Sign in to follow this
Followers
0
Polacy i Niemcy stworzyli nowy sposób na precyzyjne wytwarzanie struktur grafenowych
By
KopalniaWiedzy.pl, in Technologia
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Chińscy naukowcy uzyskali wysokiej jakości piankę grafenową z gazów odpadowych pochodzących z pirolizy odpadów organicznych. Chińczycy twierdzą, że ich metoda jest tańsza i bardziej przyjazna dla środowiska niż dotychczasowe sposoby wytwarzania pianki.
Jak zapewnia Hong Jiang z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologi w Hefei, wyprodukowany materiał jest strukturalnie podobny do pianek grafenowych uzyskiwanych standardowymi metodami. Wykazuje on też podobne właściwości elektryczne i oraz równie dobrze absorbuje ciecze takie jak benzen czy parafina.
Pianki grafenowe to trójwymiarowe wersje płaskich dwuwymiarowych płacht grafenu. Są one wytrzymałem, charakteryzują się dużym przewodnictwem elektrycznym, świetnie przewodzą ciepło. Mają wiele potencjalnych zastosowań. Mogą być używane do przechowywania energii, oczyszczania środowiska, przydadzą się chemikom, sprawdzą w roli bioczujników.
Zwykle produkuje się je metodą osadzania z fazy gazowej. W metodzie tej gaz zawierający węgiel – np. metan – jest wprowadzany do podgrzanego metalowego substratu, zwykle jest nim pianka aluminiowa lub miedziana. Gdy gaz wchodzi w kontakt z substratem, dochodzi do osadzania się atomów węgla. Po zakończeniu reakcji metal jest wytrawiany i pozostaje grafenowa pianka.
Osadzanie z fazy gazowej to metoda kosztowna, która wymaga użycia dużych ilości gazu. Dlatego też Jiang i jego zespół postanowili wykorzystać bogate w węgiel gazy z biorafinerii. W tego typu zakładach odpady organiczne są podgrzewane bez dostępu tlenu do temperatury 500 stopni Celsjusza lub wyższej. W procesie pirolizy powstaje biopaliwo.
Chińczycy wykorzystali dwa składniki roślinne – sproszkowaną celulozę i sproszkowaną ligninę – które poddano pirolizie w temperaturze 800 stopni Celsjusza. Powstałe gazy zostały przefiltrowane, dzięki czemu oddzielono gazy o dużych molekułach. Następnie gazy o drobnych molekułach skierowano do komory osadzania z fazy gazowej, w której znajdowała się pianka aluminiowa. Uzyskany produkt przebadano za pomocą spektroskopii ramanowskiej i skaningowej mikroskopii elektronowej. Są dobrej jakości, nie widać w nich oczywistych defektów, mówi Jiang.
Oczywiście sproszkowana celuloza i lignina są dalekie od standardowych odpadów organicznych. Dlatego też w kolejny etapie badań naukowcy wykorzystali słomę i trociny. Wyprodukowana z nich pianka grafenowa była nieco gorszej jakości niż ta z celulozy i ligniny. Jednak oba rodzaje miały jednorodną strukturę i świetne właściwości w zastosowaniach środowiskowych oraz do przechowywania energii. Zdaniem Jianga najlepszymi odpadami do produkcji pianek będą te zawierające dużo ligniny, celulozy i hemicelulozy. Jednak użyć można też innych materiałów. Oczywiście różne dodatki znajdujące się w takich odpadach wpłyną na skład pianki. Na przykład jeśli w odpadach będzie znajdowało się dużo azotu i siarki, to pierwiastki te mogą trafić też do pianki, wyjaśnia uczony.
Edward Randviir z Manchester Metropolitan University, który nie brał udziału w opisywanych badaniach, mówi, że zwykle pianki grafenowe produkuje się za paliw kopalnych lub z czystego grafitu. Warto poszukać alternatyw dla tych materiałów, a Jiang i jego ludzie wykazali, że produkcja grafenu z biomasy jest możliwa. Jest też bardziej przyjazna środowisku i tańsza niż inne metody. Ten drugi element może jednak ulec zmianie. Grafen jest obecnie drogi, gdyż nie istnieją metody produkowania go na masową skalę. Jeśli się to zmieni, cena grafenu powinna spaść.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Inżynierowie z University of Illinois pogodzili ekspertów, którzy nie mogli dotychczas dojść do porozumienia, co do właściwości grafenu odnośnie jego zginania. Dzięki połączeniu eksperymentów z modelowaniem komputerowym określili, ile energii potrzeba do zgięcia wielowarstwowego grafenu i stwierdzili, że wszyscy badacze, którzy uzyskiwali sprzeczne wyniki... mieli rację.
Większość badań nad grafenem skupia się na zbudowaniu z niego przyszłych urządzeń elektronicznych. Jednak wiele technologii przyszłości, jak elastyczna elektronika, czy miniaturowe niewidoczne gołym okiem roboty, wymagają zrozumienia nie tylko właściwości elektrycznych, ale i mechanicznych grafenu. Musimy się dowiedzieć przede wszystkim, jak materiał ten rozciąga się i zgina.
Sztywność materiału to jedna z jego podstawowych właściwości mechanicznych. Mimo tego, że badamy grafen od dwóch dekad, wciąż niewiele wiemy na temat tej jego właściwości. A dzieje się tak, gdyż badania różnych grup naukowych dawały wyniki, różniące sie od siebie o całe rzędy wielkości, mówi współautor najnowszych badań, Edmund Han.
Naukowcy z Illinois odkryli, dlaczego autorzy wcześniejszych badań uzyskiwali tak sprzeczne wyniki. Zginali grafen albo w niewielkim albo w dużym stopniu. Odkryliśmy, że w sytuacjach tych grafen zachowuje się odmienne. Gdy tylko trochę zginasz wielowarstwowy grafen, to zachowuje się on jak sztywna płyta, jak kawałek drewna. Jeśli jednak zegniesz go mocno, zaczyna zachowywać się jak ryza papieru, poszczególne warstwy atomów ślizgają się po sobie, wyjaśnia Jaehyung Yu.
Ekscytujące jest to, że mimo iż wszyscy uzyskiwali odmienne wyniki, to wszyscy mieli rację. Każda z grup mierzyła coś innego. Opracowaliśmy model, który wyjaśnia wszystkie różnice poprzez pokazanie, jak się one mają do siebie w zależności od kąta wygięcia grafenu, mówi profesor Arend van der Zande.
Naukowcy stworzyli własne płachty wielowarstwowego grafenu i poddawali je badaniom oraz modelowaniu komputerowemu. W tej prostej strukturze istnieją dwa rodzaje sił zaangażowanych w zginanie grafenu. Adhezja, czyli przyciąganie atomów na powierzchni, próbuje ściągnąć materiał w dół. Im jest on sztywniejszy, tym większy opór stawia adhezji. Wszelkie informacje na temat sztywności materiału są zakodowane w kształcie, jaki przybiera on na poziomie atomowym podczas zginania, dodaje profesor Pinshane Huang. Naukowcy szczegółowo kontrolowali, w jaki sposób materiał się zgina i jak w tym czasie zmieniają się jego właściwości.
Jako, że badaliśmy różne kąty wygięcia, mogliśmy zaobserwować przejście z jednego stanu, w drugi. Ze sztywnego w giętki, ze sztywnej płyty do zachowania ryzy papieru, stwierdza profesor Elif Ertekin, który był odpowiedzialny za modelowanie komputerowe. Najpierw stworzyliśmy modele komputerowe na poziomie atomowym. Wykazały one, że poszczególne warstwy będą ślizgały się po sobie. Gdy już to wiedzieliśmy, przeprowadziliśmy eksperymenty z wykorzystaniem mikroskopu elektronowego, by potwierdzić występowanie tego zjawiska". Okazuje się więc, że im bardziej grafen zostaje wygięty, tym bardziej elastyczny się staje.
Badania te mają olbrzymie znaczenie np. dla stworzenia w przyszłości urządzeń, które będą na tyle małe i elastyczne, by mogły wchodzić w interakcje z komórkami czy materiałem biologicznym.
Komórki mogą zmieniać kształt i reagować na sygnały ze środowiska. Jeśli chcemy stworzyć mikroroboty czy systemy o właściwościach systemów biologicznych, potrzebujemy elektroniki, która będzie w stanie zmieniać kształt i będzie bardzo miękka. Możemy wykorzystać fakt, że poszczególne warstwy wielowarstwowego grafenu ślizgają się po sobie, dzięki czemu materiał ten jest o rzędy wielkości bardziej miękki niż standardowe materiały o tej samej grubości, wyjaśnia van der Zande.
« powrót do artykułu -
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
-