Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Niezwykły materiał przewodzi prąd jak metal, można go formować jak plastik

Recommended Posts

Naukowcy z University of Chicago opracowali sposób na wytwarzanie materiału, który można produkować równie łatwo jak plastik, ale który przewodzi elektryczność tak dobrze, jak metale. Na łamach Nature uczeni opisali, w jaki sposób stworzyć dobrze przewodzący materiał, którego molekuły są nieuporządkowane. Jego istnienie przeczy temu, co wiemy o elektryczności.

Nasze odkrycie pozwala na stworzenie nowej klasy materiałów, które przewodzą elektryczność, są łatwe w kształtowaniu i bardzo odporne na warunki zewnętrzne, mówi jeden z głównych autorów badań, profesor John Anderson. To sugeruje możliwość istnienia nowej grupy materiałów, niezwykle ważnej z technologicznego punktu widzenia, dodaje doktor Jiaze Xie.

Materiały przewodzące są nam niezbędne w codziennym życiu. To dzięki nim funkcjonują urządzenia napędzane prądem elektrycznym. Najstarszą i największa grupą takich materiałów są metale, jak miedź czy złoto. Około 50 lat temu stworzono przewodniki organiczne, w których materiał wzbogacany jest o dodatkowe atomy. Takie przewodniki są bardziej elastyczne i łatwiej jest je przetwarzać niż metale, jednak są mało stabilne i w niekorzystnych warunkach – przy zbyt wysokiej temperaturze czy wilgotności – mogą tracić swoje właściwości.

I metale i przewodniki organiczne mają pewną cechę wspólną – są zbudowane z uporządkowanych molekuł. Dzięki temu elektrony mogą z łatwością się w nich przemieszczać. Naukowcy sądzili więc, że warunkiem efektywnego przewodnictwa jest uporządkowana struktura przewodnika.

Jiaze Xie zaczął jakiś czas temu eksperymentować z wcześniej odkrytymi, jednak w dużej mierze pomijanymi, materiałami. Długie łańcuchy węgla i siarki poprzeplatał atomami niklu. Ku zdumieniu jego i jego kolegów okazało się, że taka nieuporządkowana struktura świetnie przewodzi prąd. Co więcej, okazała się bardzo stabilna. Podgrzewaliśmy nasz materiał, schładzaliśmy, wystawialiśmy na działanie powietrza i wilgoci, nawet zamoczyliśmy w kwasie i nic się nie stało, mówi Xie. Najbardziej jednak zdumiewający był fakt, że struktura materiału była nieuporządkowana. On nie powinien tak dobrze przewodzić prądu. Nie mamy dobrej teorii, która by to wyjaśniała, przyznaje profesor Anderson.

Andreson i Xie poprosili o pomoc innych naukowców ze swojej uczelni, by wspólnie zrozumieć, dlaczego materiał tak dobrze przewodzi elektryczność. Obecnie naukowcy sądzą, że tworzy on warstwy. I pomimo, że poszczególne warstwy nie są uporządkowane, to tak długo, jak się ze sobą stykają, elektrony mogą pomiędzy nimi swobodnie przepływać.

Jedną z olbrzymich zalet nowego materiału jest możliwość łatwego formowania. Metale zwykle trzeba stopić, by uzyskać odpowiedni kształt. To proces nie tylko energochłonny, ale i poważnie ograniczający ich zastosowanie, gdyż oznacza, że inne elementu budowanego układu czy urządzenia muszą wytrzymać wysokie temperatury podczas produkcji. Nowy materiał pozbawiony jest tej wady. Można go uzyskiwać w temperaturze pokojowej i używać tam, gdzie występują wysokie temperatury, środowisko kwasowe, zasadowe czy wysoka wilgotność. Dotychczas wszystkie tego typu zjawiska poważnie ograniczały zastosowanie nowoczesnych technologii.

Badania nad nowym materiałem są finansowane przez Pentagon, Departament Energii oraz Narodową Fundację Nauki.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Prawda jest taka:

wszystko ( wszelki materiał o dowolnej gęstosci ) przewodzi prąd z tym, iż z różną prędkoscią. 

Nawet próżnia nie wydaje się być taka próżna.

P.S.

Gdyby tak nie było, Wszechswiat (The Universe) nie mógłby funkcjonować jako samodzielna jednostka samobilansująca.

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
      Plastikowe słomki są niebezpieczne dla ekosystemów morskich, mogą łatwo ranić zwierzęta, nie są biodegradowalne, są rzadko zbierane i poddawane recyklingowi. Jednak ich alternatywy również sprawiają wiele problemów. Papierowe słomki w kontakcie z płynem łatwo rozmiękają, więc są pokrywane plastikiem. To nie do końca chroni przed rozmiękaniem gdyż plastik nie łączy się dobrze z papierem, powierzchnia takich słomek wzmaga musowanie napojów gazowanych, używany w nich plastik również nie jest biodegradowalny, a jako że słomki są wykonane z połączenia dwóch materiałów, są bardzo trudne w recyklingu.
      Naukowcy z Koreańskiego Instytutu Badawczego Technologii Chemicznych (KRICT) wykorzystali dobrze znany w pełni biodegradowalny poli(bursztynian butylenu) – PBS – do którego dodali nieco nanokryształów celulozy. Powstał materiał do pokrywania papierowych słomek. Jako że zawiera on nanokryształy celulozy, które są głównym składnikiem papieru, powstał w pełni biodegradowalny plastik, który ściśle przylega do papierowych rurek. Pokryte nim rurki nie rozmiękają, ani nie wzmagają musowania. Eksperymenty wykazały, że takie słomki dobrze sprawują się w napojach zimnych i gorących, sprawdzają się zarówno w wodzie, herbacie, napojach gazowanych, mleku i innych płynach.
      Koreańczycy badali też stopień rozmiękania ich produktu w porównaniu ze standardowymi rurkami papierowymi. Gdy standardową papierową rurkę zanurzyli na 1 minutę w wodzie o temperaturze 5 stopni Celsjusza, a następnie obciążyli ją masą 25 gramów, doszło do jej znacznego wygięcia. Nowa rurka niemal się nie wygięła, nawet po obciążeniu masą 50 gramów.
      Sprawdzono też tempo, w jakim nowe rurki ulegają biodegradacji. Badania prowadzono zanurzając próbki na głębokość 1,5–2 metrów w morzu w pobliżu miasta Pohang. Standardowe plastikowe rurki oraz rurki wykonane z kukurydzy nie uległy żadnej biodegradacji po 120 dniach. Konwencjonalne papierowe rurki straciły w tym czasie jedynie 5% wagi. Tymczasem rurki opracowane przez KRICT uległy całkowitemu rozkładowi.
      Oczywiście zastąpienie plastikowych słomek ich w pełni biodegradowalnymi alternatywami nie doprowadzi do natychmiastowej zmiany stanu środowiska. Jednak pozytywne skutki będą kumulowały się w czasie, a jeśli będziemy stopniowo zastępowali plastik jego równie dobrymi, ale bezpiecznymi dla ludzi i środowiska alternatywami, przyszły ekosystem Ziemi będzie miał się znacznie lepiej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej stoją na czele międzynarodowej grupy badawczej prowadzącej wraz z partnerami biznesowymi projekt, którego celem jest sprawdzenie możliwości pozyskiwania cennych metali z wód podziemnych. Uczeni zbadają solanki  znajdujące się na terenie Polski, Czech, Słowacji, Węgier, Hiszpanii i Portugalii. Projektem BrineRIS kieruje dr Magdalena Worsa-Kozak z Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii PWr.
      Uczeni przeprowadzą analizy 12 wybranych źródeł i będą badali możliwość pozyskiwania z nich np. litu jedną z trzech rozwijanych właśnie technologii. Lit jest tutaj szczególnie pożądanym metalem. Wykorzystuje się go m.in. do budowy akumulatorów samochodowych. W związku z rosnącą popularnością samochodów elektrycznych popyt na lit może do końca dekady wzrosnąć nawet pięciokrotnie.
      Obecnie znaczną część litu pozyskuje się ze zbiorników solankowych na wysoko położonych obszarach Boliwii, Argentyny czy Chile. Najpierw bogate w lit wody są pompowane do stawów ewaporacyjnych, tam przez kilka miesięcy woda odparowuje, następnie z osadu pozyskiwany jest węglan litu, który poddaje się kolejnym obróbkom. Jednak taki sposób pozyskiwania litu ma negatywny wpływ na środowisko naturalne. Stawy zajmują olbrzymie powierzchnie, prowadzi to też do obniżenia poziomu wód gruntowych z powodu wypompowywania solanek. Kolejnym problemem są środki chemiczne używane w tej metodzie.
      Dlatego też w wielu miejscach prowadzi się prace nad technologiami bezpośredniej ekstrakcji litu. Są one niezależne od pogody, ale problem stanowi cena energii elektrycznej używanej w tej metodzie.
      Rozwiązaniem może być sięgnięcie do solanek geotermalnych. Można by z nich uzyskiwać lit, a cały proces byłby zasilany energią pozyskiwaną z samej solanki. W ramach projektu BrineRIS analizowane będą dane dotyczące występowania solanek oraz ich składu, ze szczególnym uwzględnieniem litu, strontu i baru. Obecnie te dane są bardzo rozproszone. Nie ma jednego miejsca, w którym zainteresowany przedsiębiorca mógłby przejrzeć przekrojowo takie informacje. Do tego część np. badań składu chemicznego solanek została przeprowadzona w ramach projektów naukowych czy inwestycyjnych związanych z innymi tematami i te dane nie zostały nigdy przeanalizowane pod kątem odzysku pierwiastków, ani w jakiejkolwiek formie upublicznione, mówi dr Worsa-Kozak.
      Ponadto przeprowadzona zostanie analiza solanek pod kątem pozyskania z nich litu za pomocą jednej z trzech technologii. Elektrolitycznymi metodami pozyskiwania tego pierwiastka zajmą się naukowcy z Uniwersytetu Gandawskiego, technologią adsorbcyjną specjaliści z fińskiej służby GTK, a ekstrakcją rozpuszczalnikową GTK we współpracy z Politechniką Wrocławską.
      Będziemy także analizować te solanki, które mają niższe temperatury, czyli np. około 40 czy 60 stopni C. i w związku z tym nie nadają się do produkcji energii elektrycznej. Mogą natomiast być odpowiednie do produkcji ciepła i dlatego naukowcy z TU Freiberg będą klasyfikować te solanki, z których ciepło można byłoby wykorzystywać do poprawy samego procesu technologicznego, np. do podgrzania chłodniejszej wody i poprawy efektywności testowanych technologii, zmniejszając ich koszty, dodaje kierująca projektem.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ekotoksykolog Heahter Leslie i chemik Maria Lamoree z Vrije Universiteit Amsterdam wraz z zespołem jako pierwsi wykazali, że plastik, którym zanieczyściliśmy środowisko naturalne, trafił już do ludzkiej krwi. Wyniki ich badań, prowadzonych w ramach projektu Immunoplast, zostały opublikowane na łamach pisma Environment International.
      Grupa naukowców z Amsterdamu opracowała metodę pozwalającą na odnalezienie plastiku we krwi człowieka. Do badań zaangażowano 22 anonimowych dawców, a ich krew sprawdzono pod kątem obecności pięciu różnych polimerów, wchodzących w skład tworzyw sztucznych.
      Polimery znaleziono u 3/4 badanych. Tym samym po raz pierwszy udowodniono, że obecny w środowisku mikroplastik przenika na naszej krwi. Wcześniej wiedzieliśmy tylko, że istnieje taka możliwość, gdyż wskazywały na nią eksperymenty laboratoryjne. Tym razem mamy dowód, że nasz organizm absorbuje plastik podczas codziennego życia, a tworzywa sztuczne trafiają do krwi.
      Średnia koncentracja plastiku we krwi wszystkich 22 badanych wynosiła 1,6 mikrograma na mililitr. To mniej więcej łyżeczka plastiku na 1000 litrów wody.
      Najczęściej występującym we krwi rodzajem plastiku były poli(tereftalan etylenu) – czyli PET, z którego wytwarza się plastikowe butelki na wodę i napoje – polietylen, popularne tworzywo do produkcji m.in. plastikowych woreczków, tzw. zrywek rozpowszechnionych w handlu spożywczym oraz polistyren, z którego powstaje styropian, szczoteczki do zębów czy zabawki. We krwi badanych znaleziono też poli(metakrylan metylu), PMMA, główny składnik szkła akrylowego. Naukowcy odkryli też polipropylen, jednak jego koncentracja we krwi była zbyt mała, by dokonać precyzyjnych pomiarów.
      Dzięki badaniom Leslie i Lamoree uczeni będą mogli pójść dalej. Teraz kolejne zespoły naukowe będą mogły poszukać odpowiedzi na pytania o to, jak bardzo nasze ciała są zanieczyszczone plastikiem, na ile łatwo mikroplastik może przenikać z krwi do różnych tkanek ludzkiego organizmu oraz czy niesie to ze sobą zagrożenie dla zdrowia, a jeśli tak, to jakie są to zagrożenia.
      Obecne prace badawcze zostały sfinansowane przez niedochodową organizację Common Seas oraz założone przez holenderskie Ministerstwo Zdrowia i Holenderską Organizację Badań Naukowych konsorcjum ZonMw zajmujące się badaniem kwestii zdrowia publicznego.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W nadchodzących dekadach przewidywany jest gwałtowny wzrost zapotrzebowania na akumulatory dla samochodów elektrycznych. Tymczasem już teraz są problemy z dostawami miedzi, kobaltu, litu czy niklu. Możemy więc spodziewać się problemów z realizacją zamówień na metale i wzrostu cen. Niektóre firmy chcą więc wydobywać metale z dna morskiego. Może nie tyle wydobywać, co wysysać, gdyż pomiędzy Meksykiem a Hawajami na dnie spoczywają grudki zawierające więcej kobaltu i niklu niż wszystkie złoża lądowe. Jednak planom takim sprzeciwia się część naukowców, a w ich ślady idą wielkie światowe koncerny.
      Wydobycie metali znajdujących się na lądach wiąże się z olbrzymim zanieczyszczeniem i zniszczeniem środowiska, łamaniem praw człowieka i emisją gazów cieplarnianych. Dość wspomnieć, że większość światowych zasobów niklu znajduje się pod lasami deszczowymi Indonezji, Demokratyczna Republika Kongo dostarcza 70% kobaltu, a Chiny chętnie używają swojej pozycji na rynku metali ziem rzadkich oraz przetwórcy surowych materiałów w grze politycznej. Im bardziej wyczerpujemy złoża wysokiej jakości, tym bardziej sięgamy po te niższej jakości, z czym wiąże się coraz większe zanieczyszczenie środowiska.
      Pole konkrecjonośne Clarion-Clipperton (CCZ) rozciąga się pomiędzy Meksykiem a Hawajami. To tam na dnie oceanu, na głębokości kilku tysięcy metrów, spoczywają polimetaliczne konkrecje, grudki zawierające duże ilości różnych metali. Kanadyjska firma Metals Company chce być pierwszą, która dostarczy na rynek metale z tych konkrecji. Ma to się stać w 2024 roku.
      Jako, że konkrecje leżą na dnie, nie są potrzebne żadne wiercenia czy kopanie. Metals Company chce wysłać statek, który za pomocą specjalnego urządzenia będzie zasysał grudki. Następnie zostaną one przewiezione do zakładu, który pozyska z nich kobalt, nikiel, miedź czy mangan. Zakład taki będzie prawdopodobnie znajdował się w Teksasie, gdyż jest tam łatwy dostęp do portów oraz tania energia ze źródeł odnawialnych. Kanadyjczycy twierdzą, że chcą pozyskiwać metale wyłącznie za pomocą energii odnawialnej i nie produkując przy tym żadnych odpadów stałych. Nie chcemy, by z rynkiem samochodów elektrycznych stało się to, co z rynkiem półprzewodników, który w tym roku ucierpiał z powodu braku surowców. Pytanie brzmi, gdzie będziemy wydobywać metale. Zróbmy to na podmorskich pustyniach, na równinach abisalnych, miejscach, w których życie występuje bardzo rzadko, w przeciwieństwie do życia w lasach deszczowych. Tam na 1 m2 powierzchni występuje 1500 razy mniej życia niż w lasach deszczowych, mówi Craig Shesky, prezes ds. finansowych Metal Company.
      Jednak sytuacja nie jest taka oczywista. Profesor oceanografii Craig Smith z Uniwersytetu Hawajskiego, który prowadził kilka ekspedycji badawczych w CCZ mówi, że równiny abisalne to bardzo wrażliwy, dziewiczy ekosystem, nietknięty ręką człowieka. I trudno jest w tej chwili ocenić jego wartość. Co prawda ilość biomasy jest tam znacznie mniejsza niż w lasach deszczowych, ale bioróżnorodność jest zadziwiająco duża. Większość gatunków, na które natknęliśmy się podczas naszych badań była wcześniej nieznana nauce. Sądzimy, że to centrum bioróżnorodności, mówi uczony. Jego zdaniem, działania wydobywcze na równinach abisalnych mogą poważnie zaszkodzić, a może nawet całkowicie wytępić wiele gatunków, których jeszcze nie znamy, a osady morskie, wzniesione podczas wydobywania konkrecji, mogą przemieszczać się przez setki kilometrów, zagrażając różnym organizmom na swojej trasie. Poza tym same konkrecje to habitaty tysięcy mikroorganizmów.
      Shesky odpowiada, że 70% organizmów żywych w tamtych regionach to bakterie, a niedawno prowadzone badania wykazały, że wzruszone podczas prac wydobywczych osady opadają szybciej niż dotychczas sądzono. Powołuje się też na badania, które mówią, że wytwarzanie metali z konkrecji będzie powodowało 10-krotnie mniejszą emisję gazów cieplarnianych, niż pozyskiwanie tych samych metali z rud w złożach lądowych.
      Problemem dla Metals Company może być nie tylko postawa naukowców, ale niektórych wielkich koncernów. BMW, Google, Samsung i Volvo oświadczyły, że nie będą kupowały metali pozyskanych z konkrecji, dopóki lepiej nie będziemy rozumieli wpływu ich wydobycia na środowisko naturalne.
      W ubiegłym roku Metals Company przyznała grant w wysokości 2,9 milionów dolarów na zbadanie wpływu działalności wydobywczej w CCZ na środowisko naturalne. Badania mają objąć całą kolumnę wodną, od dna do powierzchni oceanu. Będą je prowadzili naukowcy z Uniwersytetu Hawajskiego, Texas A&M University oraz Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W tworzywach sztucznych używana jest olbrzymia liczba środków chemicznych, z których znaczna część nie została dobrze przebadana, a wiele potencjalnie szkodliwych związków jest dopuszczonych do kontaktu z żywnością. Do takich wniosków doszli naukowcy ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Zurichu (ETH Zurich), którzy stworzyli pierwszą dużą bazę danych monomerów, dodatków i związków ułatwiających produkcję wykorzystywanych w plastikach.
      Szwajcarzy zidentyfikowali w tworzywach sztucznych około 10 500 związków chemicznych. Wśród nich 2489 używanych jest w opakowaniach, do tekstyliów trafia 2429 środków, kontakt z żywnością ma 2109 związków chemicznych, a 522 różne związki są wykorzystywane do produkcji zabawek. Z kolei w urządzeniach medycznych, w tym maseczkach, znajdziemy 247 związków chemicznych.
      Co więcej, spośród wspomnianych 10 500 substancji aż 2480 (24%) to związki o potencjalnie szkodliwym wpływie na zdrowie. To oznacza, że niemal 1/4 wszystkich chemikaliów używanych w plastikach to albo związki wysoce stabilne, albo akumulują się w organizmie, albo są toksyczne. Są to często substancje toksyczne dla zwierząt wodny, powodujące nowotwory lub uszkadzające konkretne narządy, mówi główna autorka badań, Helene Wiesinger. Uczona dodaje, że niemal połowa z tych potencjalnie szkodliwych substancji jest masowo produkowana w Unii Europejskiej lub Stanach Zjednoczonych.
      Najbardziej uderzający jest fakt, że wiele z tych potencjalnie niebezpiecznych substancji podlega bardzo słabym regulacjom lub nie są dokładnie opisane, mówi Wiesinger. Z badań wynika, że aż 53% potencjalnie niebezpiecznych substancji w ogóle nie podlega żadnym regulacjom ani w USA, ani w UE, ani w Japonii. Jeszcze bardziej zaskakujący jest fakt, ze 901 potencjalnie niebezpiecznych substancji zostało zatwierdzonych do kontaktu z żywnością. A dla około 10% takich substancji Szwajcarzy nie znaleźli żadnych opracowań naukowych.
      Tworzywa sztuczne wytwarzane są z organicznych polimerów zbudowanych z powtarzających się monomerów. W czasie produkcji dodaje się wiele różnych związków chemicznych, jak przeciwutleniacze, plastyfikatory, opóźniacze spalania itp. itd., które nadają plastikom pożądne właściwości. Ponadto używa się katalizatorów, rozpuszczalników i innych związków ułatwiających sam proces produkcyjny oraz obróbkę plastiku.
      Badacze, ustawodawcy i sam przemysł skupiają się głównie na niewielkiej liczbie niebezpiecznych chemikaliów, o których wiadomo, że znajdują się w plastikach, mówi Wiesinger. Tymczasem wiemy, że plastikowe opakowania to główne źródło organicznych zanieczyszczeń żywności, a ftalany i bromowane opóźniacze spalania wykrywane są w kurzu i powietrzu w pomieszczeniach. Coraz częściej ukazują się też badania dowodzące, że w tworzywach sztucznych znajduje się znacznie więcej niebezpiecznych substancji niż przypuszczano.
      Jednak Szwajcarów najbardziej zaskoczył i zmartwił fakt, że wykorzystuje się tak wiele potencjalnie niebezpiecznych substancji. Kontakt z takimi substancjami może mieć negatywny wpływ na zdrowie konsumentów, pracowników fabryk plastiku oraz na środowisko. Wpływają one też negatywnie na proces recyklingu, jego bezpieczeństwo i jakość przetworzonego plastiku.
      Nie można jednak wykluczyć, że potencjalnie niebezpiecznych jest znacznie więcej substancji. Szwajcarzy zauważają, że 4100 (39%) chemikaliów, które zidentyfikowali w plastikach, nie zostało nigdzie zakwalifikowanych pod względem bezpieczeństwa.
      Uczeni zbierali dane do swojej pracy przez ponad 2,5 roku. W tym czasie przeanalizowali ponad 190 publicznie dostępnych źródłem informacji z instytucji badawczych, przemysłu oraz źródeł urzędowych. Znaleźliśmy wiele luk w tych danych. Braki dotyczyły szczególnie opisu substancji i ich konkretnych zastosowań. To zaś negatywnie wpływa na możliwość podjęcia przez konsumenta decyzji, co do plastiku, jaki chce używać.
      Wyniki badań zostały opisane w artykule Deep Dive into Plastic Monomers, Additives, and Processing Aids.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...