Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Karbynowa siatka na wodór

Recommended Posts

Naukowcy z Rice University dowodzą, że siatka stworzona z karbynu z dołączonym wapniem, może przechowywać znacznie więcej wodoru, niż przewidują wyznaczone przez Departament Energii normy dla samochodów napędzanych wodorem.

Karbyn to pojedynczy łańcuch atomów węgla. To forma, którą uzyskamy, gdy z płachty grafenu wyciągniemy jedną nitkę. Do niedawna był on uznawany za bardzo egzotyczny materiał, jednak udowodniono, że może być syntetyzowany i pozostaje stabilny w temperaturze pokojowej, co czyni go potencjalnym kandydatem do codziennych zastosowań.

Fizyk teoretyczny profesor Boris Yakobson z Rice University zwraca uwagę, że inne formy węgla, takie jak nanorurki, grafen czy fullereny, przechowują wodór tylko w niskich temperaturach. Tymczasem, jak stwierdził uczony, dzięki połączeniu karbynu z wapniem możliwe jest przechowywanie wodoru w temperaturze pokojowej. W wypełnionej wodorem siatce z karbynu wodór może teoretycznie stanowić około 50% wagi. Tymczasem DoE zakłada, że do roku 2015 w strukturach służących do przechowywania wodoru dla samochodów wodór powinien stanowić co najmniej 6,5% wagi.

Decydującym elementem, dzięki czemu całość tak dobrze działa, jest dodanie wapnia. Dzięki niemu powstają takie łączenia między atomami, że przechowywanie wodoru jest możliwe w temperaturze pokojowej. Jako, że atomy wapnia nie mają tendencji do łączenia się w grupy, co pozwala na rozłożenie ich w formie podobnej do winogron na siatce z karbenu i dołączenie do każdego atomu wapnia sześciu atomów wodoru, co na początku umożliwi uzyskanie pojemności rzędu 8% wodoru na jednostkę wagi.

Zdaniem Yakobsona istnieje wiele różnych możliwości zwiększania pojemności karbenowo-wapniowego zbiornika. Na przykład ułożenie siatki karbynu w kształt diamentu pozwoli co prawda na przyłączenie do atomu wapnia pięciu atomów wodoru, ale dzięki manipulacji liczbą atomów węgla można zwiększać pojemność całości. Być może uda się też wyciągać wzbogacane wapniem nitki karbynu z grafenu.

Yakobson mówi, że w tej chwili trudno jednoznacznie wyrokować, która z teoretycznych strategii sprawdzi się najlepiej. Jestem optymistą. Z teoretycznego punktu widzenia oraz opierając się na wiedzy zdobytej podczas doświadczeń z syntezą karbynu i pracy z metalowymi organicznymi ramkami do przechowywania wodoru, mogę przypuszczać, że miną 2-3 lata zanim wyprodukujemy karbynową siatkę, a 1-2 lat zajmie nam opracowanie takich metod umieszczania na niej wapnia, by osiągnąć materiał zdolny do przechowywania dużej ilości wapnia. Tak więc w ciągu 3-5 lat możemy mieć wyprodukowaną próbkę i później będzie można, dzięki intensywnej pracy i mając nieco szczęścia, skalować ją do produkcji przemysłowej - mówi uczony.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Fajnie to wszystko wygląda, ale w przeciągu tych 3-5 lat prędzej czy później ktoś wpadnie na pomysł syntezy jakiegoś amorficznego polimeru z nanowypełniaczem w formie jakiś warstw, albo plastrów - odpowiednio ułożonych aby były prostopadle do płaszczyzny ściany. Albo zwykła stalowa butla z jakąś apreturą od środka.

Zabawa w takie pochłaniacze to moim zdaniem wybijanie dziury w ścianie w momencie kiedy obok są drzwi które można otworzyć przy odrobinie sprytu.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Fajnie to wszystko wygląda, ale w przeciągu tych 3-5 lat prędzej czy później ktoś wpadnie na pomysł syntezy jakiegoś amorficznego polimeru z nanowypełniaczem w formie jakiś warstw, albo plastrów - odpowiednio ułożonych aby były prostopadle do płaszczyzny ściany. Albo zwykła stalowa butla z jakąś apreturą od środka.

Zabawa w takie pochłaniacze to moim zdaniem wybijanie dziury w ścianie w momencie kiedy obok są drzwi które można otworzyć przy odrobinie sprytu.

 

Myślę, że właśnie upłynęło te 3-5 i lat i wpadnięto na pomysł fajnego polimeru. W wiadomości brakuje mi informacji o termodynamice tego procesu. Jak się okaże, że przy desorbcji wykrapla się tlen z powietrza to będzie kucha.

Sam Karbyn może być bardzo ciekawy i wpisuje się w stałą tendencję inzynierii materiałowej: odejmijmy wymiar od znanego materiału i zobaczmy co się stanie :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Na dole tekstu moim skromnym zdaniem winno być "by osiągnąć materiał zdolny do przechowywania dużej ilości WODORU nie wapnia.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Międzynarodowy zespół naukowców odkrył, że atomy wodoru w wodorkach metalu są dużo gęściej upakowane niż uważano do tej pory. Właściwość ta może prowadzić do pojawienia się nadprzewodnictwa w temperaturach i ciśnieniach zbliżonych do panujących w warunkach pokojowych. Tego rodzaju materiał nadprzewodzący, służący do przesyłania energii elektrycznej bez strat wywołanych rezystancją, mógłby zrewolucjonizować efektywność energetyczną w szerokim zakresie zastosowań.
      W należącym do Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych Narodowym Laboratorium Oak Ridge (ORNL) naukowcy przeprowadzili eksperymenty rozpraszania neutronów na wodorku cyrkonowo-wanadowym pod ciśnieniem atmosferycznym w zakresie temperatur sięgających od –268 stopni Celsjusza (5 K) do –23 stopni Celsjusza (250 K) – czyli znacznie powyżej temperatury, w której spodziewane jest wystąpienie nadprzewodnictwa przy takim ciśnieniu. Wyniki pomiarów w żaden sposób nie zgadzały się z istniejącymi modelami. Prof. Zbigniew Łodziana z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie, jeden z członków międzynarodowego zespołu badaczy, zaproponował nowy model tego wodorku. Model ten, poddany obliczeniom na jednym z najpotężniejszych superkomputerów na świecie, pozwolił w prosty sposób wyjaśnić obserwacje eksperymentalne. Okazało się, że odległości pomiędzy atomami wodoru w badanym materiale wynoszą 1,6 angstrema, podczas gdy dotychczas ugruntowane przewidywania dla tych związków wyznaczały tę odległość na poziomie co najmniej 2,1 angstrema.
      Odkrycia międzynarodowego zespołu badaczy ze szwajcarskiego Laboratorium Badania Materiałów i Technologii EMPA, Uniwersytetu w Zurychu, Uniwersytetu Illinois w Chicago ORNL oraz Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie opublikowane zostały w prestiżowym czasopiśmie Proceedings of National Academy of Sciences.
      Uzyskana struktura atomowa posiada niezwykle obiecujące właściwości, ponieważ wodór znajdujący się w metalach wpływa na ich właściwości elektronowe. Inne materiały o podobnym upakowaniu atomów wodoru przechodzą w stan nadprzewodnictwa, ale tylko przy bardzo wysokich ciśnieniach.
      Na przykład niedawno odkryty dekawodorek lantanu osiąga stan nadprzewodnictwa w temperaturze około –13 stopni Celsjusza, tyle że pod ciśnieniem 150 tysięcy MPa, czyli prawie półtora miliona razy wyższym niż ciśnienie atmosferyczne! Tak wysokie ciśnienie potrzebne jest, by zbliżyć do siebie atomy wodoru na odległość mniejszą niż 2 angstremy. Nam udało się pokazać, że wodór można upakować w taki sposób również pod ciśnieniem atmosferycznym. Co ciekawe – od ponad 40 lat panowało przekonanie, iż nie jest to możliwe, stąd badano materiały pod wysokimi ciśnieniami. Znalezienie substancji, która jest nadprzewodnikiem w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym, najprawdopodobniej pozwoli inżynierom wykorzystać go do projektowania powszechnie stosowanych systemów i urządzeń elektrycznych, jak na przykład tomografów rezonansu magnetycznego. Mamy nadzieję, że tani i stabilny stop w rodzaju wodorku cyrkonowo-wanadowego można będzie łatwo zmodyfikować w taki sposób, aby uzyskać nadprzewodzący materiał – wyjaśnia prof. Zbigniew Łodziana z IFJ PAN.
      Badacze przeanalizowali oddziaływania atomów wodoru w dobrze poznanym wodorku metalu za pomocą wysokiej rozdzielczości wibracyjnej spektroskopii nieelastycznego rozpraszania neutronów wiązki VISION, pochodzącej ze spalacyjnego źródła neutronów laboratorium Oak Ridge w Stanach Zjednoczonych. Uzyskany sygnał widmowy, w tym znaczący wzrost intensywności przy energii około 50 milielektronowoltów, nie zgadzał się z przewidywaniami poczynionymi w ramach istniejących modeli teoretycznych.
      Przełom w zrozumieniu obserwacji nastąpił po wykonaniu obliczeń w Oak Ridge. Zaproponowany przez prof. Łodzianę model posłużył opracowaniu strategii analizy danych. Obliczenia wykonano na superkomputerze Titan, jednym z najszybszych tego typu urządzeń na świecie. Komputer ten zbudowany jest w oparciu o platformę Cray XK7 i działa z prędkością dochodzącą do 27 petaflopów (czyli 27 biliardów operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę). Wykonanie takich obliczeń na komputerze domowym trwałoby około dwudziestu lat, a na najszybszym polskim superkomputerze Prometheus w ACK Cyfronet jakieś 3–5 miesięcy. Na maszynie Titan wyniki obliczeń otrzymaliśmy w niespełna tydzień – mówi prof. Łodziana.
      Przeprowadzone symulacje komputerowe, wraz z dodatkowymi eksperymentami wykluczającymi alternatywne wyjaśnienia, wykazały jednoznacznie, że nieoczekiwana sygnatura widmowa występuje tylko wtedy, gdy odległości między atomami wodoru są mniejsze niż 2 angstremy. Takiego zjawiska nigdy wcześniej nie zaobserwowano w wodorkach metalu dla ciśnień i temperatur charakterystycznych dla warunków pokojowych. Odkrycia zespołu stanowią więc pierwszy znany wyjątek od kryterium Switendicka w stopie bimetalicznym – czyli zasady obowiązującej dla stabilnych wodorków w warunkach standardowych, która mówi o tym, że odstęp między atomami wodoru nie może być mniejszy niż 2,1 angstrema.
      W kolejnych doświadczeniach naukowcy planują wzbogacić wodorek cyrkonowo-wanadowy większą ilością wodoru pod różnymi ciśnieniami, aby ocenić potencjalne nadprzewodnictwo badanego materiału.
      Czy zatem znajdujemy się u progu technologicznej rewolucji polegającej na znalezieniu materiału wykazującego właściwości nadprzewodzące w temperaturze pokojowej? Tego nie wiem, ale z pewnością udało nam się poczynić istotny krok w tym kierunku – przekonuje prof. Łodziana.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Grafen ma wiele niezwykłych właściwości, jednak nie jest materiałem piezoelektrycznym.  Piezoelektryczność to właściwość niektórych materiałów, polegająca na tym, że przy zginaniu, ściskaniu i skręcaniu materiały te produkują ładunki elektryczne. Występuje też zależność odwrotna - pole elektryczne wywołuje odkształcenie materiału piezoelektrycznego, dając nad nim duża kontrolę.
      W ACS Nano ukazał się artykuł, w którym dwóch inżynierów ze Stanford University opisuje, w jaki sposób nadali grafenowi właściwości piezoelektryczne.
      Fizyczne deformacje, jakie możemy tworzyć, są wprost proporcjonalne do przyłożonego pola elektrycznego, co daje nam niedostępną wcześniej możliwość kontrolowania elektroniki w nanoskali - stwierdził Evan Reed, szef Materials Computation and Theory Group i główny autor badań. To pozwala mieć nadzieję, na zrealizowanie koncepcji ‚straintroniki’, zwanej tak ze względu na sposób, w jaki pole elektryczne w sposób przewidywalny zmienia kształt sieci krystalicznej węgla - dodał uczony.
      Mitchell Ong, autor artykułu w ACS Nano, uważa, że „piezoelektryczny grafen może może zapewnić niedostępny dotychczas stopień elektrycznej, mechanicznej i optycznej kontorli nad różnymi urządzeniami, od ekranów dotykowych po nanotranzystory“.
      Za pomocą symulacji przeprowadzanych na superkomputerach, inżynierowie sprawdzali skutki domieszkowania grafenu po jednej lub obu stronach sieci krystalicznej. Modelowano domieszkowanie litem, wodorem, potasem i fluorem oraz ich kombinacjami. Wyniki zaskoczyły naukowców. Sądziliśmy, że pojawi się efekt piezoelektryczny, ale będzie on słaby. Tymczasem jest on podobny do występującego w tradycyjnych materiałach - mówi Reed.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Włoskie Ministerstwo Ochrony Środowika oceniło, że rośnie niebezpieczeństwo katastrofy ekologicznej u wybrzeży Półwyspu Apenińskiego. Zbiorniki statku wycieczkowego Costa Concordia, który rozbił się o skały w pobliżu wyspy Giglio, są wypełnione 2300 tonami paliwa.
      Ryzyko dla środowiska jest bardzo, bardzo wysokie. Naszym celem jest zapobieżenie wyciekowi. Pracujemy nad tym, ale mamy coraz mniej czasu - powiedział minister Corrado Clini.
      Wokół Giglio istnieje naturalny park morski, znany ze zróżnicowanej fauny i flory, przejrzystych wód i świetnych warunków do nurkowania. Jak mówi Clini, władze nie wykluczają wprowadzenia stanu wyjątkowego, co pozwoliłoby na wykorzystanie funduszy przewidzianych na tego typu okoliczności.
      Największe zagrożenie dla statku stanowi pogarszająca się pogoda. Ratownicy obawiają się, że fale zepchną jednostkę w stronę pobliskiego zbocza i Costa Concordia zsunie się o kilkadziesiąt metrów wgłąb wód Morza Śródziemnego. Jeden z ekspertów, pracujących na miejscu katastrofy, stwierdził, że na razie statek mocno trzyma się na skałach, jednak fale z pewnością go przesuną.
      Zauważono już wyciek ze statku, jednak na razie nie wiadomo, czy jest to paliwo. Na wszelki wypadek ustawiono bariery ochronne. Paliwo, z którego korzysta Costa Concordia jest bardzo gęste i trudno jest je wypompować bez uprzedniego podgrzania. Jego usunięciem i likwidacją ewentualnego wycieku ma zająć się holenderska firma SMIT.
      Okazało się też, że ekolodzy od dawna przestrzegali przed tego typu katastrofą. Od lat walczyli, by wielkim statkom nie wolno było pływać w pobliżu Wysp Toskańskich (Giglio, Montecristo, Pianosa, Elba, Capraia i Gorgona). Minister Clini zgadza się z opinią organizacji ekologicznych, mówiąc, że propozycja trzymania wielkich jednostek z dala od tak cennych przyrodniczo i kulturowo obszarów to głos zdrowego rozsądku.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wzrost częstości złamań poroża hiszpańskich jeleni w 2005 r. naprowadził naukowców z Uniwersytetu Kastylii-La Manczy na trop nowej hipotezy dotyczącej osteoporozy. Głosi ona, że niedobór manganu nie pozwala na wchłanianie wapnia, by wysycić nim kości (Frontiers of Bioscience).
      Zespół z Instytutu Badawczego Zasobów Łowieckich - w którego pracach uczestniczą m.in. biolodzy z Uniwersytetu Kastylii-La Manczy - sugeruje, że powodem osteoporozy jest nie tyle niedobór wapnia, co brak pierwiastka istotnego dla jego wchłaniania, zwłaszcza manganu. W takim ujęciu braki wapniowe są skutkiem, nie przyczyną choroby.
      Na podstawie analiz stanu poroża wysnuliśmy hipotezę, że gdy ludzki organizm absorbuje za mało manganu lub gdy trafia on z kośćca do potrzebujących go narządów, np. do mózgu, ekstrahowany w tym czasie [z pokarmu] wapń nie jest prawidłowo wchłaniany i ulega usunięciu wraz z moczem - tłumaczy Tomás Landete. "Porożopochodna" teoria przejdzie jeszcze niezbędne testy, ale już teraz trzeba przyznać, że brzmi rozsądnie.
      Kiedy przed 7 laty jelenie zaczęły częściej łamać rogi, okazało się, że uległy one osłabieniu przez niedobory manganu w diecie zwierząt. Zima była wtedy wyjątkowo chłodna, przez co zestresowane rośliny, którymi żywią się jelenie, włączyły do swoich tkanek mniej manganu. Rogi rosną w wyniku przetransferowania do nich 20% wapnia z kości. Jest zatem jasne, że to nie niedobór Ca, ale deficyt manganu osłabił poroże. Landete porównuje mangan do kleju przechwytującego wapń.
      Hiszpanie założyli, że gdy człowiekowi chorującemu na osteoporozę brakuje manganu, mogą się rozwijać choroby neurodegeneracyjne, np. parkinsonizm i alzheimeryzm (mózg nie ma skąd czerpać Mn). By mieć pewność, że tak się właśnie dzieje, zbadali 113 pacjentów, operowanych w latach 2008-2009 w Hospital de Hellín z powodu osteoporozy (45) i zwyrodnienia stawów (68). Okazało się, że wśród operowanych z powodu osteoporozy u 45% nastąpiła degeneracja mózgu. Nie stwierdzono jej u nikogo z chorobą zwyrodnieniową stawów. Odsetek nieprawidłowości rósł z wiekiem, ale znowu wyłącznie u osób z pierwszej grupy.
      Wg Hiszpanów, deficyt manganu można połączyć również z parkinsonizmem, ponieważ astrocyty, których wypustki stanowią zrąb dla układu nerwowego, wykorzystują enzymy zawierające właśnie mangan.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Suplementy - a zwłaszcza multiwitaminy, kwas foliowy, witaminę B6, magnez, cynk, miedź i żelazo - powiązano z podwyższonym ryzykiem zgonu u starszych kobiet. Potwierdza to przypuszczenia ekspertów, że po tego typu preparaty powinno się sięgać w razie niedoborów, a wszystkie 50- i sześćdziesięciokilkulatki uwzględnione w studium były generalnie dobrze odżywione.
      Artykuł zespołu doktora Jaakko Mursu z Uniwersytetu Wschodniej Finlandii ukazał się w piśmie Archives of Internal Medicine. Naukowcy uwzględnili ponad 38 tys. Amerykanek (38772), które od 1986 roku brały udział w Iowa Women's Health Study. W momencie rozpoczęcia badań średnia wieku wynosiła 61,6 roku. Zażywanie suplementów poddawano samoocenie w 1986, 1997 i 2004 roku. Do 31 grudnia 2008 r. odnotowano 15594 zgony (40,2% próby). Jak wynika z danych, w 1986 roku po co najmniej jeden suplement sięgało 66% ochotniczek, a w 2004 r. odsetek ten wzrósł do 85% (aż 27% pań zażywało 4 lub więcej takich preparatów).
      Bezwzględne zwiększenie ryzyka - czyli bezwzględna różnica między ryzykiem w grupie eksperymentalnej i kontrolnej (niezażywającej suplementów) - wynosiło dla multiwitaminy 2,4%, a w przypadku witaminy B6, kwasu foliowego, żelaza, magnezu, cynku, miedzi, odpowiednio, 4,1%, 5,9%, 3,9%, 3,6%, 3,0% oraz 18%. Zażywanie wapnia wydawało się zmniejszać ryzyko zgonu; bezwzględne zmniejszenie ryzyka w przypadku sięgania po suplementy z Ca wynosiło 3,8%. Wyniki dla żelaza i wapnia próbowano zreplikować w 3 krótszych badaniach (10-, 6- i 4-letnim).
      Okazało się, że siła związku między zażywaniem danego suplementu a ryzykiem zgonu była największa w przypadku żelaza. Co więcej, korelacja ta miała charakter dawkozależny, tzn. im więcej żelaza ktoś zażywał, tym wyższe było ryzyko śmierci.
      Konkludując, można stwierdzić, że suplementy nie chronią przed przewlekłymi chorobami. W niektórych przypadkach bywają szkodliwe, zwłaszcza gdy zażywa się je przez długi czas - twierdzi Mursu.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...