-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Na University of Bath powstał niezwykle lekki materiał, który może wyciszyć silniki samolotów i znacząco poprawić komfort pasażerów. To najlżejszy ze znanych materiałów izolujących, który może zmniejszyć hałas generowany przez silniki startujących odrzutowców do poziomu zbliżonego do hałasu generowanego przez... suszarkę do włosów.
Metr sześcienny aerożelu z tlenku grafenu i poli(alkoholu winylowego) waży zaledwie 2,1 kilograma, co czyni go najlżejszym kiedykolwiek wyprodukowanym materiałem izolującym. Jego twórcy zapewniają, że może on obniżyć hałas generowany przez silniki samolotu ze 105 do 89 decybeli, zatem do poziomu przeciętnej suszarki do włosów. Jednocześnie niemal nie wpływałby na wagę całego samolotu.
Obecnie naukowcy z Materials and Structures Centre (MAST) na Bath University pracują nad optymalizacją swojego aerożelu. Chcą, by lepiej rozpraszał on ciepło, co zmniejszy zużycie paliwa i poprawi bezpieczeństwo.
"To niezwykle interesujący materiał, który może znaleźć wiele zastosowań. Początkowo w przemyśle lotniczym i kosmicznym, ale potencjalnie również w samochodowym, transporcie morskim czy budownictwie", mówi profesor Michele Meo, który stał na czele zespołu badawczego. "Udało się nam wyprodukować tak lekki materiał dzięki połączeniu ciekłych tlenku grafenu i polimeru, które formowane są tak, by zamknąć wewnątrz bąble powietrza. Możemy porównać tę technikę z ubijaniem bezy. Otrzymujemy ciało stałe, zawierające dużo powietrza".
Twórcy nowego materiału oceniają, że może on trafić na rynek już za 18 miesięcy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Superlekkie materiały składające się w ponad 99% z powietrza mogą stać się kluczowymi elementami dostarczającymi energię przyszłym misjom kosmicznym. Materiały te, porowate aerożele węglowe, tworzą elektrody superkondensatora zbudowanego na zlecenie NASA przez Merced nAnomaterials Center for Energy and Sensing, University of California, Santa Cruz (UCSC), University of California, Merced i Lawrence Livermore National Laboratory. Superkondensator przyda się też podczas prac na biegunach, gdyż działa w bardzo niskich temperaturach.
Wiele pojazdów kosmicznych wymaga stosowania wewnętrznego ogrzewania. Łaziki pracujące na Marsie muszą mierzyć się ze średnimi temperaturami rzędu -62 stopnie Celsjusza. W zimie temperatura spada poniże -125 stopni Celsjusza. Dlatego też np. Perseverance wyposażony jest w grzałki, które dbają o to, by nie zamarzł elektrolit w akumulatorach łazika. Jednak grzałki i ich źródła zasilania to kolejne elementy dodające masy łazikowi, przez co rosną koszty i poziom skomplikowania misji.
Rozwiązaniem wielu problemów mogłyby być superkondensatory. To urządzenia, które łączą zalety akumulatorów i kondensatorów. Przede wszystkim są zdolne do przechowywania znacznie większych ilości energii niż kondensatory, chociaż nie są tak dobre w jej przechowywaniu jak akumulatory. Jednak nad akumulatorami mają tę przewagę, że można je ładować i rozładować w ciągu minut. Ponadto wytrzymują miliony cykli ładowanie/rozładowanie, podczas gdy akumulatory potrafią przetrwać jedynie kilka tysięcy takich cykli. W końcu, co ważne, w przeciwieństwie do akumulatorów nie działają dzięki reakcjom chemicznym, a dzięki przechowywaniu ładunków w formie naładowanych jonów umieszczonych na powierzchni elektrod.
Zespół pracujący pod kierunkiem Jennifer Lu z UC Merced i Yata Li z USCS stworzył elektrody do swojego kondensatora za pomocą druku 3D. Atramentem było połączenie celulozowych nanokrysztalów, które dostarczyły węgla, i krzemowych mikrosfer, tworzących podporę dla makroporów. W ten sposób powstał aerożel z porami o średnicy od kilku nanometrów do 500 mikrometrów. Utworzono hierarchiczną strukturę kanałów, które znakomicie zwiększają tempo, w jakim jony z elektrolitu przemieszczają się przez materiał, minimalizując drogę, którą muszą przebyć.
Uzyskany aerożel ma powierzchnię około 1750 m2/g, a stworzona z niego elektroda charakteryzuje się pojemnością elektryczną rzędu 148,6 F/g przy przyłożonym napięciu 5 mV/s. Twórcy elektrody wykazali, że działa ona przy temperaturze nawet -70 stopni Celsjusza, podczas gdy większość komercyjnie dostępnych akumulatorów litowo-jonowych i superkondensatorów przestaje działać w temperaturze -20 do -40 stopni Celsjusza, gdyż dochodzi do zamarznięcia elektrolitu.
Obecnie trwają testy mające na celu dokładne określenie wydajności elektrody przy niskich temperaturach. Prowadzimy testy w warunkach, jakie panują na Księżycu, Marsie i Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, mówi Lu.
Szczegóły badań opublikowano na łamach Nano Letters.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Nowy superizolujący żel stworzony na University of Colorado, Boulder, może znakomicie zwiększyć wydajność energetyczną budynków oraz pozwolić na zbudowanie pomieszczeń mieszkalnych dla kolonistów na Marsie.
Wspomniany aerożel przypomina spłaszczony plastik, jest podobny do soczewek kontaktowych. Ma on tak doskonałe właściwości izolujące, że można pokryć nim dłoń i rozpalić na nim ogień, a nie poczujemy żaru. W przeciwieństwie do innych podobnych produktów jest w dużej mierze przezroczysty.
Przezroczystość to niezwykle pożądana cecha, gdyż pozwala na użycie tego żelu na szybach czy do zbudowania habitatów poza Ziemią. Można dzięki niemu korzystać ze światła słonecznego i chronić się przed olbrzymimi wahaniami temperatury, jakie mają miejsce na Marsie czy Księżycu, wyjaśnia profesor Ivan Smalyukh z Wydziału Fizyki CU Boulder.
Aerożele w co najmniej 90% składają się z gazu. Przypominają gąbkę, która więzi powietrze w miliardach miniaturowych porów. To właśnie ten uwięziony gaz czyni aerożel tak dobrym izolatorem. Jednak obecnie większość dostępnych aerożeli jest nieprzezroczystych, a to oznacza, że nie można ich użyć np. do pokrycia okien.
Smalyukh i jego zespól rozpoczęli produkcję żelu od celulozy. Precyzyjnie kontrolując sposób łączenia się poszczególnych molekuł tego materiału, byli w stanie ułożyć je we tak uporządkowany wzór, że światło może przechodzić przez nowy materiał, czyniąc go tym samym przezroczystym.
Co interesujące, celulozę do produkcji żelu pozyskano ze zużytej brzeczki piwnej z lokalnych browarów. Nie tylko dokonaliśmy recyklingu i spowodowaliśmy, że wartościowy materiał nie trafił na wysypisko, ale tanim kosztem zyskaliśmy możliwość wyprodukowania naszego żelu, mówi doktorant Andrew Hess.
Nowy materiał, który jest 100-krotnie lżejszy od szkła, może przynieść olbrzymie korzyści. Jak informuje Departament Energii, w USA niemal 25% energii używanej do chłodzenia i ogrzewania budynków, jest tracona przez szyby. Straty sięgają tutaj miliardów dolarów rocznie. Twórcy nowego żelu nie wykluczają, że można z niego wyprodukować cienką przezroczystą warstwę izolacyjną, którą każdy będzie mógł nakleić na szyby w swoim domu i zaoszczędzić w ten sposób spore kwoty.
Żel otrzymał już nagrodę zawodów 2018 iTech organizowanych przez NASA, a jego twórcy prowadzą rozmowy z producentami okien.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
We wnętrzu Ziemi może znajdować się ponad biliard (1015) ton diamentów. Nie należy jednak spodziewać się, że ludzkość po nie sięgnie. Z badań przeprowadzonych przez naukowców z MIT oraz z innych amerykańskich, francuskich, niemieckich, brytyjskich i chińskich uczelni wyższych wynika, że diamenty znajdują się na głębokości ponad 160 kilometrów pod powierzchnią planety.
Stanowią one część kratonu, najstarszej, utwardzonej części skorupy ziemskiej, która nie ulega już fragmentacji.
Kraton ma kształt odwróconych gór, które mogą sięgać głębokości nawet 320 kilometrów. Naukowcy mówią tutaj o korzeniach kratonu, a diamenty mogą stanowić nawet 2% ich masy. Stąd też szacunki mówiące o biliardzie ton diamentów.
To pokazuje, że diamenty nie są czymś niezwykłym. Z punktu widzenia geologii jest to dość powszechny materiał. Nie możemy po niego sięgnąć, ale wygląda na to, że diamentów jest więcej, niż sądziliśmy, mówi Ulrich Faul z MIT.
Zdaniem Faula i jego kolegów diamenty w kratonie są widoczne w danych z badań sejsmicznych. Takie dane są od dekad zbierane przez wiele instytucji na całym świecie. Podczas badań sejsmicznych wykorzystuje się dźwięk do poznania budowy skorupy ziemskiej. Jako, że fale dźwiękowe poruszają się z różną prędkością zależną od temperatury, gęstości czy składu skał, przez które podróżują, pozwalają na obrazowanie tych skał.
Od lat jednak naukowcy zmagali się z pewną zagadką. otóż wydaje się, że fale dźwiękowe znacznie przyspieszają w korzeniach kratonu. Korzenie te są chłodniejsze i mniej gęste od otoczenia, zatem fale powinny podróżować w nich szybciej, ale nie tak szybko, jak wskazują pomiary. Międzynarodowy zespół naukowy podjął się więc próby wytłumaczenia tego nagłego przyspieszenia.
Najpierw naukowcy, na podstawie dostępnych danych, stworzyli trójwymiarowe modele fal dźwiękowych podróżujących przez główne ziemskie kratony. Następnie w laboratorium, na podstawie modeli komputerowych, badali sposób rozchodzenia się dźwięku w skałach o różnym składzie. Badania wykazały, że istnieje tylko jeden rodzaj skał, w którym fale poruszają się z dokładnie taką prędkością, co w korzeniach kratonu. Skały takie muszą składać się z takiej samej ilości perydotytów i eklogitów oraz z 1–2 procenta diamentów. Taka ilość diamentów zapewnia prędkość dźwięku odpowiadającą tej zmierzonej, a jednocześnie nie wpływa na zmianę gęstości kratonów.
One są jak kawałki drewna unoszące się w wodzie. Kratony są nieco mniej gęste niż ich otoczenie, zatem nie zanurzają się głębiej i dzięki temu zachowały się w nich najstarsze skały. Odkryliśmy, że wystarczy 1–2 procent diamentów, by kratony były stabilne i nie tonęły, mówi Faul.
Odkrycie jest całkowicie zgodne z naszą obecną wiedzą na temat diamentów. Te bowiem powstają we wnętrzu Ziemi, gdzie panuje wysokie ciśnienie i wysoka temperatura. Na powierzchnię wydostają się w wyniku erupcji wulkanów. Erupcje te tworzą kominy wulkaniczne z kimberlitu. W znaczniej mierze kimberlitowe kominy wulkaniczne występują tam, gdzie występuje kratom.
To dowód pośredni, ale by go zdobyć połączyliśmy wszystkie elementy układanki. Rozważaliśmy wszystkie możliwe scenariusze i to jedyne logiczne wyjaśnienie, zapewnia Faul.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Diament to najtwardszy z naturalnych materiałów i ta jego właściwość jest szeroko wykorzystywana. Jednak z twardością ściśle związana jest kruchość. Naukowcy z USA, Hongkongu, Singapuru i Korei Południowej wykazali właśnie, że jeśli wyhodujemy diamenty o kształcie niezwykle cienkich igieł, można je zginać i rozciągać, a igły wrócą do oryginalnego kształtu.
O niezwykłym odkryciu donieśli naukowcy z MIT, singapurskiego Uniwersytetu Technologicznego Nanyang, Miejskiego Uniwersytetu w Hongkongu oraz instytucji naukowych z Korei Południowej. Zdaniem uczonych, nowo zaobserwowana właściwość diamentów pozwoli wykorzystać je z czujnikach środowiskowych, systemach przechowywania danych, biokompatybilnym obrazowaniu in vivo czy optoelektronice.
Międzynarodowy zespół naukowy wykazał, że diamentowe igły o kształcie podobnym do gumowych końcówek włosków niektórych szczoteczek do zębów, ale o przekroju kilkuset nanometrów, mogą zginać się i rozciągać o 9%, a następnie powracają do oryginalnego kształtu. To zaskakujące, gdyż standardowo możliwość rozciągania i zginania diamentów jest znacznie niższa niż 1%.
Użyte w eksperymentach diamentowe igły zostały uzyskane metodą osadzania z warstwy gazowej. Ich właściwości testowano pod skaningowym mikroskopem elektronowym, gdzie były poddawana naciskowi standardowej końcówki diamentowej.
Naukowcy, bazując na swoich eksperymentach, stworzyli dokładny model pokazujący, w jaki sposób rozkładają się siły w diamentowych igłach, a przeprowadzone symulacje wirtualnych igieł wykazały, że bez ryzyka pęknięcia wytrzymują zginanie i rozciąganie o 9 procent. Symulacje wykazały też, że bardziej wytrzymałe są struktury z pojedynczego kryształu diamentu, niż te złożone z wielu miniaturowych elementów.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.