KopalniaWiedzy.pl 362 Posted December 10, 2014 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 Share this post Link to post Share on other sites
Fred Onizuka 8 Posted December 10, 2014 Cyt. "Badaliśmy materiał w rozdzielczości poniżej 1 angstroma". Trochę się czepiam, ale w wersji polskiej, to chyba będzie "angstrEma", (ang: "angstrom" = pol: "angstrem"). Share this post Link to post Share on other sites
Astroboy 34 Posted December 10, 2014 (edited) 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. Edited December 10, 2014 by Astroboy Share this post Link to post Share on other sites
Fred Onizuka 8 Posted December 10, 2014 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. Share this post Link to post Share on other sites
Astroboy 34 Posted December 10, 2014 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. Share this post Link to post Share on other sites
Fred Onizuka 8 Posted December 10, 2014 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). Share this post Link to post Share on other sites
Astroboy 34 Posted December 10, 2014 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. Share this post Link to post Share on other sites
Fred Onizuka 8 Posted December 10, 2014 (edited) 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) Edited December 10, 2014 by Fred Onizuka Share this post Link to post Share on other sites
Astroboy 34 Posted December 10, 2014 (edited) 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. Edited December 10, 2014 by Astroboy Share this post Link to post Share on other sites
TrzyGrosze 67 Posted December 10, 2014 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. Share this post Link to post Share on other sites
Fred Onizuka 8 Posted December 10, 2014 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. Share this post Link to post Share on other sites
Jajcenty 314 Posted December 11, 2014 (edited) 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 Edited December 11, 2014 by Jajcenty Share this post Link to post Share on other sites
Astroboy 34 Posted December 11, 2014 (edited) 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. Edited December 11, 2014 by Astroboy Share this post Link to post Share on other sites
Astroboy 34 Posted December 12, 2014 Pomyślałem sobie, że jednak w naszym kraju o głębokich tradycjach rolniczych najlepszy byłby 1KM/ha (koń mechaniczny z hektara). Share this post Link to post Share on other sites
Stanley 15 Posted December 12, 2014 (edited) 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 Edited December 12, 2014 by Stanley Share this post Link to post Share on other sites
Astroboy 34 Posted December 12, 2014 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? Share this post Link to post Share on other sites
thikim 119 Posted December 12, 2014 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. 1 Share this post Link to post Share on other sites
Astroboy 34 Posted December 12, 2014 (edited) 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 Edited December 12, 2014 by Astroboy Share this post Link to post Share on other sites