Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

W Liverpoolu powstał materiał o bardzo niskim przewodnictwie cieplnym

Recommended Posts

Nowy nieorganiczny materiał, o bardzo niskim przewodnictwie cieplnym może poprawić wydajność energetyczną urządzeń. Obecnie nawet 70% generowanej energii jest marnowana w postaci ciepła odpadowego. Zjawisko to jest nie tylko bardzo niekorzystne dla środowiska naturalnego, ale również prowadzi do przegrzewania się urządzeń, spadku ich wydajności i trwałości. Jednak część tego ciepła można by odzyskiwać i zamieniać w energię za pomocą materiałów o niskiej przewodności cieplnej.

Przewodność cieplna ciał stałych bierze się z zachowania ich fononów, czyli wibracji struktury krystalicznej. Można ją zmniejszyć na dwa sposoby. Albo skrócić drogę rozpraszania fononów, albo je spowolnić.

Droga rozpraszania fononów zależy od ich wzajemnego rozpraszania oraz rozpraszania się na defektach materiałów lub ich granicach. Z kolei prędkość grupy fononów zależy od struktury i składu materiału. Dotychczas próbowano skracać drogę rozpraszania fononów poprzez wprowadzanie celowych defektów w materiałach czy też poprzez zmianę interakcji grup fononów na styku różnych warstw materiałów.

Naukowcy z University of Liverpool wyprodukowali kompozytowy materiał, w którym warstwy BiOCl i Bi2O2Se pooddzielali od siebie warstwami Bi4O4SeCl2. W ten sposób uzyskali materiał, którego przewodność cieplna w temperaturze pokojowej w kierunku ułożenia warstw wynosi zaledwie 0,1 W K/m. To jedna z najlepszych wartości wśród materiałów nieorganicznych, jedynie 4-krotnie większa niż przewodność cieplna powietrza.

Punktem wyjścia dla trwających pięć lat badań było zrozumienie, w jaki sposób struktura materiału pozwala na kontrolowanie przewodnictwa cieplnego. W efekcie uzyskali materiał, którego przewodnictwo cieplne jest niższe niż każdej z jego składowych z osobna. To zaś pokazało, jak ważna jest struktura atomowa i lokalizacja poszczególnych atomów, bo to one zdecydowały o uzyskaniu tak pożądanych cech nowego materiału.

Autorzy badań, Matt Rosseinsky, Jon Alaria i ich zespół, chcą teraz tak zmodyfikować nowy materiał, by zyskał on właściwości termoelektryczne. Planują też wykorzystać swoje doświadczenia do pracy nad materiałami, którymi można będzie powlekać turbiny gazowe. Materiały takie muszą mieć przewodność cieplną niższą niż szkło, czyli poiżej 0,9 W/K/m.

To jednak nie wszystko. Zdaniem autorów, łączenie materiałów o różnym ułożeniu atomów w celu zmniejszania przepływu ciepła, to bardzo obiecujący kierunek badań. Te materiały możemy udoskonalać osobno, optymalizując ich struktury, zanim jeszcze je połączymy, stwierdzają.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Wełna mineralna ma 0.045 WK-1m-1  zatem 0.1 W/(Km) szału nie robi - coś jest nie tak z wartościami? Jednostkami?

Czy to jest znacząco lepsze od LI-900 i podobnych? https://www.youtube.com/watch?v=Pp9Yax8UNoM tutaj gość gada o szybkim rozpraszaniu energii, ale jednak jestem pewien, że ten materiał ma drastycznie niski współczynnik przewodnictwa cieplnego.

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Popularny ostatnio: Silica Aerogel "from 0.03 W/(m·K) in atmospheric pressure down to 0.004 W/(m·K) in modest vacuum" (wikipedia)

Share this post


Link to post
Share on other sites

bez podania wytrzymałości mechanicznej taka informacja jest bez sensu (przykład wełny!)

Share this post


Link to post
Share on other sites

To może lepiej już używać powietrza? Według artykułu jest 4 razy skuteczniejsze od tego nowego materiału i również nie składa się ze związków organicznych (nie licząc zanieczyszczeń).
A może próżnia? Ona wcale nie przewodzi ciepła.

Tylko jak tymi wszystkimi cudownymi materiałami pokryć turbiny?

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 godziny temu, pogo napisał:

Tylko jak tymi wszystkimi cudownymi materiałami pokryć turbiny?

Dobre pytanie. No ja bym zbił skrzynkę z drewna i wypełnił wełną albo suchym śniegiem. Większość strat w turbinie wynoszą poza układ spracowane spaliny. Być może pokrycie łopatek super materiałem izolacyjnym daje jakieś super zyski.

Share this post


Link to post
Share on other sites
6 godzin temu, nantaniel napisał:

Tak, spieszyłem się, i nie dopisałem 'w stosunku do chłodzenia powietrzem'. Na pewno chłodzenie powietrzem nieco obniża sprawność, ale za to izolator musi być dość odporny na ścieranie. Nie wiem jak często rozbiera i konserwuje silniki lotnicze czy inne, ale wiem że konserwacja turbin energetycznych trwa miesiące, sam wybieg i zatrzymanie zajmuje dni :)

Problemem jest ścieranie i korozja.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)

Kontrole w lotnictwie są bardzo szczegółowe. Przed każdym lotem pilot robi oględziny samolotu, co miesiąc robią to szczegółowo technicy w hangarze. Co pół roku przeglądy są bardziej szczegółowe. Po trzech latach prześwietla się krytyczne komponenty i wymienia elementy eksploatacyjne silników, a po pięciu rozbiera się na części pierwsze i prześwietla oraz wymienia praktycznie wszystko, często też siedzenia w kabinie. Co pięć lat samolot jest praktycznie nowy. Jakbyśmy traktowali samochody tak, jak samoloty pasażerskie, to nikt by nie potrzebował pomocy drogowej! :) Wiadomo jednak, że takie drobiazgowe kontrole podnoszą koszty eksploatacyjne. Może trochę pomieszałem okresy przeglądów, bo dokładnie nie pamiętam, ale to jest ciekawe zagadnienie. Stąd niska awaryjność samolotów w krajach pierwszego świata :)

Edited by cyjanobakteria

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

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przed ponad 3000 lat w północnej części Luizjany, w miejscu znanym jako Poverty Point, mieszkały społeczności łowiecko-zbierackie. Naukowcy sądzili dotychczas, że były to proste społeczności, ale archeolog Tristram R. Kidder z University of Washington w Saint Luis przekonuje, że to fałszywy obraz. Wiele bowiem wskazuje na to, że byli wśród nich zręczni inżynierowie oraz osoby zdolne do zorganizowania prac na masową skalę.
      W Poverty Point znajduje się masywny kopiec o wysokości 22 metrów, kilka mniejszych kopców oraz sześć koncentrycznych półkolistych struktur. Wszystko to jest dziełem łowców-zbieraczy, którzy około 3400 lat temu przemieścili ponad 1,5 miliona metrów sześciennych ziemi, by wznieść te struktury. Kidder uważa, że zbudowali w ten sposób ważne miejsce pielgrzymkowe. Zostało ono nagle opuszczone pomiędzy 3200 a 3000 lat temu, a wydarzenie to zbiega się w czasie z powodziami w dolinie Mississippi i zmianami klimatu.
      Na brzegach konstrukcji znaleziono liczne artefakty, co wskazuje, że ludzie tam mieszkali. Jednak najbardziej zaskakujące jest tempo wzniesienia kopca i koncentryczny półokręgów oraz ich niezwykła odporność na warunki atmosferyczne.
      Kidder i jego zespół prowadzili prace na stanowisku Ridge West 3, tym samym, które z 1991 roku badał znany archeolog Jon Gibson. Teraz, dzięki wykorzystaniu nowoczesnych technik badawczych, w tym datowania radiowęglowego, analiz mikroskopowych i pomiarów magnetycznych, naukowcy dowiedli, że struktury powstały bardzo szybko. Nie zauważono bowiem żadnych śladów wietrzenia pomiędzy poszczególnymi warstwami, a takie ślady by były, gdyby zrobiono chociażby krótką przerwę w budowie. To zaś oznacza, że w krótkim czasie zorganizowano dużą grupę ludzi, którzy pod kierownictwem i zgodnie z planem byli w stanie wznieść masywne struktury. Taki sposób organizacji przeczy postrzeganiu prostych społeczności łowiecko-zbierackich.
      Tym, co jeszcze bardziej imponuje, jest odporność całej struktury na warunki zewnętrzne. Jest ona praktycznie nienaruszona. Tymczasem Poverty Point znajduje się zaledwie ok. 320 km od Zatoki Meksykańskiej. Z powodu jej bliskości w miejscu tym mamy do czynienia z intensywnymi opadami, co czyni wszelkie konstrukcje ziemne niezwykle podatnymi na erozję. Gdy uczeni zbadali materiał wykorzystany do budowy kopca i półokręgów, okazało się, że składa się on ze starannie dobranych proporcji gliny, mułu i piasku. Rzymianie mieli swój słynny beton, a Chińczycy budowali trwałe konstrukcje z ubijanej ziemi. Tutejsza ludność opracowała przepis na takie mieszanie różnych materiałów, by uzyskać z tego bardzo trwały materiał. Był on odporny na erozję, mimo że go nie ubijano. To coś, na co współcześni inżynierowie wciąż nie wpadli, stwierdza Kidder.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od kiedy na całym świecie, w związku z epidemią COVID-19, gwałtownie wzrosło zapotrzebowanie na maseczki, pojawiły się problemy z zapewnieniem tego środka ochronnego pracownikom służby zdrowia. Stąd też apele, o noszenie własnoręcznie wykonanych maseczek. Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne informuje na łamach swojego pisma ACS Nano, że maseczkę najlepiej wykonać z połączenia bawełny i  syntetycznego szyfonu. Najlepiej odfiltruje ona aerozole.
      Najdrobniejsze z wydychanych przez nas cząstek z łatwością prześlizgują się przez różne tkaniny. Stąd też rodzi się pytanie, z jakich materiałów powinna być wykonana maseczka domowej roboty. Postanowił na nie odpowiedzieć Supratik Guha i jego koledzy z University of Chicago.
      Naukowcy wykorzystali specjalną komorę do mieszania aerozoli, w której wytwarzali cząstki wielkości od 10 nm do 6 mn. Wentylator kierował aerozole w stronę tkaniny, a zespół sprawdzał, liczbę i rozmiary cząstek aerozoli, które przedostały się przez tkaniny. Okazało się, że najlepszym rozwiązaniem jest połączenie jednej warstwy gęstej bawełny z dwiema warstwami szyfonu. W badaniu użyto szyfonu składającego się w 90% z poliestru i 10% z lycry. Taka maseczka zatrzymuje – w zależności od wielkości cząstek – od 80 do 99 procent aerozolu.
      Szyfon można zastąpić naturalnym jedwabiem lub flanelą i całość sprawdzi się niemal równie dobrze.
      Naukowcy wyjaśniają, że gęsto utkany materiał, jak bawełna, działa jak bariera mechaniczna. Z kolei szyfon czy naturalny jedwab, które przechowują statyczne ładunki elektryczne, działają jak bariera elektrostatyczna.
      Najważniejsze jest jednak dokładne zakładanie maseczki. Jej niewłaściwe założenie, gdy powietrze będzie uciekało bokiem, zmniejsza skuteczność maseczki nawet o 60%.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chińscy archeolodzy potwierdzili, że znaleziony w urnie z czasów neolitycznej kultury Yangshao zwęglony materiał to pozostałości jednej z najstarszych na świecie jedwabnych tkanin. Urnę odkryto na stanowisku Wanggou w prowincji Henan.
      Z pomocą testu ELISA opracowanego przez ekspertów z Chińskiego Narodowego Muzeum Jedwabiu potwierdzono, że zwęglona tkanina z urny to jedwab - powiedział na konferencji prasowej kurator Zhao Feng.
      Gu Wanfa, dyrektor Instytutu Badania Zabytków i Archeologii w Zhengzhou, ujawnił, że w Henanie odkryto klaster ruin z okresu kultury Yangshao sprzed 5-7 tys. lat.
      Tkanina z Wanggou ma 5300-5500 lat. Inne stare potwierdzone przypadki tkaniny jedwabnej pochodzą z czasów kultury Lianghzu i mają 4200-4400 lat - opowiada Gu.
      W książce A History of Chinese Science and Technology (t. II) Wydawnictwa Prasowego Uniwersytetu Jiao Tong w Szanghaju napisano, że w 1958 r. specjaliści zaangażowani w badania archeologiczne prowincji Zhejiang odkryli na stanowisku Qianshanyang (kultura Liangzhu) w Huzhou bambusowy koszyk, w którym znajdowały się m.in. tekstylia. Naukowcy z Instytutu Tekstyliów oraz Uniwersytetu Technologicznego Zhejiangu zidentyfikowali je jako materiał jedwabny, a także jedwabne włókna i wstążki. Później zespół z Instytutu Archeologicznego prowincji odkrył na stanowisku jedwabne wstążki sprzed ok. 4 tys. lat.
      W publikacji mówi się również o innym przypadku - skrawkach jedwabiu i tkanin z materiałów roślinnych sprzed ok. 5500 lat; odkopano je w latach 80. XX w. na neolitycznym stanowisku w Qingtai Village.
      Na stanowisku Wanggou resztki jedwabiu znaleziono w czaszce dziecka. Wanfa uważa, że odkrycie sugeruje, w owym czasie chińska technologia produkcji jedwabiu już raczej dojrzewała, niż dopiero się zaczynała.
      Ponieważ kształt urny nawiązuje do wyglądu kokonu jedwabników, Zhao Feng przypuszcza, że chowając w ten sposób swoich zmarłych, kiedyś ludzie chcieli, by powstali oni z martwych, tak jak dorosły motyl wydostaje się z kokonu.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dzięki „szczęśliwemu wypadkowi” naukowcy z University of Massachusetts w Lowell otrzymali nową stabilną formę węgla. Wydaje się mieć ona wyjątkowe właściwości: jest twardsza od stali, równie dobrze przewodzi prąd, a jej powierzchnia jest połyskliwa jak polerowanego aluminium. Najbardziej zaś zaskakujący jest fakt, iż nowa forma wydaje się ferromagnetykiem i utrzymuje tę właściwość w temperaturach dochodzących do 125 stopni Celsjusza. O odkryciu poinformował fizyk Joel Therrien podczas International Symposium on Clusters and Nanomaterials.
      Słuchający jego wystąpienia specjaliści byli podekscytowani, ale i ostrożnie podeszli do tych rewelacji. Qian Wang, fizyk z Uniwersytetu Pekińskiego, stwierdziła: gdy opublikują wyniki swoich badań i zostaną one potwierdzone przez innych, spotka się to z olbrzymim zainteresowaniem. Jeśli materiał ten wykazuje właściwości magnetyczne, to może być bardzo użyteczny przy budowie bioczujników czy nośników leków. Uczona zwraca uwagę, że węgiel jest lżejszy niż inne ferromagnetyki, a ponadto nie jest toksyczny.
      Robert Whetten, materiałoznawca z Northern Arizona University, stwierdził, że on dał się przekonać Therrienowi. Przypomina, że gdy w połowie lat 80. ogłaszano odkrycie kulistego fullerenu C60, to spotkało się to z równie dużym sceptycyzmem. Przypomina jednak, że już wcześniej pojawiły się twierdzenia o odkryciu magnetyzmu w czystym węglu, a później okazywało się, iż próbki były zanieczyszczone.
      Na razie naukowcom udało się uzyskać jedynie cienkie warstwy nowego materiału, które badali za pomocą mikroskopów elektronowych i spektrometrów rentgenowskich. Wszyscy zwracają uwagę, że potrzebne są kolejne badania.
      Sumio Iijima, ekspert od nanomateriałów z Meijo University, który w 1991 roku odkrył węglowe nanorurki mówi, że zaprezentowane dane „nie są wystarczająco dobre”, by przekonać go, iż Amerykanie odkryli nowy alotrop węgla. Chce, by na większej próbce przeprowadzono badania metodą krystalografii rentgenowskiej. Dopiero to pozwoli na określenie struktury materiału.
      Therrien mówi, że nowy materiał uzyskano podczas nieudanych próby syntezy pentagrafenu. To teoretycznie przewidywana forma węgla, w której atomy są połączone w kształt pierścieni składających się z pięciu elementów. Dotychczas nikt jej nie uzyskał. Uczony chciał wykorzystać technikę pozwalającą na wymuszenie nietypowej struktury atomowej. Do komory służącej do chemicznego osadzania z fazy gazowej włożył folię miedzianą spełniającą formę katalizatora i podgrzał ją do temperatury około 800 stopni Celsjusza. Zamiast jednak wpompować do środka prosty gaz, jak metan, użył bardziej złożonego 2,2 dimetylbutanu.
      Po skończeniu zajęć ze studentami Therrien wrócił do laboratorium i poczuł zapach smoły. Wnętrze komory było pokryte czarnym osadem, jednak na miedzianej folii pojawiła się jasna, błyszcząca warstwa.
      Po dwóch latach eksperymentów z różnymi heksanami jego zespół nauczył się odtwarzać uzyskaną substancję na podłożach o grubości do 1 mikrometra i długości kilku centymetrów. Naukowcy twierdzą, że otrzymują w ten sposób pofałdowane warstwy węgla złożone pierścieni, na których składa się 6 lub 12 atomów połączonych wiązaniami kowalencyjnymi.
      Podczas wspomnianego sympozjum pokazano film, na którym widać, że zawieszone w kroplach wody kawałki nowego materiału reagują na magnes, a najbardziej sensacyjnym jest stwierdzenie, iż właściwości magnetyczne występują w temperaturze d0 125 stopni, czyli w takim zakresie, w jakim pracują silniki czy komputery. Therrien mówi, że próbowano zarysować nowy materiał za pomocą stali i się nie udało. Zarysowuje go diament. Inną niezwykłą właściwością jest wysoki połysk. Dotychczasowe pomiary wykazały, że materiał odbija ponad 90% światła w zakresach od dalekiego ultrafioletu po połowę podczerwieni.
      Nowy materiał przewodzi ładunki elektryczne niemal równie dobrze jak stal, a po poddaniu go powolnemu wyżarzaniu do temperatury 1000 stopni Celsjusza, pojawia się w nim pasmo zabronione, staje się więc półprzewodnikiem.
      Naukowcy nie nadali mu jeszcze nazwy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przeprowadzone przez NASA badania potwierdziły, że Saturn niszczy swoje pierścienie w maksymalnym tempie oszacowanym przez misje Voyager 1 i 2. Pierścienie są ściągane na powierzchnię planety, na którą spada tworzący je lód i pył.
      Szacujemy, że z pierścieni opada na Saturna tyle wody, że w ciągu pół godziny wypełniłaby ona basen olimpijski. W tym tempie pierścienie Satruna znikną w ciągu 300 milionów lat, jeśli jednak weźmiamy pod uwagę nie tylko dane z Voyagerów, ale też to, co przekazała sonda Cassini na temat materiału opadającego na równik Saturna, to możemy stwierdzić, że pierścienie znikną w czasie krótszym niż 100 milionów lat. To bardzo szybko, biorąc pod uwagę fakt, że Saturn liczy sobie ponad 4 miliardy lat, mówi James O'Donoghue z Goddard Space Flight Center, główny autor badań dotyczących pierścieni Saturna.
      Naukowcy od dawna zastanawiali się, że Saturn narodził się z pierścieniami, czy też nabył je później. Najnowsze badania sugerują, że prawdziwy jest drugi z tych scenariuszy. Uczeni sądzą, że pierścienie liczą sobie nie więcej niż 100 milionów lat. Tyle bowiem czasu musiało zająć pierścieniowi C dojście do obecnego stanu, zakładając, że pierwotnie był on równie gęsty co pierścień B.
      Zdaniem O'Donoghue pierścienie Saturna znajdują się obecnie w połowie swojego życia. Niewykluczone też, że w przeszłości równie gęste pierścienie miały Jowisz, Uran i Neptun. Obecnie pozostały im jednie ich resztki.
      Nie wiadomo, skąd się wzięły pierścienie wokół planety. Jedna z teorii mówi, że mogą być one pozostałościami po księżycach, które zaczęły się zderzać, gdy ich orbity zakłóciła przelatująca obok kometa lub asteroida.
      Pierwsze sygnały o zanikających pierścieniach Saturna przesłały nam Voyagery. Na zgromadzonych przez nie danych widoczne były zarówno dziwne zmiany w naładowaniu jonosfery Saturna, różnice w gęstości pierścieni jak i wąskie ciemne pasy wokół planety. Kilka lat później Jack Connerney z NASA opublikował pracę, w której wysunął teorię, że wszystkie te zjawiska są połączone i mają związek z opadaniem materiału z pierścieni na planetę.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...