Znajdź zawartość

Profesor Paul Braun i jego zespół z University of Illinois opracowali nową nanostrukturę katody, dzięki której znakomicie przyspieszono czas ładowania i rozładowywania baterii, przy jednoczesnym utrzymaniu jej pojemności. System, który stworzyliśmy daje nam moc porównywalną z kondensatorem i energię porównywalną z akumulatorem. Większość kondensatorów przechowuje niewielkie ilości energii. Mogą ją za to bardzo szybko uwalniać. Z kolei większość akumulatorów jest zdolna do przechowywania dużych ilości energii, ale nie potrafią jej ani szybko uwalniać, ani szybko przyjmować. Nasz system ma zalety obu tych rozwiązań - stwierdza Braun. Od pewnego czasu wiadomo, że jeśli aktywny materiał do przechowywania energii zostanie przygotowany w formie cienkowarstwowej, będzie zdolny do bardzo szybkiego ładowania i rozładowywania, ale odbędzie się to kosztem pojemności. Grupa Brauna utworzyła cienkowarstową trójwymiarową strukturę, uzyskując wysoką pojemność oraz duże napięcie. Uczeni eksperymentalnie wykazali, że ich elektrody można ładować i rozładowywać w czasie 10-100 razy krótszym niż elektrody tradycyjnych baterii. Stworzenie takich akumulatorów oznaczałoby, że na rynku pojawią się telefony komórkowe czy laptopy, które można załadować w kila minut oraz np. defibrylatory, które nie będą musiały ładować się między kolejnymi uwolnieniami energii. To także nadzieja na rozwój samochodów elektrycznych. Rynek takich urządzeń z pewnością będzie szybko się rozwijał, jeśli kierowcy będą mogli w kilka minut załadować akumulatory i przejechać dzięki temu przynajmniej 200 kilometrów. Grupa Browna, by stworzyć odpowiednią strukturę materiału, najpierw pokryła powierzchnię niewielkimi kulami. Użycie kul było kluczowe, gdyż samodzielnie tworzą one regularną siatkę. Następnie wolne przestrzenie pomiędzy kulami pokryto metalem, a same kule rozpuszczono. W ten sposób powstała gąbczasta trójwymiarowa struktura. Następnie za pomocą metody elektropolerowania powiększono otwory, łącząc je ze sobą, tworząc otwartą sieć. Później "gąbkę" pokryto aktywnym materiałem cienkowarstwowym. Braun i jego współpracownicy zbudowali prototypowe baterie litowo-jonowe i niklowo-metalowo-wodorowe, jednak opracowana przez nich struktura gąbczastego metalu jest uniwarsalna i może współpracować z wieloma różnymi materiałami. Podoba nam się ta uniwersalność. Dzięki niej, gdy ktoś opracuje lepsze materiały, będzie mógł zastosować naszą strukturę - mówi Braun.

Irytujące działanie odblasków światła poznał każdy, kto musiał pracować na komputerze w słońcu, albo źle ustawionym oświetleniu. Szczęśliwi posiadacze matowych matryc w laptopach są grupą nieliczną, a przecież im także zdarza się męczyć z odbitym od ekranu światłem. Refleksy, czyli odbicia świetlne to jednak kłopot nie tylko dla posiadaczy komputerów. Mogą być one zmorą wszędzie tam, gdzie stosuje się optykę: okulary, lunety, aparaty fotograficzne i wszędzie tam, gdzie są jakiekolwiek szyby. Powłoki antyrefleksyjne są dość drogie - dlatego producenci laptopów niechętnie je stosują - i pogarszają optyczne właściwości. Być może jednak pojawi się w tej dziedzinie przełom - dzięki naukowcom ze znanego niemieckiego Instytutu Fraunhofera. Opracowany przez nich nanofiltr będzie mógł być stosowany na wyświetlaczach, czy szkle okularów. Miejsc i chętnych do wdrożenia nie zabraknie, bo warstwa grubości rzędu nanometrów pozwala na niemal całkowitą eliminację odbić i odbłysków. Co więcej, produkcja z wykorzystaniem nowego wynalazku będzie bardzo tania w porównaniu z dotychczas stosowanymi filtrami. Dziś trzeba takie filtry nakładać w oddzielnym kroku technologicznym, nowe są w prosty sposób aplikowane na polimerowe powierzchnie podczas ich odlewania. Nowe filtry w wersji hybrydowej będą ponadto odporne na zadrapania i łatwe do czyszczenia. Brzmi jak bajka? Kto wymyślił taką cudowną powierzchnię? Sama natura, która obdarzyła nią... ćmy. A dokładniej ćmie oczy. Ćmy już wcześniej były znane jako mistrzynie kamuflażu: ich futerko pochłania ultradźwięki, dzięki czemu mogą ukrywać się przed polującymi na nie nietoperzami. Ćmy, zupełnie jak nowoczesne bombowce, są „niewykrywalne". Ale nie tylko nietoperze polują na ćmy. Inne drapieżniki potrafią lokalizować owady w ciemnościach dzięki rozbłyskom światła na ich fasetkowych oczach. Ćmy w drodze ewolucji poradziły sobie i z tym. Powierzchnię ich oka pokrywają mikroskopijne, chaotyczne zniekształcenia mniejsze od długości fali światła. Ich struktura tworzy łagodne przejście między załamującymi światło ośrodkami: powietrzem a rogówką oka. Oczy innych owadów odbijają światło, podczas gdy oczy ciem nie, pozostają doskonale matowe. I właśnie oko ćmy było wzorem i prototypem dla inżynierów Instytutu Mechaniki i Materiałów Fraunhofera we Freiburgu (Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM in Freiburg). Opracowali oni twardą powierzchnię, odtwarzającą optyczne właściwości ćmiego oka. Tworzy się ją w matrycach odlewniczych, dzięki czemu odlewane z polimeru elementy kopiują miniaturowy wzór - którego grubość wynosi około jednej tysięcznej milimetra - bez dodatkowych zabiegów technologicznych, co redukuje czas i koszty praktycznie do zera. Niemieckim inżynierom udało się również zlikwidować inną wadę dotychczasowych powłok antyrefleksyjnych: delikatność i wrażliwość na zarysowania. Nowe powierzchnie są odporne i nieścieralne. Uzyskuje się to również w prosty sposób, poprzez oblanie wtrysku bardzo cienką warstwą organicznej substancji, wytwarzanej z poliuretanu. Poliuretanowa nanowarstwa odtwarza strukturę warstwy antyrefleksyjnej, zachowując jej własności, a dodając odporność na zarysowania. Trwa już współpraca z przedstawicielami przemysłu, mająca wdrożenie wynalazku do produkcji.