Неорганические наноматериалы (стр. 76 )

Использование композитов с модифицированными многослойными УНТ в качестве анодов аккумуляторов позволило достичь обратимой емкости в 680 мА-ч/г (зарубежные данные). Фирма «Плазмас» в С.-Петербурге, используя углеродные нанотрубки, добилась повышения удельной ёмкости до 1000–1200 мА-ч/г. По расчетам, эта величина может быть повышена до ~1280 мА-ч/г.

В Новосибирске при участии РОСНАНО и китайской компании Thunder Sky создается завод литий-феррофосфатных батарей.

Анодами могут служить наноструктурированные Sn, Si, Ni, Co, Cu6Sn5, InSb, Cu2Sb, SnO2, TiO2, V2O5, MnO2, Li4Ti5O12 и Li4Mn5O12.

7-16. Испытаны УНТ, покрытые аморфным Si. В качестве анодов успешно испытаны также нановолокна SnO2, частично восстановленные до Sn и позволяющие повысить число рабочих циклов зарядки-разрядки, скорость разрядки и снизить скорость потерь емкости. Обычно для получения электродов наночастицы оксидов смешивают с порошком электропроводного материала и прессуют.

Согласно *, в процессах зарядки-разрядки могут принимать участие кластеры оксидов переходных металлов, причем большая удельная емкость батареи (до 700 мА-ч/г) в этом случае связана с накоплением заряда на поверхностях раздела.

7-17. В Стенфордском университете (США) созданы гибкие плоские аккумуляторы, в которых мембраной служит обычная писчая бумага между слоями УНТ и LixCoO2.

7-18. Суперконденсаторы были впервые упомянуты в 1957 г. специалистами американской компании General Electric в связи с исследованием пористых углеродных электродов. Однако принцип современной конструкции – два электрода из активированного угля, разделённые тонкой изолирующей мембраной, – был разработан лишь в 1996 г. другой американской компанией – Standart Oil of Ohio. Технология была передана компании NEC, которая с 1978 г. начала выпускать суперконденсаторы. С середины 1990-х гг. ведётся интенсивное развитие этого направления, причем с 2006 г. большое внимание уделяется созданию суперконденсаторов с УНТ.

7-19. Возможность использования УНТ для суперконденсаторов была впервые показана в 1997 г. При использовании многослойных УНТ удельная емкость достигает 80 Ф/г, а модифицированных нанотрубок – до 140 Ф/г. Удельная емкость нанотрубок, декорированных наночастицами оксида рутения, приближается к 1000 Ф/г. Перспективным считается фторирование УНТ. Создаются гибкие суперконденсаторы с электродами из УНТ, которые наносят методом печати. В 2009 г. появилось первое сообщение о создании суперконденсатора на основе графена.

7-20. Функциональными материалами псевдоконденсаторов могут служить электропроводные полимеры – полианилин, полиацетилен, полипиррол, политиофен, полифенилен и др. Перспективными материалами являются УНТ, покрытые такими полимерами.

7-21. Примерами ионных жидкостей являются N-бутил-N-метилпирролидин бис-трифторометансульфонилимид, 1-этил-3-метил-имидазол бис-трифторометилсульфонилимид.

7-22. Для применения в условиях радиации, которая в обычных конденсаторах вызывает токи утечки, разрабатываются суперконденсаторы на основе передовых суперионных проводников (имеют рекордно высокие значения транспорта ионов). Энергия электрического поля (до ~ 5·107 В/см) запасается в слое толщиной около 0.5 нм.

7-23. В 2007 г. создан прототип батареи, сочетающей функции литий-ионной батареи и суперконденсатора, с электродами из параллельно уложенных УНТ и ионной жидкостью. Электроды имеют вид бумаги и могут быть свёрнуты в рулон, разрезаны, сложены в несколько слоёв.

7-24. Эффект был открыт немецким физиком (1770–1831) в 1821 г. и экспериментально продемонстрирован русским физиком (1804–1865) в 1838 г. Пропускание тока через спай висмутовой и сурьмяной проволоки вызывало замерзание капельки воды на спае. С эффектом Зеебека тесно связан эффект, открытый в 1834 г. французским физиком Ж. (1785–1845): выделение или поглощение тепла на контакте двух разнородных проводников.

В период Великой отечественной войны под руководством академика (1880–1960) был создан «партизанский котелок» - термопреобразователь на основе термоэлементов из сплавов SbZn и константан. Он мог работать от пламени костра и обеспечивал питание раций. Несколько ранее были созданы преобразователи тепла керосиновой лампы для питания радиоприёмников. Подобные устройства для туристов, рыбаков и охотников мощностью 12 Вт выпускаются сегодня. Поставляются также российские бытовые генераторы мощностью 4.5 – 200 Вт.

7-25. Примерно 90% мощности в мире (~ 1013 Вт, или 10 ТВт) обеспечивают тепловые машины, имеющие кпд 30–40%. При этом около 15 ТВт теряется с теплом. Термоэлектрические генераторы могли бы преобразовать это низкопотенциальное тепло в электроэнергию, более чем удвоив мировую энерговооружённость. Это привело бы к снижению расхода топлива и выбросов СО2.

7-26. Создан опытный кольцевой (окружающий тёплую трубку) термоэлемент на основе углеродных нанотрубок [R. Hu et al. Nano Lett. 10, 838 (2010)]. При температуре источника 65 оС и перепаде температур 5 оС его максимальная мощность составляет 1.8 Вт/м2.

Литература

Общая

, , Нанотехнологии: определения и классификация. «Росс. нанотехнологии». 2010. Т. 5. С. 8–15.

, Наноструктурные материалы. Учеб. пособие для вузов. М.: Изд. центр «Академия». 2005. - 192 с.

Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнология. 2-е издание. М.: Физматлит, 2005. - 416 с.

Введение в междисциплинарное материаловедение. М.: Сайнс-Пресс, 2005. – 208 с.

, , Наночастицы металлов в полимерах. – М.: Химия, 2000. – 672 с.

, В., Наноматериалы. Учеб. пособие для вузов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2008. – 365 с.

Материалы и методы нанотехнологии. Уч. пособие. Под ред. . М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. – 431 с.

Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. Сер. Синергетика: от прошлого к будущему. М.: КомКнига. 2006. – 592 с.

, , Введение в химию и физику наноструктур и наноструктурированных материалов. Учеб. пособие для вузов. М.: Академия Естествознания. 2008. – 391 с.

Nanoparticle Technology Handbook. M. Hosokawa, K. Nogi, M. Haito, T. Yokoyama, eds. Elsevier. 2007. – 644 pp.

Nanostructured Materials. Selected Synthesis Methods, Properties and Applications. P. Knauth, J. Schooman, eds. Kluwer Acad. Press. New York, Boston, Dordrecht, London, Moscow. 2004. 186 p.

Vollath D. Nanomaterials: An Introduction to Synthesis, Properties and Application. Weinheim. Willey-VCH Verlag. 2008. 345 pp.

К главе 1

Электродинамика веществ с одновременно отрицательными ε и μ. УФН. 1967. Т. 92. С. 517–526.

Lauhon L. J., Ho W. Cintrol and characterization of a multistep unimolecular reaction. Phys. Rev. Lett. 2000. V. 84. P. 1527–1530.

Lee H. J, Ho W.Single-bond formation and characterization with a scanning tunneling microscope. Science. 1999. V. 286. P. 1719–1722.

Tseng C.-Y., Wang A., Zocci G. Mechano-chemistry of the enzyme Guanylate Kinase. EPL. 2010. V. 91. 18005.

К главе 2

Нестехиометрия, беспорядок, ближний и дальний порядок в твердом теле. М.: Физматлит. 2007. – 856 с.

Нестехиометрия и реакционная способность неорганических соединений. Соросовский образоват. журнал. 2001. Т. 7. № 5. С. 29–35.

, Современное представление о строении стёкол и их свойствах. Л.: Наука, 1988. – 198 с.

Стекло: структура, свойства, применение. Соросовский образоват. журнал. 1996. № 3. С. 49–55.

Keys A. S., Glotzer S. C. How do quasicrystals grow? Phys. Rev. Lett. 2007. V. 99. 235503.

Levine D., Steinhardt P. J. Quasicrystals: a new class of ordered structures. Phys. Rev. Lett. 1984. V. 53. P. 2477–2480.

Pavlidou S., Papaspyrides C. D. A review on polymer–layered silicate nanocomposites. Progr. Polymer Sci. 2008. V. 33. P. 1119–1198.