Как работает мгновенный нагреватель?

Лампа из углеродного волокна

Несколько настроек нагрева

Чем мгновенный обогреватель отличается от газового обогревателя

Обзор нагревателя мгновенного действия JML

Итак, работает ли JML Instant Heater?

Работает

Не колеблется

Не очень мощный

Плохо работает на ветру

JML Мгновенный нагреватель стоит дорого

Подходит для одного человека

Не действует, когда слишком холодно

Не в соответствии с объявлением

Хорошо для закрытых помещений

Будьте осторожны

Неполная информация

Без подставки

Мгновенно нагревается

Без термостата

Наш вердикт

Керамические обогреватели для саун из углеродного волокна

Эта запись была опубликована 18 мая 2015 г. автором admin.

Покупка сауны для установки в доме — это увлекательное занятие. Новая сауна означает, что вам больше не нужно общаться с незнакомцами в тренажерном зале, чтобы насладиться расслаблением и пользой для здоровья в сауне.Теперь, когда вы хотите посидеть в сауне и хорошенько попотеть, вам нужно просто пройти по коридору в собственном доме или выйти на задний двор. Покупая новую сауну в Интернете, вы встретите множество различных моделей и вариантов.

Самыми распространенными обогревателями, с которыми вы можете столкнуться, являются обогреватели из керамики и углеродного волокна. Если вас смущают эти варианты, вы не одиноки. Мало кто знает, как устроена сауна, они просто рады, что она работает. В этом посте вы узнаете о принципиальных различиях между керамическими обогревателями и обогревателями из углеродного волокна.

Равномерное распределение тепла
Площадь поверхности нагрева нагревателя из углеродного волокна позволяет этому типу нагревателя обеспечить равномерное распределение тепла по сравнению с керамическими моделями. Поверхность нагревателя из углеродного волокна намного больше и состоит из тонких углеродных пластин. Это позволяет этим моделям обеспечивать равномерное распределение тепла без горячих и холодных участков, типичных для керамических обогревателей. В результате вы будете наслаждаться теплом, которое хорошо рассеивается по всей сауне.

Использование инфракрасных лучей
Углеродные обогреватели излучают теплые лучи, которые ближе к дальней инфракрасной области, чем керамический обогреватель. В результате получается тепло, которое полезно для вашего здоровья и исцеления в сауне. Тепло, излучаемое каменками из углеродного волокна, имеет немного более низкую температуру, что позволяет дольше оставаться в сауне и глубоко проникать в ткани. Когда сауна нагревает вас изнутри, она лучше снимает стресс, боли в мышцах и суставах.

Снижение затрат на электроэнергию
Поскольку обогреватель из углеродного волокна производит тепло при более низкой температуре и обеспечивает более равномерное распределение тепла, вы значительно снизите свои ежемесячные счета за коммунальные услуги. Конструкция каменок из углеродного волокна уже по своей природе является энергоэффективной по сравнению с керамическими каменками, но улучшенные характеристики моделей из углеродного волокна означают, что вы тратите меньше денег на нагревание сауны и поддержание определенного уровня температуры.

Лучшая продолжительность жизни
Последнее, что вы хотите сделать, — это купить новую сауну сейчас, и в следующем десятилетии вас заставят заменить каменку.Средний керамический нагреватель имеет ожидаемый срок службы всего 5000 часов по сравнению с минимум 20 000 часов для модели из углеродного волокна.

Рассматривая покупку новой сауны, уделите несколько минут тому, чтобы обдумать тип каменки, питающей вашу модель. Хотя это может быть не первое, что приходит вам в голову, нагреватель в модели, которую вы покупаете, повлияет на производительность, эффективность, эффективность и стоимость обслуживания сауны, которую вы рассматриваете.

Инфракрасная сауна на 1 человека с угольными обогревателями

Номер детали SA2402 1 Обзор (ы) 5 Инфракрасная сауна на 1 человека с угольными обогревателями — Buena Vista Цена Розничная цена: 2 859 долларов. 99 Ваша экономия: 390,00 $ Цена для вас: 2 469,99 долл. США Наличие: Предзаказ сегодня — Доставка сауны займет от 6 до 8 недель. Описание НАГРЕВАТЕЛИ 4 УГЛЕРОДНЫЕ НАГРЕВАТЕЛИ — другие низкокачественные марки саун имеют только 3 каменки или меньше. Чем больше обогревателей, тем эффективнее ваша инфракрасная сауна HeatWave! РАСПОЛОЖЕНИЕ — Углеродная сауна для 1 человека Buena Vista имеет 1 угольный обогреватель на задней стене, по 1 на каждой боковой стене, 1 на передней части скамейки и 1 обогреватель на полу. Эти 5 угольных обогревателей InfraWave FAR равномерно согревают вас успокаивающим инфракрасным излучением. ИНФРАКРАСНАЯ ДЛИНА ВОЛНЫ Инфракрасные обогреватели FAR излучают инфракрасные волны с длиной волны 5–12 микрон , которые представляют собой те части инфракрасного тепла, которые приносят наибольшую пользу человеческому телу. РАБОЧАЯ ТЕМПЕРАТУРА — Сауны HeatWave работают при температуре до 141 градуса F. 1170 WATTS — Схема расположения нагревателя ДЕРЕВО И СТРОИТЕЛЬСТВО Эта сауна HeatWave изготовлена ​​из массивной древесины Hemlock высшего сорта и изготовлена ​​с использованием столярных изделий «шпунт и паз» для обеспечения превосходной прочности и долговечности. Внешняя поверхность сауны покрыта герметиком привлекательного естественного цвета; Интерьер — гладкое шлифованное натуральное дерево. E-Z СЕНСОРНАЯ ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ Сауны HeatWave оснащены двойными внутренними и внешними светодиодными панелями управления EZ Touch — легко регулируйте настройки сауны изнутри или снаружи. Сауна стандартно оснащена дополнительным портом au. шнур и 2 предустановленных динамика премиум-класса. ОСВЕЩЕНИЕ Каждая сауна HeatWave оборудована встроенным внутренним освещением. Наслаждайтесь чтением, греясь в тепле сауны HeatWave. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ВОЗДУШНЫЕ ВЕНТ Регулируемое потолочное вентиляционное отверстие позволяет при желании подавать свежий наружный воздух. Вентиляционные отверстия в полу способствуют циркуляции воздуха. ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПИТАНИЮ В этой сауне HeatWave используется стандартная мощность 120 В / 15 А , а вилка, одобренная UL, подойдет прямо к стандартной домашней электрической розетке. Нет необходимости обновлять или менять электрическую! ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВМЕСТИМОСТЬ — В Buena Vista с комфортом разместятся от 1 до 2 человек на очень глубокой скамейке, которая проходит вдоль задней стены сауны. РАЗМЕРЫ ИЗДЕЛИЯ — Размеры сауны Buena Vista в собранном виде составляют приблизительно 36 x 36 x 75. ВЕС ИЗДЕЛИЯ — 250 фунтов. СБОРКА — Сауны HeatWave поставляются частично собранными, и для полной сборки вам потребуются 2 человека, отвертка, лестница и около часа. В комплект входит подробное руководство по эксплуатации, и через очень короткий промежуток времени ваша сауна будет готова к использованию! UNI-PACK SHIPPING Наш специальный процесс доставки Uni-Pack обеспечивает дополнительную защиту во время транспортировки и погрузочно-разгрузочных работ. Сауны производятся и отгружаются целиком. Гарантированная точность монтажа! ТРАНСПОРТНЫЙ ВЕС — 288 фунтов. КОЛИЧЕСТВО КАРТОНОВ — 2 РАЗМЕРЫ ОТГРУЗКИ — 78 «X 30″ X 38 » ГАРАНТИЯ 5-летняя гарантия на нагреватели, конструкцию и электрооборудование. Гарантия 1 год на магнитолу. Обратите внимание, что наша гарантия не распространяется на сауны, которые поставляются за пределы США и Канады, поскольку наши электрические сертификаты проверены только на соответствие стандартам США и Канады. Щелкните здесь, чтобы получить подробную информацию о гарантии. ИНСТРУКЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ Наше загружаемое руководство пользователя включает полные инструкции по сборке, инструкции по эксплуатации, руководство по очистке и техническому обслуживанию, а также руководство по поиску и устранению неисправностей. Щелкните здесь, чтобы загрузить руководство. ИСПЫТАНО ЭДС Разработан и испытан, что испускает чрезвычайно низкий уровень ЭМП ([защита электронной почты] 10 см), гарантируя, что сауны HeatWave безопасны и полезны для вашего здоровья! СЕРТИФИКАЦИЯ Сауны HeatWave с гордостью подтверждены сертификатами CE, CETL, RoHS и ISO 9001, всемирно признанными знаками качества, безопасности и профессионального производства.

ФАКТЫ ОБ ОТРАВЛЕНИИ УГЛЕРОМ

Окись углерода является сегодня основной причиной случайных отравлений в Соединенных Штатах.

Отравление угарным газом (CO) может произойти в течение нескольких минут и является причиной большего числа смертей, чем любой другой отдельный яд. Этот бесцветный яд без запаха может медленно повредить вам в низких дозах, вызвать постоянные неврологические дисфункции в умеренных количествах и унести жизни на высоких уровнях.

Системы отопления, работающие на жидком топливе, пропане и природном газе, газовые приборы и камины выделяют окись углерода во время горения и могут представлять опасность для здоровья и возгорания.

Предупреждающие знаки

Просмотрите следующий список симптомов отравления угарным газом:

• тошнота
• рвота
• головная боль
• путаница
• сонливость
• головокружение

Продолжительное воздействие окиси углерода может привести к потере сознания, повреждению мозга и даже смерти.

Если вы подозреваете, что подверглись воздействию этого газа, немедленно выйдите на свежий воздух и позвоните своему лечащему врачу или обслуживающему врачу. Поскольку ранние предупреждающие признаки отравления угарным газом очень похожи на признаки пищевого отравления, важно знать об угрозе отравления угарным газом.

Меры безопасности

Если в вашем доме есть система отопления, работающая на жидком топливе, пропане или природном газе, газовая установка или камин, то вы должны ежегодно проверять их у авторитетного эксперта. Этот осмотр должен обеспечить надлежащее горение и вентиляцию, а также проверить дымоход на наличие препятствий, трещин и плохо подогнанных швов. Проверяя надлежащее сгорание, ваш эксперт должен убедиться в наличии достаточного количества воздуха для сгорания. Все газовые пламени, создаваемые кухонными плитами или системами отопления, должны быть синего цвета. Шумное и чрезмерно сильное желтоватое пламя может быть вызвано неправильным сгоранием и может привести к опасным уровням окиси углерода.

Многие хозяйственные магазины сейчас продают детекторы угарного газа, которые работают примерно так же, как и детекторы дыма.Они доступны по цене и стоят своих денег, особенно если вы используете переносные топливные обогреватели.

Правильная вентиляция и проверка оборудования — два лучших способа защитить себя и свою семью от отравления угарным газом. Будьте осторожны и умны, согреваясь этой зимой.

Высокоэффективные нагреватели из мятых углеродных нанотрубок для измерения содержания водорода с малым дрейфом.

(Базель). 2019 сен; 19 (18): 3878.

Департамент робототехники, Институт науки и технологий Тэгу Кёнбук (DGIST), Тэгу 42988, Корея (J.P.) (I.R.J.) (K.L.)

Поступила 13 августа 2019 г .; Принято 5 сентября 2019 г.

Abstract

В данной работе представлено изготовление тонкопленочных нагревателей из смятых углеродных нанотрубок (C-CNT) и их применение для определения высокой чувствительности и низкого дрейфа газообразного водорода. Используя напыление из первозданных многослойных углеродных нанотрубок (MWCNT) и термоусадку полистирольной (PS) подложки, мы изготовили C-CNT с плотно упакованными переходами.Джоулев нагрев C-CNT дает более высокую температуру при заданном входном напряжении по сравнению с нанесенными CNT. Кроме того, анализируется температурный коэффициент сопротивления (TCR) для точного контроля температуры и измерения нагревателя. Нагреватели C-CNT способны определять газообразный водород, демонстрируя при этом более высокую чувствительность измерения наряду с меньшим дрейфом по сравнению с устройствами с осажденными CNT. Кроме того, самонагревание нагревателей C-CNT способствует быстрой десорбции водорода и, таким образом, обеспечивает повторяющуюся и стабильную работу датчика.Наши результаты показывают, что как морфология УНТ, так и температура нагрева влияют на характеристики обнаружения водорода.

Ключевые слова: углеродные нанотрубки , смятые УНТ, джоулева нагрев, измерение водорода, измерение газа

1. Введение

Газовые датчики с углеродными нанотрубками (УНТ) привлекли большое внимание благодаря своей высокой чувствительности, простому процессу изготовления и быстроте время отклика [1,2]. Из нескольких существующих механизмов обнаружения наиболее широко используется хеморезистивная схема измерения, поскольку она энергоэффективна и легко адаптируется к существующим электронным компонентам [3,4]. Хемирезистивные сенсоры на основе многослойных УНТ обладают полупроводниковыми свойствами наряду с высоким отношением поверхности к объему, что обеспечивает высокую чувствительность измерений [5,6]. Предыдущие исследования варьируются от разработки интегрированных транзисторных датчиков с одним проводом УНТ [7,8] до гибких датчиков для носимых приложений [9]. Кроме того, экономичные методы интеграции УНТ, такие как прямое выращивание, нанесение покрытия распылением, трансферная печать и центрифугирование, позволили масштабировать производство газовых сенсоров на основе УНТ [10,11,12].Хотя газовые датчики с УНТ обладают многочисленными вышеупомянутыми преимуществами, такие датчики оставляют желать лучшего с точки зрения надежности измерения или способности выполнять повторяющиеся измерения [13,14].

В схеме хемирезистивного зондирования адсорбция или адгезия молекул газа на УНТ приводит к сдвигу их электрического сопротивления [1,15]. Чтобы проводить надежные и повторяющиеся измерения, молекулы адсорбированного газа должны быть удалены из УНТ, когда газа нет. При комнатной температуре десорбция занимает много времени и даже приводит к необратимому сдвигу электрического сопротивления датчиков [16,17].Такой дрейф электрического сопротивления нежелателен, особенно в приложениях, где необходимо проводить повторяющиеся и длительные измерения. Использование внешних источников энергии, таких как фотодесорбция, вызванная УФ-светом, работа в высоком вакууме или термический отжиг, может ускорить процесс десорбции [18]. Из-за своей простоты метод термического отжига широко используется для минимизации дрейфа газовых сенсоров на основе УНТ. Например, отжиг сенсоров водорода из углеродных нанотрубок при температуре около 100 ° C позволяет быстро восстановить сопротивление сенсора [19].

Джоулевые нагреватели на основе УНТ демонстрируют надежные термические операции и могут наноситься на гибкие подложки. Большая часть тепла генерируется на стыках УНТ, и количество УНТ определяет электротермические свойства нагревателей [20,21,22]. Поскольку слой УНТ сам по себе может работать как джоулевый нагреватель, такая платформа идеальна для приложений обнаружения газов при повышенных температурах. Однако, насколько нам известно, недостаточно исследований, в которых использовались бы как функции самонагрева, так и способность УНТ к обнаружению газа.Как упоминалось ранее, нагревательные свойства УНТ-нагревателей зависят от количества переходов УНТ в данном объеме, поскольку большая часть нагрева происходит в переходах. Более высокая плотность перехода должна привести к более энергоэффективному нагреву, а сжатие или смятие УНТ может резко увеличить такую ​​плотность перехода.

Здесь мы сообщаем о производстве нагревателей C-CNT с использованием метода нанесения покрытия распылением и термической усадки с последующим определением электрических и тепловых свойств нагревателя.Используя нагреватель C-CNT, мы обнаруживаем газообразный водород и анализируем чувствительность измерения, дрейф сопротивления датчика, повторяемость и надежность измерения, а также работу датчика в зависимости от температуры. Мы сравниваем характеристики датчиков C-CNT с платформой для депонированных CNT, чтобы подчеркнуть преимущества предлагаемой платформы C-CNT.

2. Материалы и методы

2.1. Изготовление сенсора смятых УНТ

Тонкопленочные нагреватели УНТ основаны на локальном тепловыделении на стыках УНТ при протекании тока через сети УНТ [23].Высокое сопротивление перехода вызывает быстрое повышение температуры. Предлагаемое устройство использует такой эффект джоулева нагрева и состоит из слоя УНТ поверх полимерной подложки толщиной 200 мкм и металлических электродов, как показано на рис. Чтобы провести прямое сравнение между обычными нагревателями с УНТ после осаждения и нагревателями с УНТ, мы использовали две разные подложки из полиэтилентерефталата (ПЭТ) и полистирола (ПС). ПЭТ является термостойким, в то время как ПС сжимается примерно на 50% в длину при нагревании до 150 ° C [24].Начальное количество и площадь осаждения УНТ одинаковы для подложек из ПЭТ и ПС, но конечные размеры отличаются после процесса термоусадки.

( a ) Схема нагревателя из смятых углеродных нанотрубок (C-CNT). ( b ) Процесс изготовления, включающий напыление УНТ, термический отжиг, усадку полистирольной (ПС) подложки и стадию металлизации.

b изображает общий процесс изготовления нагревателя C-CNT. 3 мас.% Раствор MWCNT разбавляют изопропиловым спиртом (IPA) до 0.1 мас.%, А затем нанесение покрытия распылением в течение 10 с при скорости потока около 0,4 мл / с. Затем нагреватель промывают изопропиловым спиртом для очистки. После процесса очистки нагреватель помещается в конвекционную печь при 70 ° C на 30 минут для удаления любых паров IPA, оставшихся в УНТ. Такой этап термического отжига также увеличивает адгезию между УНТ и полимерной подложкой. Для смятия УНТ устройство, изготовленное на подложке из ПС, нагревают при температуре около 150 ° C в течение 5 мин в конвекционной печи. Размер нагревателя уменьшается примерно на 400% по площади после процесса термоусадки.Наконец, слой серебряной пасты, за которым следует металлический слой (Au или Pt) толщиной 100 нм, наносится напылением по бокам устройства для формирования электродов.

2.2. Определение характеристик устройства и установка для измерения содержания водорода

Для точного контроля и измерения температуры определяются электротермические свойства наплавленных УНТ и нагревателей С-УНТ. MWCNT показывают линейный температурный коэффициент сопротивления (TCR) [25], поэтому их температуру можно откалибровать по измеренному электрическому сопротивлению.TCR изготовленных нагревателей измеряется при мониторинге температуры нагревателя с помощью инфракрасной (ИК) камеры с переменным входным напряжением. Для точного измерения сопротивления нагревателя ( R, , _{, нагреватель} ) используется схема, состоящая из источника питания постоянного тока, чувствительного резистора 100 Ом ( R _sense ) и нагревателя CNT, как показано на. Такой метод позволяет проводить измерения нагревателя R, _{путем калибровки падения напряжения на датчике R (уравнение (1)).Все характеристики устройства выполняются при комнатной температуре около 20 ° C в среде с контролируемой влажностью.}

R _{нагреватель} = R _sense × ( V _in — V _sense ) / V _sense

(1)

Экспериментальная установка для водорода газоанализ и работа нагревателя CNT. Измеряя падение напряжения ( В, , _{, сенсор} ) на чувствительном резисторе 100 Ом ( R, , _{сенсор,} ), можно откалибровать сопротивление датчика.

показывает экспериментальную установку для измерения газообразного водорода. Эксперимент проводится внутри вакуумной зондовой станции с доступом к газам аргона и водорода. Скорость потока газа 500 см3 с концентрацией водорода 10% (Ar 450 см3, H ₂ 50 см3) используется на протяжении всего эксперимента по зондированию, за исключением характеристики датчика в зависимости от различных концентраций водорода. Давление в камере поддерживается на уровне 400 мТл с помощью автоматического клапана продувки. Чтобы свести к минимуму любые потери тепла из-за теплопроводности, мы разместили датчики CNT примерно на 0.5 см над поверхностью. Газообразный водород вводят через 7 минут для стабилизации как давления, так и температуры датчика на протяжении всего эксперимента по зондированию. Каждый цикл считывания длится 8 минут, в то время как водород вводится на 4 минуты, а затем отключается еще на 4 минуты. Во время эксперимента по обнаружению водорода R _{нагреватель} регистрируется каждые 100 мс, поскольку адсорбция водорода изменила бы R _{нагреватель} посредством электронно-дырочной рекомбинации [26].

3. Результаты

3.1. Описание устройства

a показывает изготовленный нагреватель CNT после осаждения на подложке из ПЭТ и нагреватель C-CNT на подложке из PS. Размер устройства C-CNT уменьшился на 400% после процесса термоусадки. Хотя начальная площадь и количество нанесенных УНТ идентичны для обоих нагревателей, нагреватель С-УНТ кажется более темным, что указывает на то, что поверхностная плотность УНТ увеличилась после усадки. Измеренные сопротивления нагревателей CNT и C-CNT при комнатной температуре составили 12,4 кОм и 5 Ом.1 кОм соответственно. Для демонстрации мы изготовили нагреватель УНТ большего размера на подложке из ПЭТ и прикрепили к стакану, заполненному водой, как показано на б. c показывает конформное распределение температуры нагревателя, измеренное с помощью ИК-камеры. Нагреватели CNT и C-CNT показали стабильную термическую работу до 80 ° C без какой-либо механической деформации или отслоения слоя CNT.

( a ) Нагреватель УНТ после осаждения на подложке из полиэтилентерефталата (ПЭТ) и нагреватель С-УНТ на термоусадочной подложке из ПС.Термическая усадка вызывает уменьшение размеров нагревателя примерно на 400%. ( b ) Нанесение нагревателя УНТ после осаждения на криволинейную поверхность. ( c ) Инфракрасное (ИК) изображение нагретого нагревателя УНТ.

a, b показывает микрофотографии, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), только что осажденных УНТ и С-УНТ. УНТ, покрытые распылением, перепутаны случайным образом, в то время как С-УНТ демонстрируют гораздо более плотные пучки перепутанных УНТ из-за уменьшения площади подложки из полистирола [27,28]. Кроме того, для C-CNT имеется больше переходов CNT в данной области, что приводит к более эффективному нагреву из-за меньших потерь тепла.Хотя морфология УНТ изменилась в процессе термической усадки, анализ комбинационного рассеяния подтверждает, что качество УНТ не ухудшилось, как показано на c. Как для УНТ после осаждения, так и для С-УНТ присутствуют типичные пики комбинационного рассеяния УНТ (D-пик, G-пик и 2D-пик) [29] с довольно постоянным соотношением G-пиков к D-пикам. В случае образцов УНТ после осаждения присутствует рамановский пик ПЭТ, поскольку Рамановский лазер может достигать подложки ПЭТ. Напротив, для образцов C-CNT нет пиков PS, поскольку прозрачность уменьшается с увеличением плотности CNT на данной площади из-за процесса термической усадки.Это свидетельствует о том, что предложенный метод термоусадки надежен и не вызывает химических превращений материала.

СЭМ-микрофотографии ( a ) осажденных УНТ и ( b ) C-CNT. ( c ) Рамановские спектры УНТ после осаждения и С-УНТ подтверждают, что процесс термической усадки не влияет на УНТ.

показывает характеристики электротермических свойств изготовленных устройств. Поскольку С-УНТ имеют более высокую плотность перехода, они демонстрируют лучшую эффективность нагрева по сравнению с УНТ после осаждения.При заданном напряжении или мощности устройство C-CNT демонстрирует более высокую температуру, чем устройство CNT, как показано на a, b. Такая высокая эффективность нагрева устройства C-CNT является большим преимуществом для приложений обнаружения газа, поскольку высокотемпературная среда благоприятна не только для усиленной десорбции молекул газа, но и для скорости адсорбции в соответствии с термодинамикой [14]. c показывает изменение R _{нагревателя} в зависимости от температуры. Для УНТ после осаждения измеренное значение TCR составляет -892.0 ppm / ° C, что близко к ранее сообщенному значению для MWCNT [19]. Напротив, TCR C-CNT ниже при -590,5 ppm / ° C. MWCNT имеют как металлические, так и полупроводниковые трубки. Напряжение сжатия, вызванное процессом термической усадки, может изменить хиральность полупроводниковых трубок на металлические [30] и, таким образом, в конечном итоге повлиять на TCR УНТ. Хотя значение TCR изменилось после усадки, нагреватели как CNT, так и C-CNT демонстрируют строго линейную зависимость между нагревателем R _{и температурой нагревателя.Такой линейный TCR благоприятен для точного измерения температуры и контроля устройства. d показывает линейную зависимость I-V, означающую, что изменение в нагревателе} R _{довольно мало, пока устройства нагреваются.}

Измеренные температуры датчика в зависимости от приложенного ( a ) постоянного напряжения и ( b ) мощности нагревателя. ( c ) Температурный коэффициент сопротивления как функция температуры датчика. ( d ) Измерение ВАХ датчиков.

3.2. Измерение газообразного водорода

Изготовленные нагреватели CNT могут работать как датчики для измерения газообразного водорода. показывает реакцию сенсоров как осажденных УНТ, так и сенсоров С-УНТ на 10% концентрацию газообразного водорода при температуре окружающей среды около 20 ° C. Здесь чувствительность определяется с помощью уравнения (2), где R ₀ — начальное сопротивление датчика перед подачей водорода. Понятно, что датчик C-CNT дает более высокую чувствительность и более стабильную работу, чем датчик CNT после осаждения.Однако измеренные значения чувствительности находятся в диапазоне 0,01% и демонстрируют сильный дрейф из-за плохой адсорбции и десорбции водорода при комнатной температуре.

Чувствительность = ( R _{нагреватель} — R ₀ ) / R ₀ × 100 [%]

(2)

Отклики датчиков CNT и C-CNT при обнаружении водорода в помещении температура 20 ° С. Хотя датчик C-CNT показывает более высокую чувствительность, присутствует серьезный дрейф сопротивления датчика.

Чтобы улучшить скорость адсорбции и десорбции водорода, мы провели эксперимент по обнаружению газа, в то время как датчики как осажденных УНТ, так и С-УНТ самонагреваются. a, b показывает изменение чувствительности при входных напряжениях 10 В и 20 В. Даже при одинаковых входных напряжениях температуры нагрева выше для датчиков C-CNT из-за их высокой эффективности нагрева. Такие более высокие температуры измерения приводят к увеличению скорости адсорбции водорода и, таким образом, обеспечивают высокочувствительное обнаружение водорода.Например, датчики C-CNT демонстрируют улучшение чувствительности измерения примерно на 350% по сравнению с датчиками CNT после осаждения при входном напряжении 20 В. По сравнению с работой при комнатной температуре, чувствительность измерений резко улучшилась при повышенных температурах датчика, показывая, что предложенный механизм самонагрева относительно прост, но очень эффективен для высокочувствительного измерения газообразного водорода.

Отклики обнаружения водорода с входными напряжениями 10 В и 20 В для датчиков ( a ) CNT и ( b ) C-CNT.( c ) Измеренная чувствительность датчиков в зависимости от приложенного напряжения. Датчик C-CNT показывает гораздо более высокую чувствительность при заданном входном напряжении. ( d ) Дрейф сопротивления датчика для датчиков CNT и C-CNT. Дрейф уменьшается с увеличением температуры срабатывания.

Кроме того, дрейф резко уменьшается при повышенных температурах, как показано на d. Уравнение (3) обеспечивает коэффициент дрейфа, где R _n — это нагреватель R _{в начале каждого цикла измерения, а Δ R — величина увеличения R нагревателя , когда водород газ присутствует.Используя коэффициент дрейфа, мы можем вычислить, насколько нагреватель} R _{смещается по мере продолжения цикла измерения. Коэффициент дрейфа уменьшается для сенсоров как на осажденных, так и на C-CNT по мере увеличения входного напряжения, что ясно показывает, что механизм самонагрева снижает дрейф сенсора из-за усиленной десорбции водорода.}

Коэффициент дрейфа = ( R _{(n + 1)} — R _n ) / ∆ R × 100 [%]

(3)

показывает реакцию УНТ после осаждения. и сенсоры C-CNT для различных концентраций газообразного водорода при входном напряжении 20 В.Для обоих типов датчиков чувствительность линейно увеличивается с концентрацией водорода. Скорость изменения примерно в 2,6 раза выше для датчиков C-CNT наряду с лучшей линейной зависимостью. Такие результаты предполагают, что предлагаемый датчик C-CNT способен не только обнаруживать присутствие водорода, но и определять концентрацию газа. И время отклика, и время восстановления датчиков оставались неизменными для различных концентраций водорода. Кроме того, мы проанализировали предел обнаружения (LOD) разработанных сенсоров CNT, используя среднеквадратичное отклонение (rmsd) базового сигнала, R _rms [16].Для вычислений среднеквадратичного значения мы использовали 100 точек данных, и LOD можно получить с помощью приведенного ниже уравнения, которое рассматривает отношение сигнал / шум больше 3 как значимые сигналы.

LOD = 3 × R _rms / крутизна [ppm]

(4)

( a , b ) Чувствительность датчиков ( V _in = 20 V) при переменном водороде концентрации. Датчики C-CNT показывают более высокую скорость изменения чувствительности измерения по сравнению с датчиками CNT.

Рассчитанный LOD по измерениям составляет 7100 ppm и 2700 ppm для сенсоров CNT и C-CNT соответственно. Хотя значения LOD выше, чем у функционализированных сенсоров водорода на основе CNT, они все же сопоставимы с ранее сообщенными значениями LOD [31]. Более того, датчик C-CNT демонстрирует улучшение LOD на 260% по сравнению с датчиками с осажденными CNT.

Чтобы проанализировать воспроизводимость сенсора C-CNT, мы проанализировали его характеристики для расширенных циклов измерения водорода.а показывает реакцию сенсоров на осажденные УНТ и С-УНТ в течение 20 циклов, что соответствует примерно 3 часам измерения водорода при концентрации 10%. Общий сдвиг чувствительности сохраняется на протяжении всего измерения с небольшим дрейфом из-за самонагрева датчиков. Такие стабильные характеристики датчика показывают, что датчики C-CNT могут использоваться в течение продолжительных периодов времени для получения повторяемых измерений обнаружения газа. Кроме того, мы изготовили по крайней мере 4 датчика каждой конструкции, и они продемонстрировали схожие характеристики нагрева и восприятия, что свидетельствует о высокой воспроизводимости представленного изготовления устройства.b, c сравнивает характеристики нагрева сенсоров CNT и C-CNT до и после 20 циклов измерения газообразного водорода. Температурные отношения TCR и мощности датчика остаются довольно постоянными, что указывает на высокую стабильность электротермических свойств наших датчиков.

( a ) Чувствительность датчиков CNT и C-CNT после осаждения при входном напряжении 20 В для 20 циклов измерения водорода при концентрации 10%. ( b , c ) Измеренный температурный коэффициент сопротивления (TCR) и соотношение мощности и температуры датчика до и после экспериментов по обнаружению водорода.

4. Обсуждение

Представленные датчики C-CNT используют высокую плотность перехода CNT для эффективного нагрева. Кроме того, самонагрев сенсора улучшает чувствительность измерения и уменьшает отклонение сенсора при обнаружении газообразного водорода. сравнивает характеристики разработанных датчиков с выбранными предыдущими работами по датчикам газообразного водорода на основе УНТ. Насколько нам известно, в этой работе впервые представлено использование смятых УНТ. Хотя чувствительность измерения и LOD датчиков C-CNT несколько ограничены по сравнению с функционализированными датчиками CNT, мы считаем, что надлежащий процесс функционализации вместе с оптимизацией конструкции может еще больше повысить производительность нашего устройства.Кроме того, во многих предыдущих работах реализованы методы внешнего нагрева для повышения чувствительности устройства, в то время как наш подход использует сам датчик в качестве единственного источника тепла.

Таблица 1

Сводка датчиков газа водорода на основе УНТ, включая устройства из этой работы.

При сравнении датчиков CNT и C-CNT после осаждения , измерение чувствительности аналогично при заданной температуре в течение нагретой, как осажденный CNT и с-CNT датчиков.Однако датчики C-CNT демонстрируют более стабильные характеристики дрейфа наряду с улучшенной эффективностью нагрева, что предпочтительно для приложений с низким энергопотреблением или низким напряжением. Даже без самонагрева датчиков датчики C-CNT по-прежнему демонстрируют гораздо более надежную работу датчика наряду с более высокой чувствительностью измерения. Такие лучшие характеристики восприятия без нагрева демонстрируют, что предложенные структуры C-CNT могут быть использованы для разработки высокопроизводительных газовых сенсоров комнатной температуры для приложений однократного обнаружения [13].

Как и другие существующие хемирезистивные датчики на основе УНТ, для точной и надежной работы датчика необходимо учитывать несколько аспектов. Поскольку нагреватель R зависит от температуры датчика, а также от количества водорода, необходимо компенсировать и должным образом учитывать влияние температуры окружающей среды. Например, изменение температуры окружающей среды на 1 ° C может вызвать сдвиг на 0,059% в нагревателе R _{, что может быть значительным для чистых химических сенсоров на основе УНТ.Кроме того, электрическое сопротивление УНТ также зависит от влажности [35] и других типов газов, таких как CO, NO 2 , CH 4 и O 2 [1]. Проблемы с температурой или влажностью могут быть решены путем интеграции калибровочных датчиков, в то время как проблемы селективности по газу могут быть смягчены за счет функционализации с помощью химических агентов [36,37,38,39,40,41]. Кроме того, предлагаемый датчик C-CNT улучшает скорость адсорбции и десорбции по сравнению с датчиками CNT после осаждения без какой-либо химической обработки, и мы полагаем, что характеристики датчика будут дополнительно улучшены за счет надлежащего процесса функционализации для обнаружения не только водорода, но и других химических веществ. .}

Еще один способ улучшить чувствительность, время отклика и время восстановления — уменьшить размер сенсора [42]. Поскольку предлагаемый процесс термической усадки уменьшает площадь УНТ на 400% от первоначального размера, датчики C-CNT даже с масштабом длины в мкм могут быть реализованы с использованием теневой маски с размерами элементов менее миллиметра. Представленный подход к изготовлению является масштабируемым и может позволить серийное производство матриц датчиков C-CNT. Кроме того, более высокие температуры самонагрева могут привести к повышению чувствительности и дрейфовых характеристик, основанных на наших выводах.Изготовление или переносная печать сенсоров C-CNT на термостойкие подложки (стекло, Si и т. Д.) Может привести к более высоким температурам самонагрева, что приведет к улучшенным характеристикам сенсора. Все вышеупомянутые подходы могут дополнительно улучшить текущее состояние предлагаемого датчика C-CNT, который демонстрирует превосходную эффективность нагрева, чувствительность и повторяемость обнаружения газа, а также меньший дрейф при циклическом обнаружении газообразного водорода по сравнению с датчиками на основе осажденных CNT.

5. Выводы

В данной работе предлагаются сенсоры из смятых УНТ (C-CNT) с эффективными способностями к самонагреву для высокой чувствительности и измерения газообразного водорода с малым дрейфом.Процесс изготовления реализует довольно простое напыление для нанесения конформного слоя УНТ. Кроме того, термоусадка подложки из полистирола позволяет надежно воспроизводить структуры C-CNT с высокой плотностью переходов в заданной области. Датчики C-CNT более эффективны по напряжению и энергоэффективности по сравнению с устройствами с осажденными CNT. Кроме того, высоколинейный TCR позволяет точно измерять и контролировать температуру. В условиях окружающей среды сенсоры C-CNT демонстрируют более высокую реакцию на газообразный водород.Более того, повышенные температуры измерения за счет самонагрева датчиков увеличивают скорость адсорбции и десорбции водорода, что в конечном итоге улучшает характеристики датчика, сохраняя при этом выдающуюся повторяемость и стабильность измерения. Поскольку предложенные структуры C-CNT более чувствительны к водороду и обладают высокой эффективностью нагрева по сравнению с обычными датчиками CNT после осаждения, платформы C-CNT могут применяться для обнаружения газа водорода со сверхнизкой мощностью и высокой чувствительностью.Кроме того, сам датчик работает как термистор, что позволяет при необходимости учитывать колебания температуры окружающей среды. При правильной химической функционализации и улучшенной конструкции устройства мы предполагаем применение датчиков C-CNT для других приложений химического зондирования, помимо обнаружения газообразного водорода.

Благодарности

Авторы выражают признательность сотрудникам чистых помещений Центра основных исследовательских центров DGIST (CCRF) за поддержку в изготовлении устройств и характеристике материалов.

Вклад авторов

Авторы внесли свой вклад в следующем содержании: концептуализация, J.P. and H.J.K .; методология, J.P. и I.R.J .; программное обеспечение, К.Л .; проверка, J.P. и H.J.K .; расследование, J.P., I.R.J. и H.J.K .; письмо — подготовка оригинального проекта, J.P., I.R.J. и К.Л .; написание — просмотр и редактирование, H.J.K .; надзор и финансирование, H.J.K.

Финансирование

Это исследование было поддержано Программой фундаментальных научных исследований через Национальный исследовательский фонд Кореи (NRF), финансируемой Министерством науки и ИКТ Кореи (2018R1C1B6008041), и Программой НИОКР DGIST Министерства науки и ИКТ Кореи. (19-РТ-01).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

Низкоуглеродное отопление заменит газ в новых домах в Великобритании после 2025 года | Energy

Газовые котлы будут заменены низкоуглеродными системами отопления во всех новых домах, построенных после 2025 года, в попытке справиться с нарастающим климатическим кризисом, заявил Филип Хаммонд.

В своем весеннем заявлении канцлер сказал, что новые объекты недвижимости будут использовать альтернативные системы, такие как тепловые насосы, чтобы помочь Великобритании сократить выбросы углерода.

Тем не менее, Хаммонд, похоже, воздержался от выполнения рекомендаций правительственного консультативного комитета по изменению климата в прошлом месяце, который призвал к тому, чтобы в новых домах не было газа для приготовления пищи или отопления с 2025 года.

Отказ от газового отопления в Новые дома были осторожно встречены экологическими группами, хотя они сказали, что канцлеру нужно было быть более амбициозным, системным и радикальным, чтобы правительство могло справиться с чрезвычайной климатической ситуацией.

Домостроители заявили, что поддерживают переход к более экологически устойчивым системам, но альтернативное отопление часто бывает более дорогим и менее эффективным.

Представитель Федерации строителей жилья заявил, что постоянные «затраты и комфорт домовладельцев являются абсолютным приоритетом» для ее членов, указав, что тепловые насосы требуют радиаторов большего размера и не работают так же хорошо в условиях похолодания.

«Все чаще внедряются новые технологии, снижающие выбросы, и мы намерены продолжать работать с правительством над этим… [однако] необходимо обеспечить, чтобы альтернативные источники тепла были достаточно привлекательными, доступными и эффективными, прежде чем отказываться от существующих вариантов», он сказал.

В отчете комитета по изменению климата говорится, что установка низкоуглеродного отопления в новом доме будет стоить 4800 фунтов стерлингов, а в существующем доме — 26 300 фунтов стерлингов.

Около 14% выбросов парниковых газов в Великобритании приходится на дома, а в прошлом году выбросы от жилищ увеличились — в основном, от газовых котлов.

Комитет заявил, что для достижения существующих в Великобритании климатических целей, которые многие считают слишком слабыми, во всех домах в будущем придется практически полностью исключить выбросы.

Однако представитель Казначейства сообщил, что для поддержки перехода на устойчивые системы отопления не было выделено никаких средств, добавив, что обсуждение этого плана будет рассмотрено в конце этого года.

Объявление Хаммонда о газовых котлах было одной из серии экологических мер, представленных в его заявлении, наряду с защитой вод вокруг острова Вознесения в Атлантике, новой схемой компенсации выбросов углерода для авиации и всеобъемлющим глобальным обзором связи между биоразнообразием и экономический рост под руководством профессора Парта Дасгупта.

Но экологические организации заявили, что эти меры не пошли достаточно далеко.

Мел Эванс, старший участник кампании Greenpeace UK, сказала, что, хотя план по прекращению использования ископаемого топлива в новых домах имеет жизненно важное значение — и она приветствовала меры по защите дикой природы, — борьба с климатическим кризисом требует более серьезного мышления.

«Такие проблемы, как плохое состояние нашего существующего жилищного фонда и быстрое внедрение электромобилей, требуют серьезных денег за серьезную политику», например, запрет на новые бензиновые и дизельные автомобили и фургоны к 2030 году, — сказала она.

Дэйв Тиммс из «Друзей Земли» сказал: «Канцлеру следовало объявить масштабную программу инвестиций в изоляцию домов и общественный транспорт, вместо того, чтобы продвигать ложное решение о компенсации выбросов углерода для авиации».

Профессор Сэм Фанкхаузер из Исследовательского института Grantham по изменению климата Лондонской школы экономики сказал, что этот шаг был «долгожданным шагом на пути к сокращению выбросов углерода», который потенциально может «значительно сократить выбросы, особенно если они будут сопровождаться меры по повышению энергоэффективности домов.