Carbon Nanotube Assemblies für Klangerzeugung und Wärmeabgabe

von Dr. Mikhail Kozlov

Abstrakt

Starke thermo-und photoakustische Antworten haben für ausgerichtete Arrays von Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWNT) Wälder und solide gezeichnet MWNT Blätter erkannt. Beim Erhitzen mit Wechselstrom oder eine Nah-IR-Laser moduliert 100-20 000 Hz Bandbreite, generiert der Nanotube-Baugruppen laut hörbaren Ton, mit höheren Schalldruck aus dem MWNT Blätter erkannt. Eine Auswertung der nichtlinearen Verzerrungen des thermoakustischen Signal ergab eine höchst eigentümliche Verhalten des dritten und vierten Harmonischen aus dem Wald auf Silizium-Wafern angebaut werden. Die Besonderheiten wurden speziell für kurze Wälder ausgeprägt und kann mit dem Wärmeübergang von der MWNT Schicht auf dem Substrat verbunden sein. Die Abhängigkeiten können für die Beurteilung der thermischen Eigenschaften Schnittstellen, insbesondere solche auf Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren eingesetzt werden. Die untersuchten Nanoröhren Platten können auf jeder Oberfläche (zB Wand einer Wohnung), die Oberfläche akustisch wirksamen angebracht werden. Sie können auch an Fenstern von Gebäuden und Autos angebracht werden und kann für die aktive Geräuschunterdrückung in lauten Umgebungen eingesetzt werden. Durch gute Kopplung mit der umgebenden Luft, können MWNT Blätter und Wälder für die Wärmeabfuhr durch verschiedene elektronische Geräte hergestellt werden. Sie lassen sich leicht in einer solchen Art und Weise strukturiert werden, dass beim Abtasten mit einem Laserstrahl das Muster einen charakteristischen Klang erzeugt und können daher verwendet für akustisch lesbaren Barcodes verwendet.

Einführung

Bemerkenswerten Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhrchen Baugruppen (Wälder, Blätter, Garne) sollen zu einer Vielzahl von Anwendungen führen. Vor kurzem wurde berichtet ¹ , dass freistehende Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWNT) Blatt-Sound zu erzeugen, wenn sie mit Wechselstrom (AC) erhitzt.

Thermoakustische (TA oder Strom angetrieben) Eigenschaften sind die häufigsten untersuchten photoakustische (PA oder Laserstrahlung angetrieben) Verhaltensweisen zusammenhängen. Um zu überprüfen, ob die herausragende Leistung dieses außergewöhnlichen Materials mit dem Laser-Anregung erreicht werden kann, haben wir die vergleichende TA-PA Messungen der Einzel-(S1) und Multilayer MWNT Blatt (S2-S10) [2]. Wir haben auch entdeckt, dass ziemlich stark TA und PA-Signale kann durch vertikal ausgerichtete Arrays von MWNTs (MWNT Wald) auf Silizium-Wafern gewachsen erzeugt werden. Trotz ihrer topologische Unterschiede aus den Blättern, Heizung den Wäldern mit Wechselstrom oder ein Laserstrahl moduliert in der Audio-Frequenzbereich erzeugt ein akustisches Signal, das von Ohr wahrgenommen werden können oder erkannt mit einem Mikrofon. Wir durchgeführten Messungen der nichtlinearen Verzerrungen des TA-Signal und entdeckte höchst eigentümliche Verhalten des dritten und vierten Harmonischen durch Wälder von AC-DC-Spannung Scans [2] hergestellt. Die gemeldeten Daten finden Anwendungen in Geräten für die Klangerzeugung und-manipulation, Heizung und Kühlung.

Ergebnisse

Ausgerichtet Arrays von MWNTs (MWNT Wald) wurden von den herkömmlichen chemischen Gasphasenabscheidung Technik auf Silizium-Wafern gewachsen und hatte Höhen von etwa 32, 138 und 233 um (mit der Bezeichnung F32, F138 und F233). MWNT Blätter wurden durch Ziehen einer Seitenwand des Waldes in der Probenebene Richtung, 1A hergestellt.

Der Schalldruckpegel von MWNT Blätter und MWNT Wälder unterzogen TA Anregung erzeugt wird in Abbildung 1B gezeigt. TA Intensitäten wurden von der zugeführten elektrischen Leistung normalisiert. Die TA Wirkungsgrad (Schalldruck pro Watt Leistungsaufnahme) war der höchste für die einzelne Schicht MWNT Blatt: ca. 820 mPa / W (92 dB / W). Obwohl der Schalldruck um den mehrschichtigen Probe in unseren Experimenten generiert wurde etwa proportional zu der Anzahl der Schichten, der Wirkungsgrad für Multilayer-Proben fiel recht deutlich auf etwa 63% für S10 im Vergleich zu S1. Dies könnte durch einen Anstieg in dem Blatt Dichte in dem mehrschichtigen Aufbau verursacht werden.

TA Schalldruck für die untersuchten MWNT Wälder war vergleichbar mit jener für die S1 Probe. Jedoch wurde die Effizienz der Klangerzeugung von Wäldern gefunden niedriger zu sein als die Effizienz der MWNT Blatt. 153 mPa / W (78 dB / W), die 19% ist die Effizienz der S1 Probe: Der höchste Wert wurde aus dem F138 Wald erfasst. Dieser Unterschied kann durch den wesentlich höheren Wald Dichte im Vergleich mit der Dichte des MWNT Blatt verursacht werden.

Referenzen

1. L. Xiao, Z. Chen, C. Feng, L. Liu, Z.-Q. Bai, Y. Wang, L. Qian, Y. Zhang, Q. Li, K. Jiang, und S. Fan, Nano Lett. 8, 4539 (2008).
2. ME Kozlov, CS Haines, J. Oh, MD Lima, S. Fang, J. Appl. Phys., 106, 124311 (2009).

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