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

Metal, co wody nie lubi

Recommended Posts

Specjaliści z GE opracowali technologię, dzięki której metale zyskują właściwości superhydrofobowe. Oznacza to, że woda nie rozlewa się po powierzchni metalu i nie przywiera do niego, ale tworzy krople.

Przed dwoma laty inżynierowie GE pokazali, że po potraktowaniu odpowiednimi chemikaliami Lexanu, tworzywa sztucznego używanego np. do produkcji CD czy lamp w samochodach, woda do niego nie przylega.

Od tamtej pory powstało sporo materiałów odznaczających się superhydrofobowymi właściwościami, jednak były to przede wszystkim tworzywa sztuczne. Teraz po raz pierwszy wykazano, że woda może nie przywierać do metali. Nowa technika może mieć bardzo szerokie zastosowanie. Niejednokrotnie dochodziło do katastrof lotniczych spowodowanych osadzaniem się lodu na silnikach. Używane w czasie lotu instalacje odmrażania wymagają sporo mocy, a pozbywanie się lodu na lotnisku jest pracochłonne i wymaga zastosowania toksycznych chemikaliów. Stworzenie silników, na których nie osadzałby się lód rozwiąże problem.

Kolejnym obszarem, w którym można zastosować technikę GE są turbiny gazowe. Jeśli będzie się na nich osadzało mniej wody, to wzrośnie ich wydajność, a jednocześnie spadnie liczba przestojów koniecznych do przeprowadzenie konserwacji.

GE nie chce ujawniać szczegółów swojej technologii. Wiadomo jedynie, że ma ona coś wspólnego z liśćmi lotosu, które pokryte są mikroskopijną krystaliczną strukturą wosku, dzięki której osadzająca się na nich woda pozostaje w formie niemal idealnych kul.

Eksperci zdradzają jedynie, że testują dwa różne podejścia. Pierwsze zakłada stworzenie odpowiedniej mikrotekstury na powierzchni metalu i pokrycie jej środkami chemicznymi odpychającymi wodę. Drugie pozostawia metal nietkniętym, a mikrotekstura tworzona jest na samym chemicznym pokryciu. Technika jest niezależna od rodzaju metalu.

Oba wspomniane podejścia mają zalety. Pierwszego, czyli tworzenia tekstury w samym metalu, można użyć tam, gdzie metal poddany jest większym obciążeniom, które doprowadzą do szybkiego ścierania się warstwy chemikaliów. Wówczas wystarczy po prostu nałożyć kolejną warstwę i nie trzeba już z nią nic robić. Z kolei drugą technikę można będzie zastosować tam, gdzie nakładanie warstwy chemikaliów i tworzenie na niej mikrostruktury jest łatwiejsze i tańsze, niż robienie tego w metalu.

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
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      W górnych 2 kilometrach skorupy ziemskiej znajduje się około 24 milionów kilometrów sześciennych wody. To w większości woda pitna. Jednak poniżej tego rezerwuaru, zamknięte w skałach, znajdują się kolejne rozległe zasoby wodne, złożone głównie z solanki liczącej sobie setki milionów, a może nawet ponad miliard lat. Najnowsze szacunki pokazują, że zasoby te, wraz z położoną powyżej wodą, stanowią największy rezerwuar wody na Ziemi.
      Dotychczas uważano, że największymi, poza oceanami, rezerwuarami wody na Ziemi są lodowce i lądolody, których objętość wynosi około 30 milionów km3. Okazuje się jednak, że prawdopodobnie musimy zweryfikować swoje przekonania.
      Dość dobrze wiemy, ile wody znajduje się w górnej 2-kilometrowej warstwie skorupy ziemskiej. Jednak zasoby położone poniżej, na głębokości nawet do 10 kilometrów, są znacznie słabiej poznane. Ich oszacowania podjęli się naukowcy z międzynarodowego zespołu, w skład którego wchodzili uczeni z USA, Kanady, Wielkiej Brytanii i Hongkongu.
      Uczeni zbadali strefę „głębokich wód podziemnych”, położonych na głębokości 2–10 kilometrów. W swojej pracy uwzględnili rozkład skał osadowych oraz skrystalizowanych oraz szacunki dotyczące związku porowatości skał z głębokością, na jakiej się znajdują. Szacunki wykazały, że na głębokości poniżej 2 kilometrów znajduje się około 20 milionów km3 wody. Jeśli szacunki te są prawidłowe, to w skorupie ziemskiej, na głębokości do 10 kilometrów zamkniętych jest 44 miliony km3 wody. To zaś oznacza, że wody tej jest więcej, niż wody zamkniętej w lądolodach. Odkrycie takie pozwoli lepiej zrozumieć budowę planety i procesy geochemiczne zachodzące na Ziemi.
      Szacunki te zwiększają nasze rozumienie ilości wody na Ziemi i dodają nowy wymiar do rozumienia cyklu hydrologicznego, mówi Grant Ferguson, hydrolog z University of Saskatchewan.
      Te głęboko położone zasoby wody nie mogą być co prawda wykorzystane w celach spożywczych czy do nawadniania, ale dokładne szacunki ilości wody oraz tego, czy i w jaki sposób jest ona włączona w obieg wody na powierzchni, są potrzebne do planowania takich działań jak produkcja wodoru, składowanie odpadów atomowych czy pobieranie z powietrza i bezpieczne składowanie dwutlenku węgla. Jeśli bowiem chcemy np. bezpiecznie składować pod ziemią odpady atomowe, musimy znaleźć takie miejsce, do którego nie ma dostępu woda, trafiająca później na powierzchnię lub do płytko położonych zbiorników podziemnych. Unikniemy w ten sposób zanieczyszczenia wód, z których korzystamy.
      Głęboko położone zbiorniki wody, te znajdujące się na głębokości poniżej 2 kilometrów, mogą być izolowane od setek milionów czy miliarda lat. Mogą nie mieć żadnego połączenia ze światem zewnętrznym. Są więc kapsułami czasu, dzięki którym możemy lepiej poznać warunki panujące na Ziemi w przeszłości. Mogą też zawierać wciąż aktywne mikroorganizmy sprzed setek milionów lat.
      Naukowcy mogą szacować głęboko położone zasoby wodne obliczając, jak wiele wody może być zamkniętych w skałach. To zaś zależy od porowatości skał. Wcześniejsze szacunki skał znajdujących się na głębokości 2–10 kilometrów skupiały się na skałach krystalicznych, jak granit, które charakteryzują się niską porowatością. Jednak autorzy najnowszych badań dodali do tych szacunków skały osadowe, znacznie bardziej porowate. I stwierdzili, że mogą one przechowywać dodatkowo 8 milionów kilometrów sześciennych wody.
      Jako, że woda ta jest położona głęboko i często wśród skał o niskiej przepuszczalności, w dużej mierze nie jest włączona w cykl hydrologiczny planety. Tym bardziej, że to głównie solanka, która może być o 25% bardziej gęsta od wody morskiej. A to jeszcze bardziej utrudnia jej przedostanie się do wyżej położonych warstw skorupy ziemskiej. Nie jest to jednak całkowicie wykluczone. Różnica ciśnień w obszarach położonych na różnych wysokościach może powodować, że obieg wody sięga naprawdę głęboko. W kilku miejscach Ameryki Północnej udokumentowano obieg wody, w ramach którego woda z powierzchni trafia nawet głębiej niż 2 kilometry w głąb skorupy ziemskiej.
      Najnowsze szacunki bardzo zainteresowały specjalistów badających biosferę. Dotychczas odkryliśmy mikroorganizmy na głębokości 3,6 kilometra. Jeśli gdzieś jest woda w stanie ciekłym, jest też spora szansa na obecność mikroorganizmów. Mogą one żyć dzięki reakcjom chemicznym. Jeśli wokół nich znajdują się odpowiednie pierwiastki, mogą je wykorzystać do wytwarzania energii, mówi mikrobiolog Jennifer Biddle z University of Delaware. Badanie tych głęboko położonych wód może też powiedzieć nam sporo o potencjalnym życiu w innych miejscach Układu Słonecznego. Jeśli i na Marsie znajdują się głęboko położone zbiorniki wodne, może tam być życie. Zatem tego typu habitaty na Ziemi mogą być bardzo dobrymi analogiami innych ciał niebieskich, jak Mars czy Enceladus, księżyc Saturna, który na pewno zawiera wodę w swoim wnętrzu, dodaje Biddle.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Woda to niezwykły płyn. Niezbędny i najbardziej powszechny, a jednocześnie najmniej ją rozumiemy. Ma wiele niezwykłych właściwości, których wciąż nie potrafimy wyjaśnić. Na przykład większość płynów staje się coraz gęstszych w czasie schładzania. Tymczasem woda jest najgęstsza w temperaturze około 4 stopni Celsjusza. Ta jej właściwość powoduje, że lód unosi się na powierzchni, dzięki czemu może istnieć życie. Gdyby bowiem tonął, organizmy w oceanach nie przetrwałyby zimy.
      Woda ma też niezwykle duże napięcie powierzchniowe, dzięki czemu owady mogą po niej chodzi oraz olbrzymią zdolność przechowywania ciepła, co stabilizuje temperaturę oceanu.
      Teraz naukowcy ze SLAC National Accelerator Laboratory, Uniwersytet Stanforda i Uniwersytetu w Sztokholmie przeprowadzili pierwsze bezpośredni obserwacje, które pokazały, jak wzbudzone laserem atomy wodoru w molekułach wody ciągną i pchają sąsiednie molekuły wody. Badania, których wyniki opublikowano na łamach Nature, opisują zjawiska, które mogą leżeć u podstaw niezwykłych właściwości wody. Ich zbadania może pomóc nam w zrozumieniu, w jaki sposób woda pomaga białkom spełniać ich rolę w organizmach żywych.
      Jeden z członków zespołu badawczego, profesor Anders Nilsson z Uniwersytetu w Sztokholmie przypomina, że już od pewnego czasu przypuszczano, iż za wiele właściwości wody mogą odpowiadać te tzw. jądrowe efekty kwantowe. Nasz eksperyment to pierwsze obserwacje tych efektów. Pytanie brzmi, czy rzeczywiście są one zaginionym ogniwem teoretycznych modeli opisujących niezwykłe właściwości wody, mówi uczony.
      W każdej molekule wody znajdziemy jeden atom tlenu i dwa atomy wodoru. Istnieje też cała sieć wiązań wodorowych pomiędzy dodatnio naładowanymi atomami wodoru w jednej molekule i ujemnie naładowanymi atomami tlenu w sąsiednich molekułach. Ta siec utrzymuje całość razem. Dopiero jednak teraz udało się zaobserwować, jak molekuły wody – za pośrednictwem tej sieci – wchodzą w interakcje.
      To pierwsze badania, w których bezpośrednio wykazano, że reakcja sieci wiązań wodorowych na impuls energii w postaci światła lasera zależy od rozkładu atomów wodoru w przestrzeni, który jest z kolei determinowany zasadami mechaniki kwantowej. Od dawna uważano, że to właśnie ona nadaje niezwykłe właściwości wodzie i jej sieci wiązań wodorowych, stwierdza Kelly Gaffney ze SLAC.
      Obserwacje tego typu zjawisk są niezwykle trudne, gdyż ruchy wiązań atomowych są bardzo szybkie i odbywają się w bardzo małej skali. Amerykańsko-szwedzki zespół naukowy poradził sobie z tym problemem dzięki MeV-UED, superszybkiej „kamerze elektronowej“ ze SLAC, która wykrywa niewielki ruchy molekuł rozpraszając na nich strumień elektronów.
      Naukowcy najpierw wygenerowali strumienie wody o średnicy zaledwie 100 nanometrów. To około 1000-krotnie mniej niż średnica włosa. Następnie za pomocą podczerwonego lasera wprawili w drgania molekuły wody tworzące te strumienie. Wtedy do dzieła przystąpił MeV-UED, ostrzeliwując wodę krótkimi wysokoenergetycznymi impulsami elektronów. W ten sposób uzyskano obraz o wysokiej rozdzielczości, który wyglądał jak poklatkowy film, szczegółowo pokazujący, jak molekuły reagują na światło.
      Obraz skupiał się na grupach, na które składały się po trzy molekuły. Dzięki temu naukowcy mogli zaobserwować, jak najpierw atomy wodoru przyciągają do siebie atomy tlenu z sąsiednich molekuł, by za chwilę – dzięki energii uzyskanej z lasera – mocno je odepchnąć, zwiększając odległości pomiędzy molekułami.
      To naprawdę otwiera nowe możliwości w dziedzinie badań nad wodą. W końcu możemy zobaczyć poruszające się wiązania wodorowe. Chcielibyśmy teraz powiązać te ruchy z szerszym obrazem, który może rzucić światło na to, w jaki sposób woda przyczyniła się do powstania i przetrwania życia na ziemi. Możemy też dzięki temu udoskonalić metody pozyskiwania energii odnawialnej, stwierdził Xijie Wang ze SLAC.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Lód kojarzy się z twardym, kruchym materiałem. I rzeczywiście taki jest w większości przypadków. Jednak okazuje się, że pojedyncze długie kryształy lodu są niezwykle elastyczne i po zgięciu powracają do oryginalnego kształtu. Takie kryształy uzyskał właśnie Limin Tong i jego koledzy z Uniwersytetu Zheijiang w Hangzhou w Chinach.
      Chińscy naukowcy uzyskali lodowe włókna wykorzystując parę wodną zamkniętą w niewielkiej komorze w temperaturze -50 stopni Celsjusza. Wykorzystali przy tym pole elektryczne, za pomocą którego przyciągali molekuły wody do wolframowej igły, gdzie krystalizowały, tworząc lodowe włókno o średnicy kilku mikrometrów.
      Następnie lód został schłodzony jeszcze bardziej. Temperaturę obniżano pomiędzy -70 a -150 stopni Celsjusza i zmierzono elastyczność włókna. Uczeni odkryli, że lód w takiej formie jest znacznie bardziej elastyczny niż jakikolwiek wcześniej uzyskany. Niektóre z włókien można było niemal zawijać w okręgi, a po zwolnieniu siły powracały one do oryginalnego kształtu.
      Dotychczas największe eksperymentalnie obserwowane odkształcenie sprężyste lodu wynosiło około 0,3%. My uzyskaliśmy 10,9% w lodowych włóknach, mówią autorzy badań. Teoretyczna granica odkształcenia lodu wynosi pomiędzy 14 a 16,2 procent.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Woda znajdująca się na zimnej powierzchni zanim zamarznie musi się ogrzać. Odkrycie dokonane przez naukowców z Cambridge University i Uniwersytetu Technologicznego w Grazu pozwoli lepiej zrozumieć i kontrolować proces zamarzania.
      Anton Tamtögl i jego zespół przeprowadzili eksperymenty z molekułami wody umieszczonymi na zimnym grafenie i zauważyli, że początkowo odpychają się one od siebie. Dopiero pojawienie się dodatkowej energii pozwala im na zmianę orientacji i utworzenie wiązań elektrostatycznych.
      Gdy woda trafia na zimną powierzchnię, zachodzi proces nukleacji, w wyniku którego molekuły tworzą wiązania i błyskawicznie pojawiają się kryształy lodu. Zjawisko to było intensywnie badane w skali makroskopowej. Jednak trudno je badać na poziomie molekuł, gdyż zamarzanie zachodzi bardzo szybko, w czasie pikosekund.
      Naukowcy z Cambridge wykorzystali nowatorką technikę badawczą zwaną echem spinowym helu-3. Polega ona na rozpraszaniu strumienia spolaryzowanych atomów helu. Atomy docierają do badanych powierzchni w skoordynowanych pakietach, a czas pomiędzy kolejnymi pakietami mierzony jest w pikosekundach. Ruch molekuł na powierzchni powoduje różnice w fazach pakietów. A różnice te można wychwycić i na ich podstawie badać zjawiska zachodzące w czasie pikosekund.
      Badania ujawniły, że początkowo wszystkie molekuły wody przyczepiają się do zimnej powierzchni grafenu w ten sam sposób, z oboma atomami wodoru przy powierzchni i atomem tlenu powyżej. Molekuły wody są dipolami. Od strony tlenu mamy ładunek ujemny, od strony wodoru – dodatni. Tak więc pomiędzy identycznie zorientowanymi molekułami dochodzi do odpychania się, co uniemożliwia nukleację. Naukowcy zauważyli, że zjawisko to może zostać przezwyciężone poprzez ogrzanie molekuł. Dopiero wówczas zmieniają one orientację tak, że zaczynają się przyciągać, co rozpoczyna proces nukleacji.
      Naukowcy, chcąc lepiej zrozumieć to zjawisko, przeprowadzili symulacje komputerowe ukazujące zachowanie molekuł wody przy różnych energiach. Zgodnie z ich oczekiwaniami, symulacje wykazały, że zmieniając ilość ciepła dostarczonego do molekuł, można powstrzymywać lub rozpoczynać proces nukleacji.
      Odkrycie może doprowadzić do opracowania nowych technik ochrony przed formowaniem się lodu na skrzydłach samolotów, turbinach wiatrowych czy sprzęcie telekomunikacyjnym. Pozwoli też lepiej zrozumieć proces formowania się i topnienia lodu w lodowcach, a to z kolei da nam lepsze zrozumienie ziemskiej kriosfery i wpływu ocieplenia klimatu.
      Z wynikami badań można zapoznać się na łamach Nature Communications.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Międzynarodowy zespół naukowy, w skład którego weszli uczeni ze Szwajcarskiego Instytutu Technologicznego w Zurichu (ETH Zurich), wykazał, że niemal wszystkie ziemskie lodowce tracą masę, a tempo utraty lodu przyspiesza. To najszerzej zakrojone i najbardziej dokładne badania tego typu. To również pierwsze badania, w których uwzględniono wszystkie lodowce na Ziemi, z wyjątkiem tych znajdujących się na Grenlandii i Antarktydzie.
      Autorzy badań uwzględnili w swoich analizach niemal 220 000 lodowców. Stwierdzili, że w latach 2000–2019 średnio każdego roku traciły one 267 gigaton (miliardów ton) lodu. To ilość wystarczająca, by każdego roku całą powierzchnię Polski zalała warstwa wody o głębokości niemal 1 metra. Widoczne jest też wyraźne przyspieszenie tempa utraty lodu. O ile bowiem w latach 200–2004 średnie roczne tempo utraty lodu wynosiło 227 GT, to w latach 2015–2019 było to 298 gigaton.
      Topnienie lodowców jest odpowiedzialne za 21% wzrostu poziomu oceanów – czyli za 0,74 mm przyrostu rocznie. Za połowę tego przyrostu odpowiada zwiększenie objętości wody spowodowane jej wyższą temperaturą, a pozostała 1/3 przyrostu to wina lodowców Grenlandii, Antarktydy oraz zmian ilości wody przechowywanej na lądach.
      Najszybciej tracą masę lodowce Alaski, Islandii i Alp. Zmiany klimatu bardzo silnie wpływają tez na lodowce w Pamirze, Hindukuszu i Himalajach. Szczególnie niepokojące jest to, co dzieje się w Himalajach. W porze suchej woda z lodowców jest ważnym źródłem zasilającym wielkie rzeki: Ganges, Indus i Bramaputrę. Obecnie przyspieszone topnienie tych lodowców działa jak bufor, dostarczając wodę ludziom żyjącym w regionie. Jeśli jednak tempo topnienia himalajskich lodowców będzie nadal przyspieszało, to w ciągu najbliższych dekad ludzie w Indiach i Bangladeszu doświadczą niedoborów wody i żywność, ostrzega Romain Hugonnet, główny autor badań, pracownik ETH Zurich i Uniwersytetu w Tuluzie.
      Naukowcy ze zdziwieniem zauważyli, że istnieją obszary, na których w latach 2000–2019 utrata masy lodowców... spowolniła. Obszary te to wschodnie wybrzeże Grenlandii, część Islandii i Skandynawii. specjaliści uważają, że przyczyną takiego stanu rzeczy jest anomalia pogodowa na Północnym Atlantyku, która spowodowała, że w latach 2010–2019 pojawiły się tam niższe temperatury i niższe opady, co spowolniło utratę lodu. Jest to jednak prawdopodobnie zjawisko przejściowe. Zauważono bowiem, że w innym miejscu świata dochodzi do zaniku podobnej anomalii. Tak zwana anomalia Karakorum spowodowała, że do roku 2010 lodowce Karakorum pozostawały stabilne, a w niektórych przypadkach nawet się rozrastały. Obecnie jednak tracą one masę podobnie jak inne lodowce.
      Na potrzeby analizy wykorzystano zdjęcia wykonywane od 1999 roku przez satelitę Terra. Okrąża on Ziemię co 100 minut na wysokości niemal 700 kilometrów. Naukowcy wykorzystali wszystkie wykonane przez niego zdjęcia i analizowali je przez 18 miesięcy za pomocą superkomputera na University of Northern British Columbia. W pracach, obok naukowców z Zurichu i Tuluzy, brali udział specjaliści z Uniwersytetów w Oslo, Ulsterze, Northern British Columbia i Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Badań nad Lasem, Śniegiem i Krajobrazem.
      Artykuł Accelerated global glacier mass loss in the early twenty-first century został opublikowany na łamach Nature.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...