Znajdź zawartość

Najnowsze badania przeprowadzone na Massachusetts Institute of Technology wskazują, że sprężyny wykonane z węglowych nanorurek mogą przechowywać tysiąc razy więcej energii niż sprężyny stalowe. Ich zdolność magazynowania energii, w przeliczeniu na jednostkę wagi, jest równa możliwościom najnowocześniejszych baterii litowo-jonowych. Oznacza to, że w przyszłości mogą powstać liczne urządzanie napędzane za pomocą sprężyn, które sprawdzą się m.in. tam, gdzie baterie litowo-jonowe są mało przydatne. Wyobraźmy sobie np. ręczne odkurzacze do liści, które nie powodują hałasu i nie trzeba w nie wlewać benzyny czy też urządzenia opuszczane do odwiertów geologicznych i wykonujące swoje zadania w warunkach, w których baterie litowo-jonowe ulegają szybkiej degradacji. Profesor Carol Livermore i jej zespół opublikowali dwie prace dotyczące możliwości nanorurkowych sprężyn. W lipcu ukazał się teoretyczny artykuł, który rozważał potencjał drzemiący w tego typu urządzeniach. Teraz w Journal of Micromechanics and Microengineering pani profesor opisuje wyniki testów laboratoryjnych, które potwierdziły wcześniejsze teorie. Livermore zauważa, że w wielu zastosowaniach sprężyny przewyższają możliwości baterii. Mogą one bowiem, w przeciwieństwie do baterii, dostarczać energię bardzo szybko lub bardzo powoli. Kolejna ich zaleta to fakt, że energia z nich nie ucieka. W sprężynie może być ona przechowywana całymi latami, w baterii jest to niemożliwe. To z kolei oznacza, że sprężyny lepiej nadają się np. do awaryjnych systemów zasilania, które całymi miesiącami czy latami pozostają bezczynne. W przypadku baterii konieczne jest regularne kontrolowanie poziomu ich naładowanie oraz wymiana lub doładowywanie urządzeń. Ponadto węglowe nanorurki są słabo podatne na działanie czynników zewnętrznych, mogą więc pracować w bardzo różnych warunkach. Mogą więc być stosowane np. w przestrzeni kosmicznej, gdzie zostaną poddane bardzo niskim i bardzo wysokim temperaturom. Zdaniem pani profesor, nanorurkowe sprężyny najpierw pojawią się w dużych urządzeniach i będą przechowywały energię mechaniczną oraz ją oddawały, a nie zamieniały ją w elektryczną. Zamiana rodzajów energii wiąże się bowiem z ich niepotrzebną stratą. Taki system może np. przydać się w rowerach, gdzie podczas hamowania w czasie zjazdu z górki sprężyna będzie nakręcana, a zmagazynowaną energię rowerzysta będzie mógł wykorzystać podjeżdżając pod górę. Jest to z pewnością rozwiązanie bardziej efektywne niż systemy stosowane w pojazdach hybrydowych, gdzie energia mechaniczna pozyskiwana podczas hamowania jest zamieniana na energię elektryczną doładowującą baterie, a następnie odzyskiwana do napędzania silnika. Mamy tu zatem do czynienia z dwukrotną konwersją energii. W systemie czysto mechanicznym konwersja nie zachodzi. Wyprodukowanie odpowiednio długich nanorurek, z których będzie można produkować sprężyny, nie powinno być problemem, gdyż poszczególne molekuły mają bardzo silną tendencję do przyczepiania się, co ułatwia tworzenie z nich długich włókien. Uczeni z MIT-u przyznają jednak, że minie jeszcze sporo czasu, zanim na rynek trafią pierwsze urządzenia z nanorurkowymi sprężynami. Naukowcy muszą m.in. opracować technologie masowej produkcji tanich nanorurkowych materiałów.

Urządzenia elektroniczne stają się coraz mniejsze i, niestety, delikatniejsze. Naukowcy pracują nad metodami zabezpieczania ich przed uszkodzeniem. Dzięki pomysłowi fizyków z Clemson University i Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) już wkrótce telefon komórkowy, który upadnie na ziemię, nie roztrzaska się, ale odbije od podłoża jak piłeczka kauczukowa. A wszystko za sprawą osłonki z ukształtowanych jak sprężyny nanorurek węglowych. Jak wyjaśnia Apparao Rao, "materac" z nanorurek działa na zasadzie amortyzatora wstrząsów i pochłania energię upadku. Każda ze sprężynek jest tysiące razy mniejsza od ludzkiego włosa. Podobne skręcone nanorurki uzyskiwano już wcześniej, ale członkowie ekipy z Clemson zrobili to dużo szybciej niż zwykle, bo w jednoetapowym procesie. Wykorzystali opatentowaną mieszaninę węglowodorów z katalizatorem. W przyszłości pomysł Amerykanów znajdzie zastosowanie w zbrojach chroniących ciało żołnierzy, samochodowych zderzakach czy jako wypełnienie podeszw butów. Rao zaznacza, że nowa metoda pozwala na uzyskiwanie dużych ilości sprężynek nanowęglowych w krótkim czasie, łatwo więc będzie wytwarzać je na skalę przemysłową. Wcześniej połączone siły naukowców z Clemens i UCSD porównywały efekty wykorzystania osłon z prostych i skręconych nanorurek węglowych. Kiedy na warstwę nanorurek upuszczano kulkę ze stali nierdzewnej, tylko sprężyny powracały do stanu sprzed uderzenia. Proste nanorurki udało się też wygiąć w literę "Y". W takiej formie po przyłożeniu napięcia zachowywały się jak miniaturowe tranzystory.