Znajdź zawartość

Austriacko-włoski zespół opracował tatuażowe elektrody, uzyskiwane za pomocą drukarki atramentowej. !RCOL Naukowcy podkreślają, że elektrody wykorzystuje się m.in. w czasie elektroencefalografii (EEG) czy elektromiografii (EMG). Są one jednak sztywne, niewygodne i ograniczają mobilność pacjentów. Żel z elektrod szybko wysycha, trudno więc przeprowadzać z ich użyciem długie badania. Autorzy nowej metody, opisanej na łamach periodyku Advanced Science, wykorzystali przewodzące polimery, które nadrukowywano na dostępnym w handlu papierze transferowym do tatuażu tymczasowego. Podłączenia konieczne do transmisji sygnału były zintegrowane z tatuażem. Praktycznie niewyczuwalną elektrodę-tatuaż przenosi się po prostu na skórę pacjenta. Ze względu na grubość poniżej 1 mikrometra tatuażowe elektrody bez problemu przystosowują się do nierówności ludzkiej skóry. Można je nakładać na części ciała, przy których tradycyjne elektrody się nie sprawdzały, np. na twarz. Dzięki tej metodzie zrobiliśmy duży krok w kierunku rozwijania elektroniki naskórkowej - podkreśla Francesco Greco z Uniwersytetu Technologicznego w Grazu. Co ważne, perforacja tatuażowej elektrody, np. przez rosnący włos, nie zaburza przewodzenia ani przekazywania sygnału. Podczas testów naukowcy wykazali, że bezproblemową transmisję można prowadzić nawet przez 3 dni. Pracujemy nad bezprzewodowymi tatuażowymi elektrodami ze zintegrowanym tranzystorem. Dzięki temu możliwe będzie zarówno wysyłanie, jak i odbieranie sygnału, a więc pomiar impulsów i precyzyjna stymulacja wybranych regionów. « powrót do artykułu

Prof. Joseph Wang z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego opracował giętkie czujniki do wykrywania podwodnych zagrożeń, np. materiałów wybuchowych lub niebezpiecznych substancji. Grubą warstwę elektrochemicznego sensora nadrukowuje się na piance do nurkowania czy surfingu z neoprenu. Od dawna interesujemy się wkładanymi z ubraniem systemami elektrochemicznego monitoringu do zastosowań medycznych i związanych z bezpieczeństwem. W ciągu ostatnich 3 lat pracowaliśmy nad giętkimi, nadrukowywanymi czujnikami i dzięki możliwościom naszej grupy rozszerzyliśmy ich zastosowanie do warunków podwodnych. Studium finansowała Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych. Wśród naukowców zainteresowanie projektem było tym większe, że gros z nich nurkuje. Dzięki ich wytężonej pracy powstał naubraniowy czujnik elektrochemiczny do przeprowadzania analiz in situ w środowisku morskim. Artykuł na ten temat opublikowano w czerwcowym wydaniu pisma Analyst. Biorąc pod uwagę mnogość potencjalnych zastosowań i włożony wysiłek, nie dziwi, że Uniwersytet postanowił opatentować technologię. Każdy, kto chce dokonywać pod wodą chemicznych pomiarów, by np. wykryć zanieczyszczenia, musi mieć przy sobie przenośny analizator. Zamiast tego proponujemy nadrukowywany na ramieniu kombinezonu nurkowego czujnik z 3 elektrodami. Wewnątrz neoprenu zamontowaliśmy 3-woltową baterię i elektronikę. W zamierzeniu przyłożone napięcie ma w przypadku docelowego związku zanieczyszczającego napędzać reakcję redoks (może on oddawać lub przyjmować elektrony i w zależności od tego być donorem lub akceptorem). Później wystarczy zmierzyć przepływ prądu. Wyposażony w "kontrolki" czujnik wszczyna alarm, jeśli dopuszczalny poziom danego związku (szkodliwego zanieczyszczenia lub materiału wybuchowego) zostaje przekroczony. Jest to możliwe dzięki wmieszaniu do warstwy tuszu węglowego odpowiedniego enzymu; robi się to przed nadrukowaniem czujnika. Jeśli enzymem tym będzie tyrozynaza, a w wodzie pojawi się fenol, kolor diody LED zmieni się z zielonego na czerwony. W skład systemu wchodzi potencjostat o wymiarach 19 na 19 mm. Na odwrocie płytki obwodu drukowanego umieszczono baterię. Zespół Wanga przetestował urządzenie na 3 związkach docelowych: 1) miedzi, 2) fenolu i 3) trotylu (TNT). W eksperymentach Amerykanie posłużyli się jedną elektrodą, ale można zastosować macierz elektrod, z których każda będzie wyposażona w reagent do wykrywania innego związku. Tego typu rozwiązanie pozwala na symultaniczną detekcję wielu zanieczyszczeń. Naukowcy sądzą, że neopren to idealny materiał do drukowania. Jest elastyczny i wodoodporny, dzięki czemu bez problemu uzyskuje się obraz o dużej rozdzielczości. Testy w słonej wodzie, podczas których nadrukowane czujniki wyginano i poddawano innym deformacjom, wykazały, że w każdej bez wyjątku sytuacji sensory sprawowały się naprawdę dobrze. Po zakończeniu tego etapu badań przyszedł czas na ocenę wynalazku przez Marynarkę.

Chemicy z Instytutu Koloidów i Interfejsów Maxa Plancka wynaleźli technologię, która pozwala na niemal kompletne przekształcenie naturalnej matrycy – użyłkowania liścia – w magnetyczny cementyt (węglik żelaza). By się to udało, potraktowali liść octanem żelaza, azotem i ciepłem. Jak zapewniają twórcy, metodę można wykorzystać do odtworzenia w węglikach metali wszystkich zawierających węgiel struktur. Naturalne formy są bardzo użyteczne z kilku względów. Po pierwsze, zazwyczaj wykazują wysoką stabilność mechaniczną. Po drugie, w związku z dużymi powierzchniami, wspaniale nadają się na wzorce pod katalizatory czy elektrody. Badacze z Poczdamu zainteresowali się właśnie węglikiem metalu, ponieważ ma właściwości magnetyczne, przewodzi prąd i wykazuje dużą wytrzymałość na wysokie temperatury i naprężenia. Ze względu na stabilność materiałowi niezwykle trudno było nadać konkretną formę, ale Niemcy znaleźli na to sposób. Zaczęli od zanurzenia ożyłkowania liścia kauczukowca w roztworze octanu żelaza. Później osuszyli je powietrzem ogrzanym do temperatury 40 stopni Celsjusza. Na końcu przyszła kolej na azot i kolejne ogrzanie, tym razem do temperatury 700 stopni Celsjusza. Strukturę odtworzono co do najmniejszego szczegółu – chwali się przeprowadzająca eksperyment Zoe Schnepp. Potraktowany gorącem octan żelaza z unerwienia liścia przekształca się w cementyt, który ulega następnie zredukowaniu przez węgiel z nerwacji do węglika żelaza. Użyłkowanie stanowi zarówno formę, jak i dostarcza węgiel do przebiegu reakcji. W rezultacie przekształciliśmy organiczną strukturę w jednym kroku. To odróżnia naszą metodę od innych technik, które także wykorzystują biologiczne formy do uzyskania struktur nieorganicznych. Naukowcy od jakiegoś czasu pozyskują tlenki metali, wychodząc od naturalnych materiałów, np. liści. Jednemu zespołowi udało się już wygenerować węglik krzemu [karborund] ze wstępnie przetworzonych materiałów naturalnych. My rozwinęliśmy ten proces. Aby sprawdzić, czy liść uległ całkowitemu przekształceniu w węglik żelaza, badacze umieścili go w ogniwie elektrolitycznym jako anodę. Na użyłkowaniu gromadził się tlen, a na katodzie wodór. Eksperyment potwierdził, że większość liścia przekształciła się w węglik żelaza. Poza tym zawiera on niewielką domieszkę węgla. Za pomocą magnesu trwałego Niemcy wykazali też, że unerwienie uzyskało właściwości magnetyczne węglika żelaza.

Hitachi opracowało technologię, która dwukrotnie wydłuża żywotność firmowych akumulatorów litowo-jonowych. Dzięki niej urządzenia będą mogły pracować ponad 10 lat. Okres pracy akumulatorów wydłużono dzięki zastąpieniu części manganu w elektrodzie dodatniej innym - nieujawnionym jeszcze - elementem stabilizującym strukturę krystaliczną elektrody. Ponadto wzbogacono ją też o odporny na działanie kwasu tlenek, który zapobiega przenikaniu manganu do elektrolitu. Japończycy zastrzegają, że na razie nowe akumulatory nie trafią do naszych telefonów komórkowych czy laptopów. Znajdą one zastosowanie przede wszystkim w przemyśle, np. w turbinach wiatrowych czy pojazdach hybrydowych. Hitachi nie kończy na tym pracy nad ulepszaniem akumulatorów. Firma chce ulepszyć ich wydajność poprzez dalsze udoskonalanie konstrukcji elektrody dodatniej oraz zmianę składu elektrolitu.

Zespół profesora Yang Shao-Horna z MIT-u, który specjalizuje się w badaniach nad bateriami litowo-powietrznymi, dokonał bardzo ważnego odkrycia dającego nadzieję, że na rynek trafią baterie o największej dostępnej gęstości mocy. Baterie litowo-tlenowe korzystają z lekkich porowatych elektrod węglowych oraz powietrza atmosferycznego, dzięki czemu są znacznie lżejsze niż dominujące obecnie na rynku baterie litowo-jonowe. W swoim najnowszym artykule, który ukazał się w Electrochemical and Solid-State Letters, zespół Shao-Horna oraz współpracujący z nimi profesor Hubert Gasteiger donoszą, iż elektrody ze złota lub platyny są znacznie bardziej aktywne, niż elektrody węglowe. Pozwalają zatem na osiągnięcie wyższej wydajności. Badania uczonych z Massachusetts Institute of Technology kładą podstawy pod dalsze badania nad bateriami litowo-powietrznymi i mogą doprowadzić do powstania znacznie lepszych elektrod niż dotychczas. Naukowcy poinformowali o opracowaniu metody oceny aktywności różnych katalizatorów, co pozwoli na badania nad różnymi materiałami. Będą mogli określić warunki, jakie powinien spełniać pożądany katalizator i przewidzieć zachowanie różnych materiałów. Technologia litowo-powietrzna daje nadzieję na stworzenie baterii, które będą znacznie bardziej pojemne, a przy tym lżejsze niż urządzenia, z jakich obecnie korzystamy. Na drodze do ich skomercjalizowania pozostało jednak jeszcze tak wiele przeszkód, że, zdaniem niektórych specjalistów, nie trafią one na rynek szybciej niż za 10 lat.

Jutro podczas konferencji Semicon West firma QuantumSphere ma zamiar pokazać nowe elektrody, dzięki którym produkcja wodoru do napędów samochodowych stanie się znacznie tańsza niż obecnie. QuantumSphere zwiększyła 1000-krotnie powierzchnię elektrod pokrywając je nanocząsteczkami. Dzięki temu proces elektrolizy, podczas którego można uzyskać wodór, ma stać się na tyle tani, że samochody z napędem wodorowym będą stanowiły alternatywę dla pojazdów napędzanych paliwami ropopochodnymi. Kevin Maloney, szef QuantumSphere, zdradza, że elektrody pokryto warstwą o nazwie Nano NiFe, czyli nanocząsteczkami niklowo-żelaznymi. Jego zdaniem w niedługiej przyszłości mogą one zostać wykorzystane zarówno do małych przydomowych instalacji produkujących wodór na potrzeby pojedynczej rodziny, aż po potężne przemysłowe urządzenia, które zastąpią wykorzystywany obecnie reforming parowy do uzyskiwania wodoru. Obecnie największymi producentami wodoru są rafinerie ropy naftowej. Były one budowane wiele lat temu, gdy wydobywano lżejsze frakcje ropy naftowej. Teraz, w miarę sięgania głębiej, wydobywana jest coraz cięższa ropa, więc konieczne jest dodawanie do niej wodoru w celu uzyskania lżejszych frakcji. Rafinerie uzyskują wodór drogą reformingu parowego, gdyż jest to tańsza metoda od elektrolizy. QuantumSphere chce opracować technologię, która pozwoli na samodzielne pozyskiwanie wodoru w domach i wykorzystywanie go do tankowania samochodów. Firma twierdzi też, że będzie w stanie obniżyć cenę samych ogniw paliwowych, poprzez zastosowanie w nich stalowych elektrod pokrytych nanocząsteczkami w miejsce obecnie używanych elektrod z platyny. Przedstawiciele QuantumSphere mówią, że już samo zwiększenie powierzchni elektrod powoduje, że mogą one produkować więcej, a więc i taniej. Przy 85% wydajności nowe elektrody zapewniają 3-krotnie większą produkcję wodoru. Obecnie wyprodukowanie kilograma wodoru kosztuje 3-5 dolarów, dzięki pracom amerykańskiej firmy będzie można znacznie obniżyć jego cenę. QuantumSphere bierze na celownik również baterie. Firma podpisała już odpowiednie umowy z producentami tego typu urządzeń. Na ich podstawie jeszcze w bieżącym roku na rynku mają pojawić się baterie cynkowo-powietrzne, których moc będzie o 320% większa od baterii alkalicznych.

Jacobo Santamaría Sánchez-Barriga i jego zespół z madryckiego Universidad Complutense, tak zmodyfikowali elektrolit wykorzystywany w ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem, że pracuje one w temperaturze o kilkaset stopni niższej niż dotychczas. To z kolei ułatwia stosowanie takiego rozwiązania. Standardowo ogniwa ze stałym tlenkiem pracują w temperaturach 600-1000 stopni Celsjusza. Najpowszechniej używanym w nich elektrolitem jest tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru. Do pracy wymaga jednak temperatur powyżej 700 stopni Celsjusza. Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem mogą być w przyszłości wartościowymi źródłami energii, jednak wysokie temperatury ich pracy czynią je bardzo drogimi i ograniczają zakres użycia. Dlatego też Eric Wachsman, dyrektor Florydzkiego Instytutu Energii Zrównoważonej Gospodarkii Energią, nazwał prace hiszpańskich naukowców gigantycznym udoskonaleniem tego typu ogniw. W ogniwach ze stałym tlenkiem do jednej z elektrod dostarczany jest tlen, do drugiej paliwo. Elektrolit umożliwia przepływ jonów tlenu do elektrody z paliwem. Jeśli np. paliwem jest wodór, to w efekcie powstaje woda i zostają uwolnione elektrony. Elektrolit wymusza na elektronach ruch do zewnętrznego obwodu elektrycznego, w którym powstaje energia. Po jakimś czasie elektrony trafiają z niego do elektrody z tlenem. Tam, wskutek ich działania, uwalniane są jony tlenu i cały cykl się powtarza. Problem w tym, że efektywność pracy elektrolitu, a dokładniej jego przewodność jonowa, zależy od temperatury. Santamaria zauważył, że można ją znacznie zwiększyć w niskich temperaturach, jeśli standardowy elektrolit zostanie poprzedzielany 10-nanometrowymi warstwami tytanianu strontu (SrTiO3). Okazało się, że takie rozwiązanie aż o 100 milionów razy zwiększa przewodność jonową elektrolitu w temperaturze pokojowej. Wachsman informuje, że ulepszone przez Hiszpanów ogniwa paliwowe nieprędko trafią na rynek. Przede wszystkim należy zweryfikować pomiary, a te jest bardzo trudno wykonać na materiałach o tak niewielkiej grubości jak wspomniana warstwa SrTiO3. Zastosowanie nowego elektrolitu też wymaga przeprojektowania ogniw paliwowych. W końcu, zmniejszenie temperatury elektrolitu wpłynie na pracę samych elektrod, a więc i one muszą zostać odpowiednio ulepszone.