توصيفگر ها :
نانولولهي كربني , پلي(4،3-اتيلندياكسيتيوفن)-پلي(استايرنسولفونات) , ضريب سيبك , نانوالياف , پلياكريلونيتريل
چكيده فارسي :
با توجه به رشد روزافزون جمعيت و افزايش نياز جهاني به انرژي، ارتقاي بازدهي سامانههاي انرژي و كاهش آثار زيستمحيطي ناشي از مصرف آنها به يكي از چالشهاي اساسي عصر حاضر تبديل شده است. در اين راستا، بهرهگيري از مواد و ماژولهاي ترموالكتريك بهعنوان يك راهكار نوين، به دليل قابليت تبديل مستقيم گراديان دمايي به انرژي الكتريكي، اهميت ويژهاي يافته است. هدف از اين پژوهش، طراحي، توليد و ارزيابي خواص ترموالكتريك لايههاي نانواليافي پلياكريلونيتريل حاوي پلي (4،3-اتيلندياكسيتيوفن)-پلي (استايرنسولفونات) و نانولولهي كربني جهت كاربرد در پوشاك هوشمند است. در مرحلهي نخست، بستر نانوليفي از طريق الكتروريسي محلول پليمري پلياكريلونيتريل تهيه شد. سپس پوششدهي قطرهاي با دو غلظت متفاوت 5/0 و 1 درصد وزني/حجمي محلول پلي (4،3-اتيلندياكسيتيوفن)-پلي (استايرنسولفونات) و پوششدهي غوطهوري با غلظتهاي 3 و 6 درصد وزني/حجمي نانولولهي كربني در سيكلهاي متفاوت انجام گرفت. در مجموع، نوزده نمونه توليد و خواص الكتريكي آنها شامل رسانايي الكتريكي و ضريب سيبك اندازهگيري شد. به كمك روش آماري روش رويه پاسخ، نمونهي بهينه مشخص شد كه داراي پوششدهي يك درصد پلي(4،3-اتيلندياكسيتيوفن)-پلي(استايرنسولفونات) و شش درصد نانولولهي كربني در سه سيكل بود. اين نمونه ضريب سيبك 45/19 ميكروولت بر كلوين و رسانايي الكتريكي 76/804 زيمنس بر متر را نشان داد. در نهايت با استفاده از نمونهي بهينه، ماژولهاي ترموالكتريك با تعداد پايههاي دو، چهار، شش و هشت ساخته شدند. نتايج نشان داد كه افزايش تعداد پايهها منجر به بهبود ويژگيهاي ترموالكتريك ماژول ميشود. بهطور ويژه، ماژول هشتپايه ضريب سيبك 16/121 ميكروولت بر كلوين را ارائه داد. همچنين پايداري نمونهي بهينه در بازهي زماني 49 روز و همچنين در برابر 1000 سيكل خمش مورد بررسي قرار گرفت. يافتههاي اين تحقيق نشان ميدهد كه لايههاي نانواليافي اصلاحشدهي پلياكريلونيتريل ميتوانند بهعنوان مواد ترموالكتريك انعطافپذير و پايدار، گزينهاي اميدبخش براي تأمين انرژي در پوشاك هوشمند به شمار آيند.
چكيده انگليسي :
With the rapid growth of the global population and the increasing demand for energy, improving the efficiency of energy systems and mitigating their environmental impacts have become critical challenges of the modern era. In this context, thermoelectric materials and modules have attracted significant attention as an emerging strategy, owing to their ability to directly convert a temperature gradient into electrical energy and thereby recover wasted thermal energy. The objective of this study was to design, fabricate, and evaluate the thermoelectric properties of polyacrylonitrile (PAN) nanofiber mats incorporated with poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) and carbon nanotubes (CNTs) for potential application in smart textiles. In the first step, PAN nanofibrous substrates were produced by electrospinning a polymer solution. Subsequently, drop-casting of PEDOT:PSS at two different concentrations (0.5 and 1 v/v%) and dip-coating of CNTs at concentrations of 3 and 6 wt% with varying deposition cycles were performed. In total, nineteen samples were prepared, and their electrical properties, including electrical conductivity and Seebeck coefficient, were measured. Using the statistical Response Surface Methodology (RSM), the optimal sample was identified, which consisted of 1 v/v% PEDOT:PSS and 6 wt% CNT deposited over three cycles. This optimized sample exhibited a Seebeck coefficient of 19.45 μV K⁻¹ and an electrical conductivity of 804.76 S m⁻¹. Based on the optimized sample, thermoelectric modules with two, four, six, and eight legs were fabricated. The results demonstrated that increasing the number of legs enhanced the thermoelectric performance of the modules. In particular, the eight-leg module achieved a Seebeck coefficient of 121.16 μV K⁻¹. Moreover, the optimized sample showed good stability over a period of 49 days as well as after 1000 bending cycles. These findings indicate that PAN-based nanofibrous mats modified with PEDOT:PSS and CNTs can serve as flexible and durable thermoelectric materials, offering promising potential as energy-harvesting components in smart textile applications.