Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Nowy niezwykle wytrzymały stop miedzi dla przemysłu kosmicznego i obronnego
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
W lutym i marcu do amerykańskiego Fermilab dostarczono trzy zestawy miedzianych płyt, które natychmiast zostały zabrane do magazynu znajdującego się 100 metrów pod ziemią. Miedź wydobyto w Finlandii, walcowano w Niemczech i dostarczono do USA, a wszystko odbyło się w ciągu zaledwie 120 dni. Pośpiech był bardzo wskazany. Miedź posłuży do wykrywania ciemnej materii i musi być jak najbardziej czysta, a każdy dzień, jaki spędziła na powierzchni ziemi przyczyniał się do jej zanieczyszczenia.
Jak wyjaśnia Dan Bauer z Fermilab, powierzchnia Ziemi jest zalewana ciągłym deszczem promieni kosmicznych. Gdy pochodzące z kosmosu cząstki uderzają w atomy miedzi, wybijają z nich protony i neutrony. Powstaje kobalt-60. Jest on radioaktywny, a więc niestabilny, zatem spontanicznie rozpada się na inne cząstki. Dla codziennego użycia miedzi nie ma to żadnego znaczenia, jednak wspomniane płyty zostaną wykorzystane w eksperymencie o nazwie Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS), więc Bauer i jego koledzy muszą być pewni, że miedź jest jak najbardziej czysta.
Eksperyment SuperCDMS będzie prowadzony w podziemnym laboratorium SNOLAB z Kanadzie. Z płyt powstanie sześć naczyń przypominających duże puszki na napoje. Będą one wchodziły jedna w drugą. Najbardziej wewnętrzne z naczyń będzie zawierało germanowe i krzemowe urządzenia, których zadaniem będzie wykrywanie WIMP-ów, czyli masywnych słabo reagujących cząstek. Naukowców szczególnie interesują WIMP o masie mniejszej niż 1/10 masy protonu.
Średnica najbardziej zewnętrznej „puszki” wyniesie nieco ponad 1 metr. Całość, zwana SNOBOX, będzie podłączona do specjalnego urządzenia, które schłodzi germanowe i krzemowe czujniki do ułamków stopnia powyżej zero absolutnego. W takich temperaturach drgania wywołane przepływem ciepła są tak minimalne, że urządzenia powinny zarejestrować drgania spowodowane uderzeniem WIMP-a w atom. Bauer mówi, że cały eksperyment jest poszukiwaniem igły w stogu siana. W najlepszym wypadku uda nam się zarejestrować może kilka WIMP rocznie.
Eksperyment prowadzony będzie dwa kilometry pod ziemią. Czujniki zostaną zamknięte we wspomnianych miedzianych puszkach, a całość będzie dodatkowo chroniona warstwami ołowiu, plastiku i wody. Wszystko po to, by powstrzymać wszelkie inne cząstki – z wyjątkiem WIMP – przed dotarciem do czujników. Jednak pomiędzy czujnikami a miedzią nie będzie żadnej bariery. Dlatego właśnie miedź musi być jak najczystsza. Wszystkie zanieczyszczenia mogą bowiem generować w czujnikach dodatkowe sygnały. Właśnie dlatego naukowcy starają się, by miedź jak najkrócej przebywała na powierzchni ziemi, żeby nie powstawał w niej kobalt-60.
Jednak kobalt nie nie jedyny problem. W skorupie ziemskiej występuje wiele radioaktywnych izotopów uranu, toru czy potasu. Zatem już samo źródło miedzi, kopalnia, musiało być jak najczystsze. Problemem mogą być też pierwiastki, które nie są radioaktywne. Wszelkie znajdujące się w miedzi zanieczyszczenia zmniejszają jej zdolność do odprowadzania ciepła, co utrudni utrzymanie odpowiednio niskiej temperatury czujników. Czystość SuperCDMS musi wynosić ponad 99,99%. Zanieczyszczenia radioaktywne zaś mogą stanowić tam mniej niż 0,1 części na miliard.
Mimo najlepszych starań fińskich i niemieckich specjalistów, nie wszystkie zanieczyszczenia można z miedzi wyeliminować. Chociażby dlatego, że do końca nie wiemy, jakie procesy zachodzą w miedzi podczas jej obróbki. Dlatego też, gdy płyty dotarły do Fermilab zostały pobrane z nich próbki, które trafiły do Pacific Northwest National Laboratory. Tam przeprowadzono testy, mające na celu dokładne opisanie pozostałych zanieczyszczeń.
Wkrótce płyty wyjadą z Fermilab do zakładu, gdzie powstaną z nich „puszki”. Znajdą się wówczas na powierzchni, więc „kobaltowy zegar” będzie tykał. Zatrzyma się dopiero gdy całość trafi do podziemnego laboratorium w Kanadzie.
Ostatnią czynnością, jaką wykonamy przed zabraniem ich pod ziemię będzie spryskanie ich kwasem, który usunie z nich kilkadziesiąt mikrometrów powierzchni, mówi Bauer. Kwas ten to mieszanina wody utlenionej i rozcieńczonego kwasu solnego. Następnie całość zostanie pokryta słabym roztworem kwasu cytrynowego, który będzie chronił „puszki” przed utlenianiem w czasie prowadzenia eksperymentu.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Nowa elektroda, opracowana na MIT, pozwoli na zbudowanie akumulatorów, które przechowują więcej energii i pracują dłużej. Litowa anoda to efekt współpracy naukowców z MIT ze specjalistami z Hongkongu, Florydy i Teksasu.
Jednym z największych problemów ze współczesnymi akumulatorami wynika z faktu, że w miarę ładowania akumulatora lit się rozszerza, a podczas rozładowywania kurczy się. Te ciągłe zmiany rozmiarów prowadzą do pękania lub odłączania się elektrolitu. Inny problem stanowi fakt, że żaden z używanych stałych elektrolitów nie jest tak naprawdę chemicznie stabilny w kontakcie z wysoko reaktywnym litem, ulega więc degradacji.
Większość badań, mających na celu rozwiązanie tych problemów, poszukuje stabilnego elektrolitu. To jednak jest trudne.
Naukowcy z MIT podeszli do problemu inaczej. Wykorzystali dwa dodatkowe materiały. Jeden nazwali „zmieszanymi przewodnikami jonowo-elektronicznymi” (MIEC), a drugi to „izolatory elektronu i jonu litowego” (ELI).
Uczeni stworzyli trójwymiarową nanostrukturę przypominająca plaster miodu. Została ona zbudowana z heksagonalnych rurek MIEC częściowo wypełnionych litem. W każdej z rurek pozostawiono nieco wolnego miejsca. Gdy lit się rozszerza podczas ładowania, wypełnia puste miejsca w rurkach, poruszając się jak ciecz, mimo że zachowuje przy tym krystaliczną strukturę ciala stałego. Przepływ ten łagodzi naprężenia powstające podczas rozszerzania się litu, ale jednocześnie nie powoduje ani zmiany zewnętrznych rozmiarów elektrody, ani zmiany jej styku z elektrolitem. Drugi zaś ze wspomnianych materiałów, ELI, jest kluczowym mechanicznym łączem pomiędzy ściankami MIEC a stałym elektrolitem.
Rozszerzający się i kurczący lit przemieszcza się tak, że nie wywiera nacisku na elektrolit, więc go nie niszczy. Twórcy anody porównują to do tłoków poruszających się w cylindrach. Jako, że całość jest jest zbudowana w skali nano, a każda z rurek ma średnicę 100-300 nanometrów, całość jest jak silnik z 10 miliardami tłoków, mówi główny autor badań, profesor Ju Li.
Jako, że ścianki całej struktury wykonano z chemicznie stabilnego MIEC, lit nigdy nie traci kontaktu z materiałem. Cały akumulator pozostaje więc mechanicznie i chemiczne stabilny, dodaje Li. Naukowcy przetestowali swoją anodę podczas 100 cykli ładowania/rozładowywania i wykazali, że w elektrolicie nie powstały żadne pęknięcia.
Naukowcy twierdzą, że ich projekt pozwoli na stworzenie akumulatorów litowych, w których anoda będzie 4-krotnie lżejsza na jednostkę pojemności niż obecnie. Jeśli dodamy do tego nowe pomysły na lżejszą katodę, całość może prowadzić do znaczącego obniżenia wagi akumulatora. Dzięki nowemu akumulatorowi nowoczesne smartfony można by ładować raz na 3 dni.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Miedziana opaska dowodzi, że przed tysiącami lat mieszkańcy Ameryki prowadzili handel na znacznie szerszą skalę, niż można było przypuszczać. Niespodziewanego odkrycia dokonali naukowcy z Binghamton University pracujący pod kierunkiem Matthew Sangera.
Nasze badania pokazały, że Amerykanie żyjący przed 3500 lat tworzyli znacznie szersze sieci handlowe, niż dotychczas przypuszczaliśmy. Rozciągały się one na odległość ponad 1500 kilometrów i obejmowały regiony, o których nie wiedzieliśmy, że były połączone, jak na przykład Wielkie Jeziora i wybrzeże południowo-wschodnie, mówi Sanger.
Wciąż próbujemy zrozumieć naturę tych sieci handlowych. Jednak dotychczasowe badania sugerują, że służyły one nie tylko przemieszczaniu towarów, jak miedziana opaska, którą znaleźliśmy, ale mogły być też trasą, po której przenosiły się wierzenia, wartości kulturowe i normy społeczne. Jednym z elementów, sugerujących istnienie takiej niematerialnej wymiany, jest powszechność kremacji wzdłuż tras handlu miedzią pomiędzy tymi dwoma regionami, dodaje uczony.
Miedziana opaska, nieco szersza niż bransoleta, została znaleziona w miejscu pochówku co najmniej siedmiu osób u wybrzeży Georgii. Wcześniej miedź i kremacje pochodzące sprzed 3000 – 8000 lat temu były bardzo rzadko, o ile w ogóle, znajdowane na południowym-wschodzie USA.
Opaska i skremowane zwłoki znaleziono w samym środku warstw pochodzących z późnego okresu archaicznego. Archeolodzy sądzą, że miejsce wykopalisk było zarówno siedliskiem ludzkim, jak i miejscem rytualnych spotkań i uroczystości. Datowanie metodą spektrometrii mas pozwoliło określić wiek zabytków na ponad 3500 lat. To zaś oznacza, że zarówno kremacja jak i użycie miedzi w tym regionie miały miejsce o ponad 1000 lat wcześniej niż sądzono. Ponadto szczegółowe badania opaski wykazały, że została ona wykonana w regionie Wielkich Jezior, odległym o ponad 1500 kilometrów.
Dzięki temu, że poszczególne złoża miedzi różnią się od siebie składem chemicznym, archeolodzy mogą wyśledzić źródło pochodzenia tego typu zabytków.
Nie od dzisiaj wiadomo, ze w regionie Wielkich Jezior handlowano miedzią, jednak najnowsze odkrycie wydłuża szlaki handlu tym materiałem o niemal 1000 kilometrów.
Istotne jest też natrafienie na skremowane szczątki ludzkie. Na południowym-wschodzie USA nie spotyka się takich pochówków pochodzących z okresu archaicznego. Były one dotychczas znane z regionów położonych na północ, w tym z regionu Wielkich Jezior, z którego też pochodziła opaska. Te dwa odkrycia – kremacja i opaska – wskazują, że oba regiony miały ze sobą bliższe kontakty niż przypuszczano. Prawdopodobnie zamieszkujący je ludzie współdzielili poglądy na tematy kosmologiczne lub praktyki religijne.
Wszystko wskazuje też na to, że już ponad 3500 lat temu istniały w tamtych regionach społeczności na tyle wysoko zorganizowane, że były w stanie prowadzić handel i wymieniać idee przez pół kontynentu. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że te sieci handlowe służyły przemieszczaniu się i przedmiotów i idei, uważamy, że nie było to proste przemieszczanie się, podczas którego dochodzi do wymiany pomiędzy przyjaciółmi czy sąsiadami lub dziedziczenia przedmiotów. Rozprzestrzenianie się idei na taką odległość sugeruje istnienie formalnych bezpośrednich sposobów wymiany. A istnienie takich szlaków handlowych wymaga podtrzymywania relacji pomiędzy różnymi społecznościami, które to muszą być podtrzymywane przez dość złożone instytucje społeczne. Sądzimy, że instytucje te miały naturę religijną bądź rytualną, gdyż widzimy tutaj pochówek wielu skremowanych osób wewnątrz kręgu pozostałości po żywności, mówi Sanger.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Prof. Joseph Wang z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego opracował giętkie czujniki do wykrywania podwodnych zagrożeń, np. materiałów wybuchowych lub niebezpiecznych substancji. Grubą warstwę elektrochemicznego sensora nadrukowuje się na piance do nurkowania czy surfingu z neoprenu.
Od dawna interesujemy się wkładanymi z ubraniem systemami elektrochemicznego monitoringu do zastosowań medycznych i związanych z bezpieczeństwem. W ciągu ostatnich 3 lat pracowaliśmy nad giętkimi, nadrukowywanymi czujnikami i dzięki możliwościom naszej grupy rozszerzyliśmy ich zastosowanie do warunków podwodnych.
Studium finansowała Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych. Wśród naukowców zainteresowanie projektem było tym większe, że gros z nich nurkuje. Dzięki ich wytężonej pracy powstał naubraniowy czujnik elektrochemiczny do przeprowadzania analiz in situ w środowisku morskim. Artykuł na ten temat opublikowano w czerwcowym wydaniu pisma Analyst. Biorąc pod uwagę mnogość potencjalnych zastosowań i włożony wysiłek, nie dziwi, że Uniwersytet postanowił opatentować technologię.
Każdy, kto chce dokonywać pod wodą chemicznych pomiarów, by np. wykryć zanieczyszczenia, musi mieć przy sobie przenośny analizator. Zamiast tego proponujemy nadrukowywany na ramieniu kombinezonu nurkowego czujnik z 3 elektrodami. Wewnątrz neoprenu zamontowaliśmy 3-woltową baterię i elektronikę. W zamierzeniu przyłożone napięcie ma w przypadku docelowego związku zanieczyszczającego napędzać reakcję redoks (może on oddawać lub przyjmować elektrony i w zależności od tego być donorem lub akceptorem). Później wystarczy zmierzyć przepływ prądu.
Wyposażony w "kontrolki" czujnik wszczyna alarm, jeśli dopuszczalny poziom danego związku (szkodliwego zanieczyszczenia lub materiału wybuchowego) zostaje przekroczony. Jest to możliwe dzięki wmieszaniu do warstwy tuszu węglowego odpowiedniego enzymu; robi się to przed nadrukowaniem czujnika. Jeśli enzymem tym będzie tyrozynaza, a w wodzie pojawi się fenol, kolor diody LED zmieni się z zielonego na czerwony. W skład systemu wchodzi potencjostat o wymiarach 19 na 19 mm. Na odwrocie płytki obwodu drukowanego umieszczono baterię.
Zespół Wanga przetestował urządzenie na 3 związkach docelowych: 1) miedzi, 2) fenolu i 3) trotylu (TNT). W eksperymentach Amerykanie posłużyli się jedną elektrodą, ale można zastosować macierz elektrod, z których każda będzie wyposażona w reagent do wykrywania innego związku. Tego typu rozwiązanie pozwala na symultaniczną detekcję wielu zanieczyszczeń. Naukowcy sądzą, że neopren to idealny materiał do drukowania. Jest elastyczny i wodoodporny, dzięki czemu bez problemu uzyskuje się obraz o dużej rozdzielczości.
Testy w słonej wodzie, podczas których nadrukowane czujniki wyginano i poddawano innym deformacjom, wykazały, że w każdej bez wyjątku sytuacji sensory sprawowały się naprawdę dobrze. Po zakończeniu tego etapu badań przyszedł czas na ocenę wynalazku przez Marynarkę.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z University of Arizona otrzymali patent na technologię, która może całkowicie zmienić sposób produkcji układów elektronicznych. Bioinżynierowie z College of Engineering opatentowali bowiem obwody zbudowane z miedzi izolowanej proteinami.
Uczeni stworzyli proteinowe mikrotubule o wewnętrznej średnicy 15, a średnicy zewnętrznej 25 nanometrów. Można je hodować tak, by osiągnęły długość kilkunastu mikrometrów. Główną częścią uzyskanego patentu jest proces umieszczania miedzi wewnątrz proteinowych mikrotubuli.
W naturze mikrotubule stanowią cytoszkielet komórek, podczas podziału komórki tworzą wrzeciono kariokinetyczne, odpowiedzialne za rozdzielanie chromosomów.
Mikrotubule powstają z białka zwanego tubuliną.
Profesor Pierre Deymier i jego zespół nanieśli jeden z rodzajów tubuliny - gamma tubulinę - na podłoże w miejscach łączenia, a szlaki, którymi miało przebiegać okablowanie oznaczyli peptydami. Rozpoczął się wzrost mikrotubuli, z których jedne przyczepiły się do podłoża, a inne nie. Gdy już wszystko było gotowe, zmieniono skład roztworu, w którym przebiegał proces, co pozwoliło oczyścić podłoże z nieprzyczepionych mikrotubuli.
Następnie całość zanurzono w roztworze soli miedzi. Kluczem do sukcesu jest spowodowanie, by miedź wytrąciła się wewnątrz mikrotubuli szybciej niż na zewnątrz - mówi Deymier. Było to możliwe dzięki histydynie, aminokwasowi wykazującemu silne powinowactwo do miedzi, który w naturalny sposób powstaje w mikrotubulach. Odpowiednio dobierając czas trwania kąpieli w solach miedzi można uzyskać miedziane kable izolowane proteinami.
Niezwykle istotnym etapem produkcji tego typu obwodów było opracowanie takiej metody osadzania protein na podłożu, podczas której nie dochodzi do uszkodzenia struktury mikrotubuli ani zmiany sposobu ich funkcjonowania. Metoda taka została stworzona przez profesora Srini Rahavana.
Teraz uczeni z Arizony chcą dostosować swój pomysł do współczesnych procesów technologicznych wykorzystywanych w produkcji elektroniki.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.