Nowy materiał, pojemniejsze pamięci
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Nikiel jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków na Ziemi. Co ważne, jest wysoce odporny na korozję, dzięki czemu znajduje zastosowanie na wielu polach.
Jednak zaskakujące odkrycie dokonane przez naukowców z Texas A&M University wskazuje, że nikiel nie tylko ulega korozji, ale proces ten przebiega w sposób, którego naukowcy się nie spodziewali. O badaniach prowadzonych przez zespół profesora Michaela Demkowicza poinformowano na łamach Physical Reveiew Materials.
Korozja zwykle atakuje połączenia czy też granice pomiędzy ziarnami materiału. To tzw. korozja międzykrystaliczna, która osłabia metal od wewnątrz.
Istnieje jednak pewien szczególny typ granicy między ziarnami metalu, zwany koherentną granicą bliźniaczą, o którym sądzono, że jest on odporny na korozję. Tymczasem, ku zdumieniu naukowców z Teksasu, okazało się, że niemal cała korozja występująca w prowadzonych przez nich eksperymentach pojawiła się właśnie na koherentnych granicach bliźniaczych. To odkrycie odwraca do góry nogami dekady założeń dotyczących przebiegu korozji metali, mówi Demkowicz.
Koherentne granice bliźniacze to obszary, na których wewnętrzna struktura wzorców materiału jest swoim lustrzanym odbiciem wzdłuż całej takiej granicy. Tego typu granice powstają naturalnie wskutek krystalizacji, mogą być też wynikiem oddziaływań mechanicznych bądź termicznych.
Czysty nikiel jest niemal całkowicie odporny na korozję. Gdy jednak podaliśmy napięci od stron katody, która jest jeszcze mniej podatna na korozję, odkryliśmy ku swojemu zdumieniu widoczne znaki korozji na koherentny;ch granicach bliźniaczych, mówi Mengying Liu, jeden z członków zespołu badawczego. To odkrycie pozwoli przewidzieć, gdzie może pojawić się korozja. Być może dzięki temu zostaną zaprojektowane metale bardziej odporne na korozję, dodaje.
Przez dziesięciolecia specjaliści zakładali, że koherentne granice bliźniacze są odporne na korozję. Dlatego też pracowali nad metalami zawierającymi jak najwięcej takich granic. Próbując zapobiegać korozji tworzono metale zawierające tak dużo koherentnych granic bliźniaczych jak to tylko było możliwe. Teraz musimy przemyśleć tę strategię, stwierdza Demkowicz.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Wiele przedmiotów, które mają być jednocześnie lekkie i wytrzymałe, jest wykonanych z tytanu. Jednak materiał ten nie jest tak wytrzymały, jak teoretycznie mógłby być. Dzieje się tak, gdyż wytrzymałość materiału zależy od tego, w jaki sposób układają się budujące go atomy. A przypadkowe błędy, które narastają w procesie produkcyjnym powodują, że materiał staje się coraz słabszy. To jednak oznacza, że jeśli bylibyśmy w stanie budować materiał atom po atomie, możemy uzyskać niezwykle wytrzymałe materiały.
To właśnie zrobili naukowcy z University of Pennsylvania, University of Illinosi at Urbana-champaign oraz University of Cambridge. Jak dowiadujemy się z Nature Scientific Reports, zbudowali oni, atom po atomie, kawałek niklu, który jest równie wytrzymały co tytan, ale 4-5 razy lżejszy. W procesie budowy powstały równomiernie rozłożone puste przestrzenie, pory, które nadały niklowi strukturę podobną do drewna. Uczeni postanowili wykorzystać te puste miejsca.
Tak jak w drewnie porowatość służy biologicznej funkcji – transportowi energii – tak i tutaj można wykorzystać ją do tego samego celu. Pory we wspomnianej płachcie można wypełnić materiałami działającymi jak anoda i katoda. Dzięki temu temu metal może służyć jednocześnie do budowania np. protez czy skrzydeł samolotu oraz do przechowywania energii.
Materiały występujące w naturze są pełne defektów na poziomie atomowym. Gdybyśmy potrafili uzyskać tytan pozbawiony tych wad, byłby on 10-krotnie bardziej wytrzymały niż tytan produkowany obecnie. Eksperci od dawna próbują zaradzić temu problemowi i starają się zyskać kontrolę nad układem atomów tak, by w jak największym stopniu kontrolować właściwości mechaniczne materiałów.
Profesor James Pikul, który stał na czele grupy badawczej, i jego koledzy osiągnęli sukces naśladując strukturę drewna.
Przyczyną, dla której mówimy tutaj o metalicznym drewnie nie jest gęstość naszego materiału, która jest podobna do gęstości drewna, ale jego struktura komórkowa. Materiały komórkowe są porowate. Jeśli popatrzymy na ziarno drewna, to zobaczymy fragmenty gęste i grube, które utrzymują całą strukturę, oraz fragmenty porowate, których celem jest wykonywanie funkcji biologicznych, takich jak transport różnych składników pomiędzy komórkami, mówi Pikul.
Nasza struktura jest podobna. Są tutaj grube i gęste fragmenty z metalowymi wspornikami oraz fragmenty porowate, z pustymi przestrzeniami. Pracujemy tutaj na takich wymiarach, przy których długość wsporników jest bliska teoretycznemu maksimum, dodaje uczony.
Wsporniki, o których mówi, mają szerokość około 10 nanometrów i są długie na około 100 atomów niklu. Ważnym osiągnięciem jest fakt, że udało się uzyskać wyjątkowo duży kawałek metalu o tak dobrze kontrolowanej strukturze. Większość przykładów takich wytrzymałych materiałów to kawałki o rozmiarach małej pchły. Nasza technika pozwala uzyskać fragmenty metalicznego drewna, które są 400-krotnie większe, stwierdza Pikul.
Opracowana właśnie metoda wykorzystuje niewielkie plastikowe sfery o średnicy kilkuset nanometrów. Sfery znajdują się w wodzie. Woda jest powoli odparowywana, dzięki czemu sfery układają się w uporządkowaną strukturę. Za pomocą galwanostegii na wierzch nakłada się cienką warstwę chromu, a następnie między plastikowe sfery wprowadzany jest nikiel. Później sfery są rozpuszczane. Uzyskujemy w ten sposób kawałek niklu o boku 1 centymetra. W tak małym fragmencie znajduje się około miliarda niklowych wsporników, wyjaśnia Pikul.
Jako, że niemal 70% uzyskanego materiału stanowią puste przestrzenie, jest on niezwykle lekki w porównaniu z wytrzymałością. Mógłby unosić się na wodzie.
Kolejnym celem zespołu Pikula jest opracowanie takiej metody produkcji, by można było wykorzystać ją w celach komercyjnych. Użyte materiały nie są szczególnie kosztowne, jednak problemem jest infrastruktura potrzebna do produkcji. W tej chwili jej rozmiary są znacząco ograniczone. Gdy zaś powstaną próbki większych rozmiarów, naukowcy będą mogli przeprowadzić dodatkowe testy w makroskali. Nie wiemy, na przykład, czy nasze metaliczne drewno pod wpływem przyłożonej siły będzie się gięło jak metal, czy rozpryśnie się jak szkło. Musimy rozumieć, jak defekty w strukturze wsporników wpływają na właściwości naszego metalicznego drewna, dodaje uczony.
Zanim jednak powstaną metody produkcji większych kawałków materiału, Pikul i jego zespół będą próbowali wykorzystać puste przestrzenie do wprowadzenia tam innych materiałów. Pewnego dnia może uda się te przestrzenie wypełnić żywymi organizmami lub materiałami przechowującymi energię, prognozuje naukowiec.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Natężenie tendencji do błądzenia myślami zależy od pojemności pamięci roboczej.
Daniel Levinson i Richard Davidson z University of Wisconsin-Madison oraz Jonathan Smallwood z Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Science prosili ochotników o wykonywanie jednej z prostych czynności. Należało naciskać klawisz, gdy na ekranie wyświetlała się dana litera albo naciskać guzik w tempie odpowiadającym oddechowi. Później psycholodzy porównywali natężenie błądzenia myślami.
Celowo posłużyliśmy się zadaniami, które nie pochłaniają całej naszej uwagi. Zastanawialiśmy się przy tym, co ludzie robią z wolnymi zasobami - wyjaśnia Smallwood.
Naukowcy co pewien czas pytali badanych, czy koncentrują się na zadaniu, czy myślą o czymś innym. Na końcu zmierzono pojemność pamięci roboczej. Należało zapamiętywać serie liter, które poprzeplatano łatwymi pytaniami matematycznymi.
Ludzie z większą pojemnością pamięci roboczej częściej przyznawali się do błądzenia myślami w czasie wykonywania prostych zadań, przy czym poziom wykonania nie ulegał wcale obniżeniu.
Studium wydaje się sugerować, że kiedy pozwalają na to okoliczności realizacji zadań, ludzie z dodatkowymi zasobami pamięci roboczej wykorzystują je do myślenia o czymś innym niż aktualnie wykonywana czynność - podkreśla Smallwood.
Co ciekawe, gdy ludziom da się równie łatwe, ale wypełnione "rozpraszczami" (podobnie ukształtowanymi literami) zadanie, związek między pamięcią roboczą a błądzeniem myślami zanika. Skupienie całej uwagi na doświadczeniu wzrokowym zrównuje ludzi i eliminuje błądzenie myślami [...] - podkreśla Levinson.
Psycholodzy sądzą, że mózg stara się po prostu alokować zasoby, by zająć się najbardziej palącymi problemami. Zdarza się jednak, że daje się on sprowadzić na manowce. Kiedy podczas czytania orientujemy się, że dziwnym trafem nie zrozumieliśmy ani jednego słowa z kilku stron książki, jest trochę tak, jakby uwaga została tak mocno wciągnięta w bujanie w obłokach, że zabrakło zasobów, by zapamiętać, że to czytanie jest celem - wspomina Levinson.
Osoby z dużą pamięcią roboczą nie są wcale skazane na błądzenie myślami. Stanowi ona pewien zasób i należy go po prostu dobrze wykorzystać. Jeśli twoim priorytetem jest utrzymanie uwagi na zadaniu, możesz do tego wykorzystać pamięć roboczą.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Niewykluczone, że grafen może posiadać niezwykłą właściwość zwaną nadprzewodnictwem chiralnym. To nadprzewodnictwo, które działa tylko w jednym kierunku, zatem przepływ prąd odbywałby się bez oporów w jedną stroną, a w drugą napotykałby na opór. Nadprzewodnictwo chiralne zaburza parzystość T, może więc zostać wykorzystane np. w komputerach kwantowych.
Od pewnego czasu naukowcy przypuszczają, że tego typu nadprzewodnikiem może być też rutenian strontu (Sr2RuO4), jednak hipoteza ta nigdy nie została potwierdzona eksperymentalnie.
Teraz w Nature Physics opublikowano artykuł, którego autorzy - Rahul Nandkishore, L. S. Levitov oraz A. V. Chubukov - opisują metodę uczynienia z grafenu nadprzewodnika chiralnego.
Ich zdaniem tego typu właściwości grafen będzie wykazywał po wprowadzeniu doń domieszek.
Grafen jest bardzo dobrym półprzewodnikiem, elektrony poruszają się w nim bardzo swobodnie, jednak swoboda ta jest zależna od kierunku elektronu względem heksagonalnej siatki, jaką tworzą atomy węgla. Nandkishore, Levitov i Chubukov twierdzą, że domieszkując grafen tak, jak domieszkuje się inne półprzewodniki, można nadać mu właściwości nadprzewodnika. Podobnie jak w innych materiałach nadprzewodnictwo pojawi się w grafenie w niskich temperaturach, jednak działa ono w inny sposób. Zwykle niskie temperatury powodują, że wskutek drgań sieci krystalicznej elektrony oddziałują na siebie, tworząc pary Coopera. To właśnie one są nośnikami prądu w nadprzewodnikach. Tymczasem z rozważań wspomnianych naukowców wynika, że struktura grafenu i występujące w niej różnice w przepływie elektronów umożliwiają powstanie nadprzewodnictwa nawet bez występowania typowych dla innych materiałów zjawisk. Interakcja pomiędzy elektronami powoduje wzbudzenie sieci krystalicznej w taki sposób, że drgania nie rozchodzą się na podobieństwo fali powstałych po wrzuceniu kamienia do wody, ale przypominają płatki kwiatu, rozchodzące się promieniście od środka. Właściwości tych drgań są ściśle związane z kierunkiem ich rozchodzenia się, co oznacza, że są one chiralne i właściwości nadprzewodzące będą wykazywane w jednym kierunku, ale nie w przeciwnym.
Pozostaje zatem przetestować tę teorię w laboratorium. Z domieszkowaniem grafenu nie powinno być najmniejszych kłopotów, gdyż naukowcy wzbogacali już grafen atomami wapnia i potasu nie niszcząc przy tym struktury jego sieci krystalicznej.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Na University of Cambridge powstała technika pozyskiwania wysokiej jakości grafenu w temperaturze ponaddwukrotnie niższej niż dotychczas. Osiągnięcie to znakomicie ułatwi zastosowanie grafenu w praktyce.
Zespół pracujący pod kierunkiem Roberta Weatherupa i Bernharda Bayera nałożył cienką warstwę złota na nikiel, na którym wzrasta grafen. To pozwoliło obniżyć temperaturę, w której tworzony jest grafen do zaledwie 450 stopni Celsjusza.
Obecnie najlepszą znaną metodą pozyskiwania wysokiej jakości grafenu jest osadzanie z fazy gazowej. W tym celu podłoże z niklu lub miedzi, które działa jak katalizator, poddaje się działaniu gazu zawierającego węgiel. W temperaturze ponad 1000 stopni Celsjusza dochodzi do osadzenia się warstwy węgla na podłożu. Powstaje grafen.
Metoda taka nie jest jednak pozbawiona wad. Wysokie temperatury niszczą część materiałów, które są wykorzystywane w produkcji elektroniki, przez co nie można z grafenu bezpośrednio tworzyć układów scalonych.
Tymczasem, jak odkryli brytyjscy uczeni, wystarczy do niklu dodać mniej niż 1% złota, by można było obniżyć temperaturę pracy z grafenem do 450 stopni Celsjusza. Co więcej, pozyskany w ten sposób grafen jest lepszej jakości. W tradycyjnej technice produkcji grafen pojawia się na całej powierzchni niklu i poszczególne kawałki tworzą się niezależnie. Z czasem powiększają się i łączą ze sobą, ale miejsca połączeń są mniej doskonałe niż pozostała powierzchnia grafenu i elektrony nie poruszają się nich równie swobodnie.
Tymczasem złoto blokuje wzrost grafenu. Pozwala zatem otrzymywać jednolite płachty, które rosły przez dłuższy czas, ale jako że nie napotkały na swojej drodze innych skrawków grafenu, nie łączyły się z nimi i nie występują w nich „szwy". Złoto pozwala zatem nie tylko na pozyskanie grafenu w znacznie niższej temperaturze, ale również na produkcję materiału o lepszych właściwościach.
Uczeni z Cambridge przeprowadzili przy okazji szczegółowe badania nad wzrostem grafenu. Dowiedzieli się, że do osadzania się grafenu nie dochodzi tylko w czasie, gdy podłoże jest schładzane oraz że na wzrost wpływa nie tylko powierzchnia katalizatora, ale też obszar poniżej.
Grafen wciąż jest przedmiotem laboratoryjnych badań i nie trafił jeszcze na linie produkcyjne. Jednak dzień jego rynkowego debiutu jest coraz bliżej. Idealnie byłoby, gdyby grafen udało się produkować bezpośrednio na izolatorze. Obecnie trzeba go przenosić z podłoża, na którym jest tworzony, na podłoże, gdzie ma powstać obwód. Problem w tym, że izolatory słabo sprawdzają się w roli katalizatorów do pozyskiwania grafenu z fazy gazowej. Badania nad wzrostem grafenu to wciąż młoda dziedzina wiedzy, ale rozwija się bardzo szybko - stwierdził Weatherup.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.