositivos a la electricidad y no tiene ninguna pieza móvil, haciéndola extremadamente atractiva para refrescarse y la energía que cosechan usos. MOFs termoeléctrico podía tomar a estas ventajas una medida más lejos con funcionamiento mejorado, un tamaño más pequeño y diseños flexibles.

Los investigadores también ganaron una comprensión fundamental de las características de transporte de la carga de estos materiales nuevos que fomenta la meta de largo alcance de moldear MOFs en los dispositivos electrónicos y optoelectrónicos.

Concepto de Guest@MOF descrito

¿Descrito como? ¿juguetes moleculares del chapucero? MOFs tiene una estructura cristalina que se asemeje al andamio molecular, consistiendo en las moléculas orgánicas rígidas ligadas juntas por los iones del metal. Esas moléculas orgánicas son los palillos y los iones del metal son las bolas.

El híbrido de componentes inorgánicos y orgánicos produce una combinación inusual de características: nanoporosity, superficies del ultralarge y estabilidad termal notable, que son atractivos a los químicos que buscan los materiales nuevos. ¿El espacio vacío enmarcado por las moléculas y los iones orgánicos del metal es qué fija verdad aparte MOFs? vacie el espacio que se puede llenar de prácticamente cualquier pequeña molécula que un químico elija.

¿? ¿Describimos este concepto como Guest@MOF, con la huésped siendo prácticamente cualquier molécula bastante pequeña caber en los poros de MOF? Alec explicado Talin, científico de los materiales en Sandia. ¿? La gran cosa sobre química es usted puede sintetizar una gran variedad de moléculas que se insertarán dentro de un MOF para cambiar sus características. ¿En materiales óptimos, esto le da muchas perillas a la vuelta.?

conversión de energía eficiente MOF-permitida

Los investigadores tuvieron que idear un método para medir las características termoeléctricas de TCNQ@MOF, donde estaba la molécula TCNQ de la huésped. ¿MOFs es tan nuevo? ¿fueron descubiertos solamente en 1999? ¿que los investigadores se encuentran a menudo en la frontera de la ciencia con pocas herramientas establecidas o aún una comprensión clara del material? características del fundamental de s.

Léonard, Talin y Kristopher Erickson, compañero postdoctoral anterior de Sandia, crearon un dispositivo termoeléctrico conectando los calentadores y los refrigeradores de Peltier con cada extremo de una película fina de TCNQ@MOF para generar un gradiente de temperatura minúsculo. Midieron exactamente el gradiente de temperatura con una cámara infrarroja mientras que simultáneamente medían el voltaje generado. De estos datos obtuvieron el voltaje por la unidad de cambio de temperatura, conocida como el coeficiente de Seebeck.

Patrick Hopkins, profesor adjunto de la ingeniería industrial en la universidad de Virginia, y su estudiante de tercer ciclo Brian M. Foley utilizó una técnica del laser para medir la conductividad termal.

Las medidas resultantes demostraron gran promesa. TCNQ@MOF tiene un alto coeficiente y una conductividad termal baja, dos características importantes de Seebeck para la termoelectricidad eficiente. El coeficiente de Seebeck estaba en la misma gama que el telururo del bismuto, uno de los materiales termoeléctricos de estado sólido superiores.

¿? ¿El paso siguiente es cómo lo hacemos mejor?? Allendorf dicho. ¿? ¿La conversión de energía no es competitiva todavía con los materiales de estado sólido, pero pensamos que podemos mejorar eso con una mejor conductividad eléctrica.?

Las medidas rinden la comprensión fundamental de la estructura electrónica que modela MOFs

¿Las medidas también capturaron los datos que han avanzado al equipo? comprensión fundamental de s de la estructura electrónica de TCNQ@MOF. El físico Catalin Spataru de Sandia y los cálculos detallados conducidos adoptivos de la estructura electrónica de Mike del científico de los materiales del científico Reese Jones de los materiales de TCNQ@MOF y de Sandia realizaron simulaciones de la conductividad termal.

¿? Intentábamos entender el papel de la molécula de la huésped, TCNQ en este caso, cuando infiltra el poro de un MOF. ¿Encontrar una configuración representativa para el sistema combinado de TCNQ@MOF vía simulaciones de computadora era particularmente desafiador, como ponemos? ¿t espera que las moléculas de la huésped formen una estructura pedida? Spataru dicho.

Las simulaciones permitieron que los investigadores verificaran la fuente del transporte de la carga y establecieran que TCNQ@MOFs sea un p-tipo material. Los usos tales como transistores y diodos requieren los semiconductores del p-tipo y del n-tipo.

¿? ¿Nosotros? ¿re ahora buscando una molécula que conjuntamente con un MOF crea un n-tipo semiconductor con las características similares a TCNQ@MOF? Léonard dicho. ¿? ¿Una vez que encontramos eso, nosotros? ¿el ll esté en el primero tiempo de crear un dispositivo termoeléctrico completo.?

MOFs en espacio, smartphones y coches

Una vez que MOFs termoeléctrico realiza suficiente eficacia de conversión de energía, podrían comenzar a substituir cámaras de enfriamiento existentes en dispositivos donde están prioridades la compacticidad y el peso. Las cámaras montadas en los satélites, que requieren el enfriamiento constante a funcionar correctamente, son un ejemplo. El reemplazo de los ventiladores en chips de ordenador por MOFs termoeléctrico podría reducir el peso de los ordenadores portátiles, los smartphones y la otra electrónica portable y el número de piezas móviles que se usarán eventual.

Energía-cosechando los dispositivos termoeléctricos capitalizan en calor perdido para dibujar energía. ¿Un dispositivo termoeléctrico cerca de un dispositivo de escape del motor o de coche podía transferir ese calor perdido en una fuente de energía para el coche? electrónica de s. Los dispositivos termoeléctricos también se utilizan para proporcionar el enfriamiento localizado para la comodidad de pasajero.

¿? ¿Otro uso potencial está utilizando gradientes de temperatura en la tierra para accionar los sensores en áreas remotas? Léonard dicho. ¿? ¿Thermoelectrics podría ser absolutamente ideal para este uso, pues usted podría fijar un dispositivo y dejarlo al funcionamiento por largos periodos del tiempo.?

Búsquedas del trabajo futuro para mejorar eficacia

Los investigadores ahora están mejorando la eficacia termoeléctrica de TCNQ@MOF. Una avenida es cambiar las películas de MOF de las estructuras policristalinas usadas en la investigación inicial a monocristal.

¿? ¿Una estructura unificada debe conducir electricidad mejor? químico dicho Vitalie Stavila de Sandia, que creció las películas finas de MOF. ¿? Sin embargo, creemos que los interfaces entre los granos polycrystal contribuyen a la conductividad termal baja. ¿La mejor eficacia de conversión de energía será alcanzada tan probablemente balanceando estos dos parámetros.?

Los investigadores también están dando vuelta a su técnica de medida termoeléctrica a otro MOFs y materiales, tales como películas finas del nanotube del carbón.

¿? ¿Esto es un rato muy emocionante de trabajar en MOFs? Allendorf dicho. ¿? La ciencia fundamental está comenzando solamente a alcanzar estas nuevas aplicaciones, que están avanzando en el paso rápido. ¿La comprensión mejorada nosotros? ¿el re principio a conseguir nos ayudará a ampliar MOFs en muchas nuevas áreas emocionantes pero estimulantes.?