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

Polacy i Niemcy stworzyli nowy sposób na precyzyjne wytwarzanie struktur grafenowych

Recommended Posts

Nowy sposób na wytworzenie maleńkich struktur płaskiego grafenu zademonstrował zespół z Polski i Niemiec w Science. Płatki grafenu wytworzono po raz pierwszy nie na metalu, a od razu na podłożu z półprzewodnika. To nowe perspektywy dla zastosowań, między innymi w elektronice i fotonice.

Badania przeprowadził zespół badaczy fizyków z Uniwersytetu Jagiellońskiego i chemików z Uniwersytetu w Erlangen i Norymberdze.

Grafen to atomowej grubości płaska struktura złożona z atomów węgla ułożonych w sieć przypominającą plaster miodu. Taka cienka i niewidoczna gołym okiem węglowa „kartka” jest niezwykle wytrzymała, elastyczna, przezroczysta, przewodzi ciepło i prąd. Kiedy w 2010 r. za odkrycie grafenu przyznano Nagrodę Nobla, tysiące naukowców i przedsiębiorców ruszyły, aby szukać zastosowań dla tego materiału. Potem sprawa przycichła... Czyżby nie było pomysłu, jak wykorzystać ten materiał? Pytany o to prof. Marek Szymoński z Uniwersytetu Jagiellońskiego mówi: Grafen sam w sobie ma rewelacyjne właściwości, ale z punktu widzenia zastosowań to właściwie tylko przewodząca, bardzo cienka ‘kartka’.

Tymczasem np. dla elektroniki cyfrowej bardziej interesującymi materiałami są tzw. materiały z przerwą wzbronioną - do nich należą półprzewodniki. To materiały, przez które prąd przepłynie, ale tylko, jeśli dostarczy się nośnikom ładunku odpowiednią energię – a więc np. przyłożone napięcie przekroczy odpowiednią wartość. Przy mniejszym napięciu działają jak izolator – nie przepuszczają prądu. Dzięki temu można na urządzeniach półprzewodnikowych wykonywać m.in. operacje logiczne – jeśli prąd przepłynął – dostajemy wartość 1, jeśli nie – 0. Najbardziej znanym półprzewodnikiem jest krzem, którego znaczenia w przemyśle komputerowym (słynna Dolina Krzemowa) trudno przecenić.

Miniaturyzacja urządzeń elektronicznych jednak postępuje i naukowcy zastanawiają się nad materiałami, z których można by zbudować urządzenia o działaniu podobnym do półprzewodnikowych, ale miałyby wielkość zaledwie kilku nanometrów (nanometr to milionowa część milimetra). A w takiej skali tradycyjne urządzenia półprzewodnikowe nie najlepiej się spisują. Naukowcy szukają więc nowych materiałów o odpowiednich właściwościach. I tutaj właśnie nadzieją są nanometrowej wielkości struktury grafenowe o kształcie płatków lub wstążek. Okazuje się bowiem, że odpowiednio małym strukturom grafenu można nadać właściwości pozwalające na ich wykorzystanie do zbudowania elementarnych urządzeń elektronicznych – na przykład bramek logicznych lub nanotranzystorów.

Problemem jest jednak to, jak precyzyjnie produkować takie niewidoczne gołym okiem płatki grafenu. Trudno tu przecież używać nanonożyczek i z atomową precyzją wycinać z kartek grafenu niewidoczne płatki. Naukowcy zastanawiają się więc nad odwrotnym podejściem: jak z mniejszych związków organicznych, na przykład pojedynczych molekuł aromatycznych, układać grafenowe puzzle.

I tu właśnie z pomocą przychodzą badania prof. Konstantina Amsharova z FAU w Niemczech oraz polskiego zespołu. Wyniki tych badań ukazały się w styczniu w prestiżowym czasopiśmie Science. Naukowcy pokazali, jak w sprytny sposób przeprowadzić reakcję chemiczną, by z łatwych do kontrolowania półproduktów (tzw. prekursorów) produkować maleńkie płatki grafenu. Przedstawiony przez nich sposób działa sekwencyjnie - naukowcy nazywają to "nanozippingiem" i porównują tę reakcję do działania suwaka.

W dodatku w doświadczeniu – przeprowadzonym w Krakowie – nanopłatki grafenu udało się wyprodukować od razu na podłożu z półprzewodnika, co jest istotnym nowym osiągnięciem. Nasza praca jest pierwszą, która donosi o w pełni kontrolowanej syntezie nanografenu na powierzchniach niemetalicznych – informuje w rozmowie z PAP pierwszy autor pracy dr Marek Kolmer, który obecnie realizuje staż podoktorski w Oak Ridge, USA.

Prof. Marek Szymoński, który także jest wśród autorów publikacji, tłumaczy, że podstawową cegiełką do budowy płatków w ich doświadczeniu są aromatyczne struktury węglowe zbudowane z połączonych po jednym wiązaniem pierścieni benzenowych zakończonych na brzegach atomami wodoru lub fluoru. Jeśli jeden z fluorów połączy się z najbliżej położonym atomem wodoru z sąsiedniego pierścienia – a to można kontrolować na przykład przez podnoszenie temperatury – zaczyna się sekwencja reakcji pomiędzy kolejnymi pierścieniami benzenowymi. I tak „ząbek po ząbku”, para po parze, jak w zamku błyskawicznym, pierścienie benzenowe będą się ze sobą łączyć w strukturę nanografenu – mówi prof. Szymoński.

Dr Marek Kolmer, tłumaczy, że w wyniku sześciu sekwencyjnie aktywowanych reakcji z prekursora powstaje molekuła nanografenu licząca 42 atomy węgla. To puzzel, który może zostać wykorzystany do produkcji większych, atomowo zdefiniowanych struktur – opowiada.

Dotąd struktury grafenowe z prekursorów molekularnych wytwarzano na podłożach z metali takich jak złoto, srebro czy miedź. Metale te są jednak przecież świetnymi przewodnikami. Aby sprawdzić, jak wytworzone nanocząstki grafenu spisują się jako materiały elektroniczne, płatki trzeba oderwać i przenieść je inne podłoże, np. z półprzewodnika. A wtedy istnieje ryzyko, że taki atomowo zdefiniowany układ ulegnie modyfikacji.

Tymczasem niemiecko-polskiemu zespołowi udało się wyprodukować płatki nanografenu od razu na podłożu z dwutlenku tytanu (rutylu), który jest półprzewodnikiem. Dr Kolmer tłumaczy, że rutyl jest kluczowy do przeprowadzenia reakcji chemicznej, która nie zajdzie na podłożu z miedzi czy złota. Badacze spodziewają się jednak, że nanografen tą metodą uda im się wytwarzać na innych półprzewodnikach i izolatorach.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Celem eksperymentu GERDA jest badanie natury neutrina i próba wyznaczenia jego masy efektywnej. Wykorzystywana do tego jest jedna z najbardziej czułych metod, jaką jest obserwacja podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta (0νββ). GERDA jest projektem europejskim, zrzeszającym naukowców z 16 instytutów badawczych i uniwersytetów z Niemiec, Włoch, Rosji, Polski, Szwajcarii i Belgii.
      Grupa z Instytutu Fizyki UJ jest jedyną grupą z Polski, biorącą udział w eksperymencie. Ewolucja projektu, wymuszona poprzez konieczność poprawy czułości detektora w jego kolejnych fazach realizacji, wymaga zawsze redukcji tła, w czym specjalizuje się grupa z IF UJ.
      W ostatnim numerze czasopisma naukowego Science, opublikowany został artykuł zespołu GERDA pt. „Probing Majorana neutrinos with double-β decay” zawierający wyniki dotychczasowych poszukiwań podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta izotopu 76Ge. Są one prowadzone w podziemnym laboratorium w Gran Sasso we Włoszech. Członkami tego międzynarodowego zespołu, z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego, są: prof. Marcin Wójcik, dr Marcin Misiaszek, dr Krzysztof Pelczar oraz dr hab. Grzegorz Zuzel.
      We wspomnianym artykule podano dotychczasowe wyniki badań, których celem jest udzielenie odpowiedzi na najbardziej podstawowe pytania współczesnej fizyki: czy neutrina są swoimi własnymi antycząstkami? Jaka jest bezwzględna skala mas neutrin? Czy w oparciu o poznawane własności neutrin możemy wyjaśnić asymetrię pomiędzy materią i antymaterią we Wszechświecie? Wiele rozszerzeń Modelu Standardowego cząstek czyni neutrina, zakładając że są one swoimi antycząstkami, odpowiedzialnymi za dominację materii nad antymaterią. To oznaczałoby także, iż powinien istnieć bardzo rzadki rozpad promieniotwórczy, łamiący zasadę zachowania liczby leptonowej, w którym dwa neutrony zamieniane są w jądrze na dwa protony bez emisji neutrin.
      Możliwości rejestracji podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta ograniczane są obecnością naturalnej promieniotwórczości (stanowiącej tzw. tło), która może imitować poszukiwany sygnał. W eksperymencie GERDA udało się nam osiągnąć niezwykle niski poziom tła poprzez zastosowanie osłon z ultra radio-czystej wody oraz ciekłego argonu (osłona pasywna i aktywna). Ponadto, zastosowano wyrafinowane software-owe metody identyfikacji oraz eliminacji resztkowego tła (opracowane przez  grupę z IF UJ). Dzięki temu GERDA jest pierwszym eksperymentem, w którym możliwy stał się pomiar czasu połowicznego zaniku podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta dłuższego niż 1026 lat. Jest to okres o 16 rzędów wielkości dłuższy niż wiek Wszechświata. Dla takiego czasu połówkowego, w jednym kilogramie 76Ge zachodziłby najwyżej jeden rozpad w ciągu 18 lat. Biorąc pod uwagę standardową interpretację podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta, czas połowicznego zaniku może być powiązany z tzw. masą efektywną (Majorany) neutrina. W przypadku GERDY możemy wyznaczyć górną granicę na tę wielkość na poziomie 0.07 – 0.16 eV/c2.
      Badania prowadzone przez naukowców z UJ finansowane są przez Narodowe Centrum Nauki (w ramach programów HARMONIA, SONATA-BIS, OPUS) oraz przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej (program TEAM).

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Opublikowano tegoroczną Listę szanghajską, czyli ranking 1000 najlepszych światowych uczelni wyższych. Pierwszą dziesiątkę ponownie zdominowały uczelnie ze Stanów Zjednoczonych.
      Najlepszym uniwersytetem na świecie jest, po raz 17., Uniwersytet Harvarda. Za nim uplasował się Stanford University, a na trzecim miejscu znajdziemy brytyjski University of Cambridge. Pozostałe pozycje w pierwszej dziesiątce zajęły Massachusetts Institute of Technology (USA), Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley (USA), Princeton University (USA), Uniwersytet Oksfordzki (Wielka Brytania), Columbia University (USA), California Institute of Technology (USA) oraz University of Chicago (USA).
      Najlepszą uczelnią w Europie kontynentalnej pozostaje Szwajcarski Federalny Instytut Technologiczny w Zurichu, który w bieżącym roku uplasował się na pozycji 19. Drugą najlepszą uczelnią w Europie kontynentalnej jest Uniwersytet w Kopenhadze (26. pozycja). Najlepsze uczelnie Azji to Uniwersytet Tokijski (25. miejsce) i Uniwersytet w Kioto (pozycja 32.). Najlepszą chińską uczelnią jest Uniwersytet Tsinghua sklasyfikowany na 43. miejscu. Wśród 50 najlepszych uczelni na świecie znajdziemy 31 szkół wyższych z USA, 6 uczelni z Wielkiej Brytanii, po 2 z Kanady, Japonii i Francji oraz po 1 z Danii, Szwajcarii, Szwecji, Australii, Chin, Niemiec i Holandii.
      Wśród 100 najlepszych uczelni po raz pierwszy pojawiły się Uniwersytet Shenzen (82. miejsce) oraz Uniwersytet Nowej Południowej Walii (pozycja 94.).
      Na liście 1000 uczelni znalazły się też polskie szkoły wyższe. Najlepszą z nich jest Uniwersytet Jagielloński sklasyfikowany w 4. setce, pomiędzy miejscami 301–400. Taka klasyfikacja wynika z faktu, że tylko pierwszych 100 miejsc jest dokładnie wymienionych. Później uczelnie są grupowane po 50 lub 100. Za drugą z najlepszych polskich uczelni został uznany Uniwersytet Warszawski, który trafił do 5. setki. W porównaniu z rokiem ubiegłym obie uczelnie zamieniły się miejscami. W 2018 roku to Uniwersytet Warszawski był w 4., a Jagielloński w 5. setce.
      Możemy też przyjrzeć się bliżej ocenom cząstkowym uczelni, by lepiej zrozumieć, dlaczego Uniwersytet Jagielloński w bieżącym roku awansował, a Uniwersytet Warszawski spadł w klasyfikacji.
      Jednym z elementów branych pod uwagę jest jakość nauczania rozumiana jako liczba absolwentów, którzy zdobyli Nagrodę Nobla lub Medal Fieldsa. Różne wagi są przykładane w zależności od okresu, w którym laureat nagrody otrzymał dyplom uczelni. Najbardziej punktowani byli ci laureaci nagród, którzy dyplom danej uczelni otrzymali po roku 2011. Im dawniej otrzymany dyplom, tym mniejsza liczba punktów za noblistę czy laureata Medalu Fieldsa. Jako, że w ostatnim czasie żaden z absolwentów UW czy UJ nie otrzymał żadnej z nagród, obu polskim uczelniom ujęto nieco punktów w porównaniu z rokiem ubiegłym i tak liczba punktów przyznanych UW spadła z 15,2 do 13,7, a UJ zmniejszono punktację z 10,2 do 9,7.
      Kolejny element to jakość kadry naukowej również mierzona liczbą wykładowców posiadających Nagrodę Nobla lub Medal Fieldsa. W wyliczeniu punktacji ważne było, kiedy nagrodę przyznano. Im dawniej, tym mniej punktów. Tutaj obie nasze czołowe uczelnie otrzymały, podobnie jak w roku ubiegłym, po 0 punktów. Drugim z kryteriów pomiaru jakości kadry naukowej była liczba często cytowanych badaczy w minionym roku według Clarivate Analytics. Pod uwagę brano tylko głównych autorów badań. W ubiegłym roku UW otrzymał tutaj 9,6 punktu, w tym roku przyznano mu 0 punktów. UJ miał w ubiegłym roku w tej kategorii 0 punktów, w bieżącym zdobył 7,3 punktu.
      Punkty przyznawano też za artykuły opublikowane w Science oraz Nature w latach 2014–2018. Tutaj obie uczelnie poprawiły nieco swój wynik. Uniwersytet Warszawski zwiększył punktację z 11,5 do 11,6, a Uniwersytet Jagielloński z 5,4 do 6,2.
      Pod uwagę wzięto również artykuły ujęte w Science Citation Index-Expanded oraz Social Science Citation Index.  Również i tutaj widzimy zwiększenie stanu posiadania. Punktacja UW wzrosła z 32,6 do 33,8, a UJ z 37,9 do 38,8.
      Ostatnie kryterium to wydajność instytucji naukowej w przeliczeniu na ekwiwalent naukowca zatrudnionego na pełen etat. Ten wskaźnik spadł w przypadku UW z 18,3 do 17,9 punktu, a w przypadku UJ wzrósł z 19 do 19,6 punktu.
      Jeśli zaś chodzi o pozostałe polskie uczelnie, to Akademia Górniczo-Hutnicza znalazła się w 7. setce (utrzymała pozycję z roku ubiegłego), a Uniwersytet Adama Mickiewicza i Uniwersytet Medyczny w Warszawie zakwalifikowano pomiędzy miejscami 701 a 800. Obie uczelnie utrzymały pozycję. Setka 9. to Politechnika Warszawska (spadek z 8. setki w roku ubiegłym), a pomiędzy miejscem 901. a 1000. znajdziemy też Śląski Uniwersytet Medyczny (spadek z 9. setki), Uniwersytet Mikołaja Kopernika (utrzymał pozycję) i Politechnikę Wrocławską (utrzymała pozycję). Z zestawienia w bieżącym roku całkowicie wypadły Politechnika Łódzka, Uniwersytet Łódzki i Uniwersytet Wrocławski.
      Polskie szkolnictwo wyższe nadal ma się, delikatnie mówiąc, nie najlepiej. Naszą dumę, Uniwersytet Jagielloński, wyprzedziły uczelnie z USA, Wielkiej Brytanii, Szwajcarii, Kanady, Japonii, Danii, Francji, Szwecji, Australii, Chin, Niemiec, Holandii, Norwegii, Finlandii, Singapuru, Belgii, Izraela, Rosji, Arabii Saudyjskiej, Korei Południowej, Brazylii, Tajwanu, Włoch, Irlandii, Hiszpanii, Portugalii, Austrii, Czech, Meksyku, Argentyny i RPA. W rankingu krajów Polskę wyprzedza też Iran, którego najlepsza uczelnia została sklasyfikowana na równi z UJ, ale na liście znajdziemy 13 uczelni z tego kraju.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jesienią powinna zakończyć się przebudowa kompleksu szklarni "Victoria" w Ogrodzie Botanicznym Uniwersytetu Jagiellońskiego. Nowy pawilon jest wyższy od poprzedniego o ok. 7 metrów. Jego rozbudowa była konieczna z uwagi na rosnącą w nim unikatową palmę daktylową pochodzącą z Wysp Kanaryjskich.
      Pierwsza szklarnia powstała przy dzisiejszej przy ul. Kopernika w 1785 roku. Ufundował ją Michał Poniatowski, brat króla Stanisława Augusta Poniatowskiego. W drugiej połowie XIX wieku posadzono w niej palmę daktylową pochodzącej z naturalnego stanowiska na Wyspach Kanaryjskich. Dziś to najcenniejszy okaz w krakowskim ogrodzie i najstarszy utrzymywany w warunkach szklarniowych w Europie. Zdaniem opiekujących się nim ogrodników posiada niepowtarzalną wartość przyrodniczą i historyczną. Olbrzymia roślina, aby mogła nadal się rozwijać, potrzebowała wyższego obiektu. Inaczej mogła zacząć obumierać.
      Prace rozpoczęły się w połowie sierpnia ub. roku od rozbiórki starej szklarni. Następnie w jej miejscu powstała tymczasowa, ogrzewana konstrukcja stalowo-foliowa, w której palmy przetrwały okres zimowy w bezpiecznych warunkach. W międzyczasie wykonawca przystąpił do wznoszenia fundamentów przyszłego obiektu. Dziś konstrukcja główna nowej szklarni jest gotowa. Na zewnątrz trwają zaawansowane prace związane z montażem aluminiowo-szklanej okładziny. Kolejnym etapem inwestycji będą prace wykończeniowe wewnątrz. Remont pochłonie ponad 9 mln zł.
      Nowy pawilon w najwyższym punkcie liczy 21 m, czyli o ok. 7 m od tego, który stał w tym miejscu od początku lat 70. ubiegłego stulecia. Do 14,3 metra, z obecnych 8,4 m, urósł też tzw. zimownik, w którym przechowuje się kolekcje roślin z ciepłych krajów, będące ozdobą ogrodu na wolnym powietrzu w okresie letnim. Szklarnia wyglądem nawiązuje do swoich poprzedniczek widocznych na najstarszych rycinach ogrodu pochodzących z połowy XIX wieku.
      Nowa szklarnia będzie nowoczesnym, w pełni zautomatyzowanym obiektem. Zastosowano w nim optymalne rozwiązania budowlane w postaci odpowiednich materiałów izolujących o najwyższej jakości. Powstanie też system automatycznego sterowania klimatem, co pozwoli zmniejszyć energochłonność szklarni i utrzymać wewnątrz właściwą temperaturę i wilgotności. Ogrodnicy będą mogli również chronić rośliny przed nadmiernym nasłonecznieniem roślin przy użyciu przesuwnych rolet - mówi prof. Józef Mitka, kierownik uniwersyteckiego ogrodu.
      Obiekt zostanie udostępniony osobom słabowidzącym i niewidomym, co zdaniem prof. Józefa Mitki będzie jego największą zaletą. Dzięki współpracy z krakowską Akademią Sztuk Pięknych powstanie ścieżka dydaktyczna im dedykowana. W planach mamy już rozszerzenie tej oferty na kolejne atrakcje naszego ogrodu - podkreśla z dumą.
      Przebudowa kompleksu "Victoria" nie jest jedyną inwestycją w Ogrodzie Botanicznym UJ w ostatnich latach. Gruntowną modernizację przeszła też szklarnia "Holenderka" - w której znajduje się okazała kolekcja ponad 350 storczyków i niezwykle rzadkich sagowców - oraz wybrane elementy infrastruktury: alejki, 2 stawy i fontanny oraz ogrodzenie od strony al. Powstania Warszawskiego. Dodatkowo wzdłuż ścieżek stanęło ponad 30 tablic edukacyjnych.
      Ogród Botaniczny Uniwersytetu Jagiellońskiego jest najstarszym w Polsce. Mimo że początki jego historii sięgają XVII wieku, oficjalnie założono go w 1783 roku. Powstał w z inicjatywy Komisji Edukacji Narodowej jako zakład pomocniczy Katedry Chemii i Historii Naturalnej. Obszar, obejmujący początkowo ok. 2,4 ha, zakomponowano jako park barokowy typu francuskiego, w obrębie którego urządzono kolekcje roślin leczniczych oraz ozdobnych. Dzisiejszą aranżację zawdzięcza prof. Władysławowi Szaferowi, jednemu z najwybitniejszych polskich botaników. W 1976 roku wpisano go do rejestru zabytków jako cenny obiekt przyrody, pomnik historii nauki, sztuki ogrodniczej i kultury.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej wykorzystują tlenek grafenu i związki grafenopochodne do opracowania nowych materiałów zabezpieczających przed promieniowaniem podczerwonym. Projekt IR-GRAPH realizowali ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.
      Chcemy, żeby nasze materiały stanowiły barierę zarówno przed wpuszczaniem, jak i wypuszczaniem ciepła – mówi kierująca pracami dr inż. Marta Mazurkiewicz-Pawlicka. To kompozyty. Tworzymy je na bazie polimerów, obecnie dwóch rodzajów. Jako napełniacz stosujemy materiały grafenowe z dodatkiem tlenków metali, np. tlenku tytanu.
      Takie połączenie gwarantuje skuteczne ekranowanie. Materiały grafenowe są dodawane w celu pochłonięcia promieniowania, a tlenki metali mają za zadanie je rozpraszać – wyjaśnia badaczka.
      Konkurencyjny materiał
      Na rynku są już dostępne np. folie na okna, które chronią przed promieniowaniem. Materiały opracowywane przez naukowców z Politechniki Warszawskiej mogą być jednak dla nich konkurencją. Żeby obniżyć temperaturę o kilka stopni Celsjusza, dodaje się tam około 5% napełniacza – tłumaczy dr Mazurkiewicz-Pawlicka. My podobne wyniki uzyskujemy przy dodaniu 0,1% napełniacza, czyli 50 razy mniej.
      Na razie zespół skupia się jednak na samych materiałach, a nie konkretnych aplikacjach. Choć nietrudno wskazać potencjalne zastosowania, takie jak właśnie okna, ale też elewacje, a nawet tkaniny. Zimą takie materiały chroniłyby przed utratą ciepła, a latem przed nadmiernym nagrzaniem.
      W przypadku budynków czy pojazdów mogłaby to być pewna alternatywa dla powszechnie dzisiaj stosowanej klimatyzacji. Jej używanie pochłania przecież mnóstwo energii. Im bardziej chcemy zmienić temperaturę w stosunku do tej naturalnej dla danego pomieszczenia, tym więcej energii potrzeba. Każde mniej energochłonne wsparcie oznaczałoby oszczędności w budżecie i korzyść dla środowiska.
      Patrząc w przyszłość
      Nasi naukowcy przeprowadzili badania krótkoterminowe. Ich wyniki są obiecujące, ale wiele kwestii wymaga jeszcze dokładniejszego sprawdzenia, m.in. zachowanie polimerów w promieniowaniu UV, podwyższonej temperaturze czy zmienionej wilgotności. Ważne jest przetestowanie dotychczasowych rozwiązań zarówno w różnych warunkach, jak i w dłuższym czasie. Badania takie można przeprowadzić przy użyciu komory klimatycznej, do której na kilka tygodni można wstawić próbkę materiału i ją obserwować.
      Na przykład żeby wykorzystać nasze materiały w folii na okna musimy popracować nad barwą, bo obecna, w odcieniach szarości, ogranicza widzialność – mówi dr Mazurkiewicz-Pawlicka. Chcemy też znaleźć nowe polimery, które mogłyby zostać użyte jako osnowa w naszych materiałach.
      Współpraca
      Zespół dr Mazurkiewicz-Pawlickiej tworzyli dr hab. Leszek Stobiński, dr Artur Małolepszy oraz grupa studentów wykonujących w ramach projektu prace inżynierskie i magisterskie. Swoją cegiełkę dołożyli też członkowie Koła Naukowego Inżynierii Chemicznej i Procesowej. Zrobili urządzenie, które mierzy efektywność naszych folii – opowiada dr Mazurkiewicz-Pawlicka. Składa się z lampy emitującej promieniowanie podczerwone i czujnika, który mierzy, o ile stopni udało się obniżyć temperaturę.
      W ramach IR-GRAPH naukowcy z PW ściśle współpracowali z Tatung University na Tajwanie. Korzystali także ze wsparcia Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Prof. Dariusz Wasik, Dziekan Wydziału i dr hab. Andrzej Witowski są specjalistami w fizyce ciała stałego i wykonali dla nas pomiary spektrometryczne – mówi dr Mazurkiewicz-Pawlicka.
      Dlaczego ekranować podczerwień?
      Grafen kojarzony jest przede wszystkim z zastosowaniami w elektronice i automatyce. Wykorzystanie go do ekranowania promieniowania nie jest jeszcze tak rozpowszechnione. Są doniesienia literaturowe, że grafen ekranuje promieniowanie elektromagnetyczne – opowiada dr Mazurkiewicz-Pawlicka. Jest to szeroko badane pod kątem promieniowania mikrofalowego, a ostatnio też terahercowego, głównie w zastosowaniach militarnych. Pomyśleliśmy, żeby sprawdzić właściwości grafenu dla promieniowania podczerwonego, bo na ten temat wiadomo niewiele.
      Promieniowanie podczerwone charakteryzuje się długością fal między 780 nanometrów a 1 milimetr. Wspólnie ze światłem widzialnym i promieniowaniem UV tworzy spektrum promieniowania słonecznego. W nadmiarze ma ono negatywny wpływ na naszą skórę. A aż około 50% tego promieniowania, które dociera do powierzchni Ziemi, stanowi właśnie podczerwień (odczuwana w postaci ciepła). Dlatego tak ważne jest jej ekranowanie.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Grafen ma wiele zalet i jedną poważną wadę – brak pasma wzbronionego, przez co nie nadaje się do użycia w roli półprzewodnika. Możliwe jest jednak sztuczne wytworzenie pasma wzbronionego w grafenie poprzez dołączenie do niego atomów wodoru.
      Naukowcy z Göttingen i Pasadeny zarejestrowali właśnie jedną z najszybciej przebiegających reakcji chemicznych, jakie kiedykolwiek badano – niezwykły obraz atomów wodoru łączących się z grafenem.
      Uczeni bombardowali grafen atomami wodoru. Wodór zachowywał się nieco inaczej, niż się spodziewaliśmy, mówi Alec Wodtke z Wydziału Dynamiki Powierzchni Instytutu Chemii Biofizycznej im. Maksa Plancka i profesor Instytutu Chemii Fizycznej z Uniwersytetu w Göttingen. Zamiast natychmiast odlatywać od grafenu, atomy wodoru na chwilę przyklejały się do atomów węgla i dopiero później się od nich odbijały. Tworzyły czasowe wiązanie chemiczne, wyjaśnia. Naukowców zaintrygowało jeszcze jedno zjawisko. Otóż atomy wodoru miały dużą energię przed spotkaniem z grafenem. Gdy zaś go opuszczały ich energia była znacznie niższa. Jej większość traciły podczas zderzenia, lecz nie było jasne, co się z tą energią stało.
      Naukowcy z Göttingen i ich koledzy z Caltechu (California Institute of Technology), chcąc wyjaśnić zagadkę zaginionej energii, opracowali model teoretyczny, który przetestowali na komputerze, a uzyskane wyniki porównali z wynikami eksperymentów. Jako, że okazały się one zgodne, naukowcy mogli odtworzyć to, co w ciągu femtosekund zachodziło pomiędzy węglem a wodorem. To wiązanie chemiczne istnieje przez około 10 femtosekund. To jedna z najszybszych bezpośrednio zaobserwowanych reakcji chemicznych, mówi Alexander Kandratsenka z Göttingen.
      W ciągu tych 10 femtosekund atom wodoru przekazuje niemal całą swoją energię atomowi węgla w grafenie. Prowadzi do do powstania fali dźwiękowej, która rozprzestrzenia się na zewnątrz od miejsca, w którym atomy się zetknęły. Przypomina to propagację fali powstającej po wrzuceniu kamienia do wody, wyjaśnia uczony. To między innymi dzięki tej fali dźwiękowej atom wodoru łatwiej niż przypuszczano łączy się z atomem węgla.
      Uzyskane wyniki mogą mieć fundamentalne znaczenie dla przemysłu i możliwości wykorzystania grafenu w roli półprzewodnika. Jednak same eksperymenty wymagały olbrzymiej wiedzy, zasobów i odpowiedniego sprzętu. Musieliśmy prowadzić je w warunkach próżni niemal doskonałej, by utrzymać grafen w czystości, mówią badacze. Ponadto samo odpowiednie przygotowanie atomów wodoru wymagało wykorzystania olbrzymiej liczby systemu laserowych.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...