Ondes thermoélectriques propulsées par réaction chimique
Une équipe de scientifiques du MIT a découvert un phénomène précédemment inconnu qui permet de transporter de puissantes vagues d’énergie le long des nanotubes de carbone. Cette découverte pourrait conduire à une nouvelle façon de produire de l’électricité, disent les chercheurs.
Le phénomène, décrit comme une onde thermoélectrique, “ouvre un nouveau domaine de recherche sur l’énergie, ce qui est rare”, dit Michael Strano, auteur principal d’un article décrivant cette nouvelle découverte dans la revue Nature Materials. L’auteur principal est Wonjoon Choi, étudiant au doctorat en génie mécanique.
Un nanotube de carbone (voir illustration réalisée par Christine Daniloff) peut produire très rapidement une vague de puissance quand il est recouvert par une couche de carburant et allumé, de sorte que la chaleur se déplace le long du tube. Comme une collection d’épaves propulsé sur la surface de l’océan par des ondes progressives, il s’avère qu’une onde thermique voyageant le long d’un fil microscopique peut transporter les électrons, créant ainsi un courant électrique.
L’ingrédient clé de la recette est le nanotube de carbone – un tube creux submicroscopique constitué d’un grillage en treillis d’atomes de carbone. Ces tubes de quelques nanomètres de diamètre font partie d’une nouvelle famille de molécules de carbone incluant entre autre les buckminsterfullerène et les feuilles de graphène.
Au cours des expériences, les nanotubes électriquement et thermiquement conducteurs ont été recouverts d’une couche de combustible réactif pouvant produire de la chaleur en se décomposant. Ce carburant fût ensuite enflammé à une extrémité du nanotube en utilisant un rayon laser ou une éclair à haute tension. Le résultat fût une onde thermique se propageant rapidement le long de la longueur du nanotube de carbone. La chaleur libérée par la décomposition du carburant entre dans le nanotube, où elle se déplace des milliers de fois plus rapidement que dans le combustible lui-même. Comme la chaleur est transmise au revêtement combustible, une onde thermique est créé et est guidée le long du nanotube. Avec une température de 3000 kelvins, cet anneau chaleur se déplace le long du nanotube 10 000 fois plus rapidement que la propagation normale d’une telle réaction chimique. Il se trouve que le chauffage produit par cette combustion pousse également les électrons le long du tube, créant ainsi un important courant électrique.
Les ondes de combustion – comme ces impulsions de chaleur dévalant le long des nanotubes – “ont été étudiées mathématiquement depuis plus de 100 ans”, explique Strano, mais il a été le premier à prédire que ces ondes pouvaient être guidés par un nanotube ou nanofil et que cette vague de la chaleur pourrait pousser un courant électrique le long de ce fil. Dans les expériences initiales du groupe, ceux-ci ont vraiment été surpris par la taille du pic de tension résultant qui se propageait le long du fil.
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