Grafen spod lasera

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Naukowcy z Rice University wykorzystali laser do uzyskania na tanim polimerze wielu warstw grafenu układających się w pożądany wzorzec. Cały proces przebiega w temperaturze pokojowej i nie wymaga kontrolowanego środowiska.

Laserowo indukowany grafen (LIG) nie jest idealną strukturą powiązanych ze sobą atomów. To raczej mieszanina połączonych płatków grafenowych, składających się z pierścieni, w skład których wchodzi od 5 do 7 atomów.

Zespół z Rice'a najpierw wygrawerował za pomocą lasera sowę – symbol uniwersytetu, a na potrzeby testów praktycznych stworzono superkondensatory połączone elektrodami stworzonymi w procesie LIG. Opracowanie tego procesu to wspólne dzieło chemika Jamesa Toura i wielokrotnie już przez nas wspominanego fizyka teoretycznego Borisa Yakobsona.

Tour podkreśla, że LIG to jednoprzebiegowy, skalowalny proces, a to oznacza, że nie powinno być większych problemów z przystosowaniem go do przemysłowej produkcji nanoelektroniki na rolce. Taki proces można stosować np. do produkcji ubrań wyposażonych w elementy elektroniczne czy inteligentnych zegarków - mówi. Tour i jego zespół mają duże doświadczenie w pozyskiwaniu grafenu z najróżniejszych źródeł węgla, w tym nawet z ciastek. Podobnie jak i w poprzednich eksperymentach, także i w przypadku LIG wykazał, że grafen można uzyskać szybko i tanio. Kupujesz wielkie rolki elastycznego poliimidu, zwane Kaptonami, a cały proces przebiega bardzo szybko i przypomina drukowanie - mówi uczony. Oczywiście w ten sposób nie uzyskamy jednoatomowej idealnej warstwy grafenu, a złożoną z płatków piankę o grubości około 20 mikrometrów. Cały proces działa tylko z konkretnymi tworzywami. Uczeni przeanalizowali 15 różnych polimerów i stwierdzili, że tylko 2 z nich nadają się do stosowania w LIG. Poliimid sprawował się najlepiej. Tour zauważa też, że uzyskany w procesie LIG grafen nie przewodzi prądu tak dobrze jak miedź. Ale też nie musi charakteryzować się tak dobrym przewodnictwem. Jego przewodnictwo jest wystarczające do wielu zastosowań - mówi. Zdaniem Toura grafen z LIG może np. posłużyć do budowy superkondensatorów. W tym przypadku jego niedoskonałości stają się zaletą. Zwykły grafen składa się głównie z sześcioatomowych pierścieni. Raz na jakiś czas zdarza się pierścień 5- czy 7-atomowy. W naszym materiale mamy bardzo dużo pierścieni liczących od 5 do 7 atomów. To niezwykła struktura, bardzo dobra pułapka na elektrony. Gdybyśmy mieli tutaj zwykły, dobrze przewodzący grafen, to nie moglibyśmy przechowywać w nim ładunku - wyjaśnia.

Wyliczenia wykonane przez grupę Yakobsona wykazały, że odpowiedni stosunek pierścieni pięcio- do siedmioatomowych pozwala na zwiększenie właściwości metalicznych materiału i umożliwia przechowywanie większej ilości energii. Fakt, że grafen zawierający liczne defekty jest tak dobrym materiałem do przechowywania energii to dar od natury - mówi Yakobson. Olbrzymią liczbę defektów w grafenie LIG potwierdza profesor Miguel José Yacaman, dziekan Wydziału Fizyki University of Texas, który brał udział w mikroskopowych badaniach materiału. Wykorzystaliśmy techniki mikroskopowe, które pozwoliły na dostrzeżenie defaktów. Badaliśmy materiał w rozdzielczości poniżej 1 angstroma, a dokładniej rzecz biorąc w 70 pikometrach. To pozwala zobaczyć pojedyncze atomy.

Naukowcy z Rice'a stworzyli z grafenu LIG mikrosuperkondensatoryi zbadali ich właściwości. Najlepsze uzyskane dotychczas wyniki to pojemność elektryczna przekraczająca 4 milifarady na cm² i gęstość mocy rzędu 9 miliwatów na cm². Degradacja kondensatora po 9000 cykli ładowania i rozładowywania jest pomijalna.

« powrót do artykułu

[Fred Onizuka 8]

Cyt. "Badaliśmy materiał w rozdzielczości poniżej 1 angstroma".

Trochę się czepiam, ale w wersji polskiej, to chyba będzie "angstrEma", (ang: "angstrom" = pol: "angstrem").

[Astroboy 34]

Zgadza się. Najbezpieczniej byłoby napisać "poniżej 1 Å".

 

Edit:

Przyczepiłbym się jeszcze (tradycyjnie )

pojemność elektryczna przekraczająca 4 milifarady na cm2 i gęstość mocy rzędu 9 miliwatów na cm2

 

1. 1 mF/cm² to nie jest jednostka pojemności elektrycznej.

2. 10 F/m² wygląda zdecydowanie lepiej.

3. 9 mW/cm² to nie jest określenie rzędu wielkości, nie jest też gęstością mocy.

4. 90 W/m² znów wygląda lepiej.

Edytowane 10 grudnia 2014 przez Astroboy

[Fred Onizuka 8]

Zgadza się. Najbezpieczniej byłoby napisać "poniżej 1 Å".

 

Edit:

Przyczepiłbym się jeszcze (tradycyjnie )

 

1. 1 mF/cm² to nie jest jednostka pojemności elektrycznej.

2. 10 F/m² wygląda zdecydowanie lepiej.

3. 9 mW/cm² to nie jest określenie rzędu wielkości, nie jest też gęstością mocy.

4. 90 W/m² znów wygląda lepiej.

Szczerze mówiąc, to podawanie gęstości mocy czy pojemmności, w przeliczeniu na powierzchnię, nie do końca mi się podoba.

Zakładając, że chodzi o pojedynczą "warstwę", nic to nie mówi o jej grubosci. Standardowy kondensator jest zbudowany z wielu warstw, więc ich grubość jest równie ważna jak "pojemność" pojedynczej warstwy.

Osobiście, wolałbym jeszcze znać pojemność i gęstość mocy w stosunku do objętości oraz masy.

[Astroboy 34]

Fred, osobiście ująłbym to całkowicie inaczej, ale podejście autora też ma sens. Zwyczajnie warto było zamiast:

 

 

uzyskane dotychczas wyniki to pojemność elektryczna przekraczająca 4 milifarady na cm² i gęstość mocy rzędu 9 miliwatów na cm²

napisać coś w stylu:

"uzyskane dotychczas wyniki to gęstość powierzchniowa pojemności elektrycznej przekraczająca 40 F/m² i gęstość powierzchniowa mocy rzędu 100 W/m²".

Jeśli oczywiście Autor chciałby krócej, to zawsze zamiast 100 W/m² można napisać 1 hW/m².

[Fred Onizuka 8]

Fred, osobiście ująłbym to całkowicie inaczej, ale podejście autora też ma sens. Zwyczajnie warto było zamiast:

 

 

napisać coś w stylu:

"uzyskane dotychczas wyniki to gęstość powierzchniowa pojemności elektrycznej przekraczająca 40 F/m² i gęstość powierzchniowa mocy rzędu 100 W/m²".

Jeśli oczywiście Autor chciałby krócej, to zawsze zamiast 100 W/m² można napisać 1 hW/m².

Może nie do końca dobrze zrobiłem umieszczając post jako odpowiedź na Twoją wypowiedź, co może być nieco mylące.

Całkowicie zgadzam się z tym, że podawanie takich parametrów w podstawowych jednostkach SI jest lepsze, umożliwia, na przykład, łatwe porównie, bez potrzeby przeliczania jednostek.

Chodziło mi o to, że w artykule były podane jedynie parametry w stosunku do powierzchni. Nie można na podstawie tylko tego parametru wywnioskować o realnej "pojemności".  Identyczna pojemność, w przeliczeniu na powierzchnię, przy różnych grubościach warstwy, da różne wyniki całkowitej pojemności dla kondensatora o takich samych wymiarach (dotyczy to także masy).

[Astroboy 34]

 

 

Chodziło mi o to, że w artykule były podane jedynie parametry w stosunku do powierzchni. Nie można na podstawie tylko tego parametru wywnioskować o realnej "pojemności".

 

Błądzisz. Podłoga mojego pokoju o powierzchni 25 m² przy podanej gęstości powierzchniowej pojemności miałaby pojemność elektryczną przekraczającą 1000 F.

 

 

 

Identyczna pojemność, w przeliczeniu na powierzchnię, przy różnych grubościach warstwy, da różne wyniki

 

Owszem, ale może przegapiłeś to:

 

 

Zespół z Rice'a najpierw wygrawerował za pomocą lasera sowę

To nie jest jakiś złożony proces grawerki wielowarstwowej.

[Fred Onizuka 8]

Zespół z Rice'a najpierw wygrawerował za pomocą lasera sowę.

 

 To nie jest jakiś złożony proces grawerki wielowarstwowej.

Podane w artykule parametry nie dotyczyły sowy, tylko kondensatora (końcówka artykułu).

Tworzenie kondensatorów tylko z jedną warstwą byłoby bardzo nieefektywne, zwykle robi się to z wielu warstw. Biorąc pod uwagę przykad Twojego pokoju, zamiast jednej gigantycznej (25m^2) warstwy, lepsze byłoby np. 10tys. warstw po 25cm^2 (jedna na drugiej). Byłoby to znacznie bardziej poręczne, a grubość pojedynczej warstwy miałaby tu duże znacznie dla wymiarów (wysokości) takiego stosu (warstw).

 

PS. Zmiast całej podłogi, wystarczyłby jeden kondensator np. Maxwell BCAP3000P, o pojemności 3000F. (http://www.portalnaukowy.edu.pl/index.php?option=com_content&view=article&id=219:superkondensatory-w-praktyce-mikroprocesorowa-zgrzewarka-i-przecinarka&catid=51:elektroprojekty&Itemid=120)

Edytowane 10 grudnia 2014 przez Fred Onizuka

[Astroboy 34]

Ok. kłóci się to jednak z moim ogarnianiem

Tour podkreśla, że LIG to jednoprzebiegowy, skalowalny proces, a to oznacza, że nie powinno być większych problemów z przystosowaniem go do przemysłowej produkcji nanoelektroniki na rolce.

 

Tworzenie kondensatorów tylko z jedną warstwą byłoby bardzo nieefektywne

powiedziałbym więcej

Gdybyśmy mieli tutaj zwykły, dobrze przewodzący grafen, to nie moglibyśmy przechowywać w nim ładunku

 

Edit: odniosę się jednak do Twojego przykładu. Jeśli ktoś ułożyłby w moim pokoju stos, to z pewnością mówiłby o gęstości pojemności. Skoro mówi o gęstości powierzchniowej, to znaczy, że z metra kwadratowego uzyskam x faradów. I możesz przekopywać moją podłogę tak głęboko, jak chcesz – więcej nie wykopiesz.

Edytowane 10 grudnia 2014 przez Astroboy

[TrzyGrosze 67]

Szczerze mówiąc, to podawanie gęstości mocy czy pojemmności, w przeliczeniu na powierzchnię, nie do końca mi się podoba.

Zakładając, że chodzi o pojedynczą "warstwę", nic to nie mówi o jej grubosci. Standardowy kondensator jest zbudowany z wielu warstw, więc ich grubość jest równie ważna jak "pojemność" pojedynczej warstwy.

Fred, coś mi się wydaje, że w arcie jest mowa o pojemności elektrycznej nowego materiału. Dopiero potem jakiś świstak zwinie to w rulonik czy ułoży w stos i powstanie kondensator.

[Fred Onizuka 8]

Fred, coś mi się wydaje, że w arcie jest mowa o pojemności elektrycznej nowego materiału. Dopiero potem jakiś świstak zwinie to w rulonik czy ułoży w stos i powstanie kondensator.

Ja cały czas odnoszę się do końcowej części artykułu, która dotyczy zastosowania tego materiału do budowy (super) kondensatorów.

 

W takim przypadku, lepszym kryterium oceny jest określenie pojemności w stosunku do objętości lub masy. Pojemność w przeliczeniu na powierzchnię na to nie pozwala. Załóżmy, że nowy materiał będzie miał 2 razy większą pojemność, liczoną w stosunku do powierzchni, niż istniejące rozwiązania. Nie oznacza to, że będzie lepszy. Bo jeśli np. okaże się, że grubość pojedynczej warstwy jest 4 razy większa (od dotychczasownych rozwiązań), to zbudowany z takiego materiału kondensator (o takiej samej wielkości), będzie miał 2 razy mniejszą pojemność (niż obecne).

 

Zresztą, nie jest to mój wymysł. W przypadku kondensatorów, baterii czy akumulatorów, "jakość" stosowanych materiałów mierzy się ich pojemnością w stosunku do objętości lub masy.

[Jajcenty 314]

Edit:

Przyczepiłbym się jeszcze (tradycyjnie )

Fakt, czepiasz się Z wikiipedii

• jednostki wtórne (krotne), wielokrotne i podwielokrotne (ułamkowe) – pomocnicze jednostki tej samej wielkości, co jednostka główna, stosowane w celu łatwiejszego wyrażania określonych przedziałów wartości według ustalonej zasady stopniowania, np. jednostka długości kilometr (km), 1 km = 1000 m. Tworzone są zazwyczaj przez dodanie przedrostka do nazwy jednostki głównej dla danej wielkości. Zasady stopniowania i nazwy przedrostków są również zdefiniowane w danym układzie jednostek miar.

 

Reasumując nie ma zakazu stosowania jednostek wtórnych. Dla fachowców w danej dziedzinie może to też być tradycyjne i łatwiejsze w użyciu:

ślusarz - stolarz - fizyk - Astroboy, odpowiednio mm, cm, m, Mpc

Edytowane 11 grudnia 2014 przez Jajcenty

[Astroboy 34]

Oczywiście masz rację, jeśli jednak wczytasz się, to zobaczysz, że w tej kwestii napisałem:

wygląda zdecydowanie lepiej

Oczywiście jeśli dla Ciebie mW/cm² jest intuicyjna, to ok. Do mojego zakutego łba zdecydowanie lepiej przemawia W/m².

 

Edit: źle zacytowałem; to oczywiście napisałem ja (Jarząbek), a nie Fred.

Edytowane 11 grudnia 2014 przez Astroboy

[Astroboy 34]

Pomyślałem sobie, że jednak w naszym kraju o głębokich tradycjach rolniczych najlepszy byłby 1KM/ha (koń mechaniczny z hektara).

[Stanley 15]

Astroboy wkurzał się w marcu(maju?) na podobny temat i nie dziwię się bo czytając poprzednie "noż mi się w kieszeni otwierał" Nie sposób wyciągnąć sensownych wniosków bez przeliczania jednostek

Co nius to inna... moze by tak ustalić w regulaminie pisermana(skryby) kopalniawiedzy KONIECZNOŚĆ przeliczania na podstawowe jednostki SI + zamieszczania jego zdaniem najbardziej użytecznej wartości "praktycznie obrazowej" i byłoby z głowy.

 

Najfajniejsze ze spieracie się o mWh/cm2 a mam spore wątpliwości na podstawie liczby 90 czy chodzi o cm2 a moze kg? a moze cm3? W jednym z poprzednich info grafenowo-super-satorowych była pisanina o 80Wh/kg co jest całkiem prawdopodobną wartością - 90 oznaczałby mały postęp taniej produkcji. W każdym razie to 20x więcej niz elektrolityczne(5Wh/kg), 3x więcej niż akumualtor kwasowo ołowiowy(30Wh/kg) ok 50% mniej niż niklowo wodorkowy i ok 2-3x mniej niż litowo-polimerowy tj. 180-240Wh/kg. (18kg vs 3kg vs 2kg ważyłby akumulator samochodowy 45Ah 12V odpowiednio kwasowy, niklowy, litowy)

Problem jej odzyskania pogłębia kondensatorowy sposób jej odzyskiwania - na kwasowo ołowiowym napięcie 6 cel waha się od 10.8V(minimum które grozi trwałemu uszkodzeniu) do max 14.8V w niklowo wodorkowym stałe ~1.2V w litowym 3.5-4.2V. Aby odzyskać całkowity ładunek z super..atora należy liczyć się z obniżeniem napięcia do 0V lub zmarnowaniem jej części.

Rzecz jasna od napięcia i pojemności zależy zgromadzona energia więc samodzielne uF/cm2 - nie charakteryzuje nic praktycznego a do Wh/kg również nalezy podchodzić ostrożnie.

 

A jeśli dobrze rozumuje - a ciężko pojąć nieznaną technologię. Płatki grafenu same w sobie są mikro kondensatorami, skoro inna niż 5-7 atomowa struktura "byłaby przewodnikiem i byłoby to złe"?

Nie rozumiem jak on działa? 

 

Btw. super olej napędowy ma 10kWh/l(~8,4kWh/kg kilo! wato godziny) kosztuje 1.5zł(bez akcyzy i podatków) energia elektryczna w polsce 4.5zł/10kWh jest najtańszym "źródłem" energii w tandemie z pompą ciepła

ON jest całościowo porównywalnym do litu nośnikiem mimo podatków i 30-40% sprawności mechanicznej silnika. Porównywalną do tysiąca ładowań litowca z elektrowni(po recykling). 

W cyklu 15MWh wyda się 6700zł za paliwo lub energię elektryczną - mniejsza od drobne róznice. 

Na akumulator 70kg ~ 15kWh do samochodu trzeba zamrozić aż 70 000zł! dodatkowych pieniędzy a po upływie 1000 ładowań poddać recyklingowi.

Szacuje koszt na podstawie ceny akumulatorów stosownie do ich wagi więc ok 200g kosztuje 260zł odliczając elektronikę 1kg kosztuje 1000zł. Bez dzierżawy - nieopłacalny.

Superatorowi daleko do osiagnięć paliw kopalnych, troche im brakuje do litu by zastąpić chyba że cenowo.

ale myszkę bluetooth zasili na bank...

 

Nie jaram się tak strasznie - czekam na nanorurkowe litowce, poza tym ja 56kg żywej wagi 180cm wzrostu jestem w stanie pracowac 8h dziennie wyłącznie na paczce paluszków z sezamem = 270g

...Ile to jest Wh/kg? ile to jest W/cm? Terminator T1000 wysiada 

Edytowane 12 grudnia 2014 przez Stanley

[Astroboy 34]

 

 

spieracie się o mWh/cm2 a mam spore wątpliwości na podstawie liczby 90 czy chodzi o cm2 a moze kg? a moze cm3? W jednym z poprzednich info grafenowo-super-satorowych była pisanina o 80Wh/kg co jest całkiem prawdopodobną wartością - 90 oznaczałby mały postęp taniej produkcji.

Dość rezykowne porównanie. Bo choć mogę oszacować gęstość powierzchniową (masy; ciekawosta odnośnie precyzji – mass density vs. gęstość ) takiego "taniego polimeru z wieloma warstwami grafenu", to mam za mało danych. W szczególności martwią mnie łapki świstaka. Czy są odpowiednio delikatne, by zwinąć to w rulonik?

[thikim 119]

 

Oczywiście jeśli dla Ciebie mW/cm² jest intuicyjna, to ok. Do mojego zakutego łba zdecydowanie lepiej przemawia W/m²

A nie robisz rozróżnienia na wielkości na jakich operujesz?

Chcesz mierzyć długość paznokcia w metrach? Od tego są mm.

Tak samo tutaj:

wartości wyszły 9 i 4 czyli o wiele bardziej w porządku niż przykładowo:

0,0004 i 90 czy 0,9.

Jednostki właśnie po to wymyślono aby operować w sferze dla człowieka naturalnej 1-9.

[Astroboy 34]

A nie robisz rozróżnienia na wielkości na jakich operujesz?

Czytanie ze zrozumieniem:

 

3. 9 mW/cm2 to nie jest określenie rzędu wielkości, nie jest też gęstością mocy. 4. 90 W/m2 znów wygląda lepiej.

 

Chcesz mierzyć długość paznokcia w metrach? Od tego są mm.

Jaki ślusarz tak Cię skrzywdził?

 

Jednostki właśnie po to wymyślono aby operować w sferze dla człowieka naturalnej 1-9.

Generalnie paluszków mamy 10 (nie zastanowił Cię nigdy system dziesiętny?). Można oczywiście dodać jeszcze te u nóg. Myślę, że twórcy takich systemów liczbowych jak sześćdziesiątkowy (Babilon), chyba nie mieli tylu palców. Nie zastanowiło Cię nigdy w życiu, dlaczego kąt pełny ma 360 stopni, albo dlaczego tarcza zegarka podzielona jest na 12 części? To ZDECYDOWANIE nie jest NATURALNE.

 

Edit: tak co do liczenia paluszków, to może polecę:

           www.youtube.com/watch?v=mERZUcD5pvM

przy okazji (oczywiście) zafajny jest ten kawałek:

           www.youtube.com/watch?v=0GWjLswkofY

Edytowane 12 grudnia 2014 przez Astroboy