اکسید آلومینیم می تواند از زنگ زدن آلومینیم جلوگیری کند

محققان دانشگاه فناوری ماساچوست ایالات متحده آمریکا (MIT) در یک آزمایش موفق شدند با پوششی از اکسید آلومینیم که عملکرد آن مثل مایعات است، از زنگ زدن بیشتر آلومینیم جلوگیری کنند.

به نقل از ایسنا، فلزات در ظاهر بسیار محکم هستند اما در زمان مشخص، حتی هوا قادر است تا این ویژگی آنها را خنثی کند. تعامل اکسیژن با فلزات می تواند به واکنشی منجر شود که زنگ زدگی در آن به وجود بیاید.

اکنون گروهی از پژوهشگران دانشگاه MIT دریافته اند که با بهره گیری از یک پوشش نازک حاوی اکسید آلومینیم که عملکردی مشابه با مایع داشته و می تواند شکاف ها را پر کند، می توان فلز آلومینیم را از زنگ زدگی بیشتر حفظ کرد.

اگر اکسید فلزات به زنگ زدگی یا تیره شدن آنها منجر شود، تاثیر خوردگی و نهایتا ترک خوردن فلزات نمود پیدا می کند اما باید توجه داشت که اکسید همه فلزات، مخرب نیستند.

جالب است بدانید که سه اکسید خاص یعنی اکسید آلومینیم (Al2O3)، اکسید کروم (Cr2O3) و اکسید سیلیکون (SiO2) می توانند فلز را از زنگ زدگی بیشتر حفظ کنند و گروه تحقیقاتی دانشگاه ام آی تی تصمیم گرفتند دلیل این موضوع را بفهمند.

در این آزمایش زنگ زدگی را در شرایط خاصی مثل قرار گرفتن در داخل راکتور بررسی کردند؛ چرا که واکنش اکسیداسیون سریع تر روی می دهد.

دانشمندان در آزمایشات خود متوجه شدند که پوشش دهی خوب این اکسیدهای خاص می تواند از فلزات زیرین آنها در هنگام تماس با اکسیژن و البته قرار گرفتن در فشار مکانیکی، محافظت کند.

آنها جهت بررسی دقیق تر این موضوع، از یک میکروسکوپ الکترونی عبوری محیطی (E-TEM) استفاده کرده اند. در این پژوهش، اکسید آلومینیم عملکرد بسیار خوبی داشت و مشاهده دقیق فرآیند محافظت از فلز با استفاده از این میکروسکوپ برای محققان امکان پذیر شد.

به گزارش کمولوژی، اگر چه اکسید آلومینیم در حالت فیزیکی جامد است اما موقع به کار بردن لایه های بسیار نازک اکسید، حدود ۲ یا ۳ نانومتر به مایع شباهت دارد.

گفتنی است که با کشش آلومینیم، لایه اکسید امتداد می یابد و فلز مورد نظر را پوشش داده و بدین ترتیب، از تماس اکسیژن با آن جلوگیری می کند.

در طی این پژوهش، طول اصلی آلومینیم با وجود کشش بیش از دو بار در دمای اتاق (۲۵ درجه سانتی گراد)، بدون ترک خوردگی حفظ شد. با اینکه اکسید آلومینیم معمولا بسیار شکننده است، با استفاده از این لایه نازک، تغییری در شکل آن ایجاد نشد.

این پوشش ‌های خاص که حالت خود ترمیمی دارند، می ‌توانند در شرایط پر فشاری مانند پیل‌ های سوختی یا راکتورهای نیروگاه‌ های هسته ‌ای استفاده شوند.

 

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

www.shimisanat.com

فیلتر نمک زدایی آب با الگو برداری از مقاله آلن تورینگ ساخته شد

پژوهشگران در تازه ترین اقدامات خود با الگو برداری از یک مقاله ریاضی، موفق به ساخت نوعی فیلتر در مقیاس نانو از لوله های درهم تنیده پلی آمید شدند.

برای ایجاد یک ساختار در مقیاس نانو جهت نمک زدایی آب، از ریاضیات به کار رفته در یک مقاله برجسته که توسط آلن تورینگ، ریاضیدان بزرگ انگلیسی نوشته شده است، استفاده شد.

طبق توضیحات طراحان این فیلتر ساختار توسعه یافته فوق، کارآیی بیشتری نسبت به فیلترهای موجود در بازار دارد.

 در حال حاضر تورینگ با کارهای محاسباتی خود معروف است اما در سال ۱۹۵۲ در خصوص نحوه گسترش الگوهای تکراری در موجودات زنده، مقاله ای نوشت. هر چیزی که دارای الگوهای تکراری بود (خطوط پوشش گورخر، لکه های پوست گربه وحشی و همچنین حرکت چرخشی برگ گیاهان و کلا طبیعت موج دار با رنگ ها، بافت ها و اشکال تکراری) ، توجه او را به خود جلب کرده بود.

تورینگ این تکرارها را ناشی از گروهی از هورمون های مضاعف کننده مورفوژن ها می دانست.

مورفوژن ماده ای است که توزیع غیر یکنواخت آن، الگوی رشد بافت را طی فرآیندی که «مورفوژنسیس» یا ایجاد الگو نامیده می شود، کنترل می نماید.

مورفوژنسیس یکی از مهم ترین فرآیندهای اصلی بیولوژی است که موقعیت انواع مختلف سلول های تخصص یافته را در یک بافت تعیین می کند. در حقیقت مورفوژن مولکول سیگنال ‌دهنده‌ ای است که مستقیما روی سلول عمل می‌ کند تا بر اساس میزان غلظت موضعی آن یک پاسخ سلولی خاص ایجاد شود.

تفاوت در نحوه‌ انتشار یک مورفوژن خاص در بافت یک موجود، توجیه ‌کننده‌ بسیاری از الگوهایی است که در دنیای طبیعی قابل مشاهده است.

گفتنی است که ۶ سال قبل، پژوهشگران انگلیسی بر اساس شواهد تجربی فهمیده بودند که رگ های داخل دهان موش ها مطابق با مدل تورینگ توسعه یافته اند؛ این در حالی است که هنوز مشخص نشده آیا چنین فرآیندهایی در طبیعت به فراوانی یافت می شوند یا خیر.

از دیدگاه بیولوژی ممکن است سوالاتی پیش بیاید اما می دانیم که ریاضیات با هورمون هایی که در بافت های زنده انتشار می یابند، محدود نمی شود. بر همین اصل، محققان از این موضوع به عنوان نقطه آغاز سنتز نوع جدیدی از ماده بهره گرفتند.

محصول واکنش میان تری مزوییل کلرید و پیپرازین، پلی آمید است. پیپرازین در محلول، دیرتر انتشار می یابد؛ به طوری که هر دو معرف از قانون مورفوژن تورینگ پیروی می کنند.

مشکل اصلی ای که برای تهیه ساختار مورد نظر وجود داشت، حرکت سریع تر تری مزوییل کلراید بود. برای کم کردن سرع آن هم از افزودن پلی وینیل الکل (PVA) به این ترکیب استفاده شد.

آنها در طول تجزیه و تحلیل خود با استفاده از میکروسکوپ اتمی، نشان دادند که این ماده شبکه ای از لوله های در مقیاس نانوی تجمع یافته در یک ساختار سه بعدی است؛ ساختاری که قادر است تا برای عملیات فیلتر کردن، عالی ظاهر شود.

تصاویر زیر به خوبی در تصور کردن دو نوع از این ساختار تورینگ موثر است. یکی حاصل تجمع لوله های پر شمار و دیگری حاصل مجموعه ای از نقطه ها است.

این تیم تحقیقاتی برای آزمایش فیلتر تورینگ خود، چندین محلول آب شور را از این ماتریکس عبور دادند. نمک های درشت تری همچون سولفات منیزیم (MgSO4) کاملا حذف شدند اما این فیلتر موفق به جداسازی نیمی از محتویات کلرید سدیم از آب شد.

باید به این نکته اشاره کرد فرآیندی که اکنون به آن نیاز داریم، نمک زدایی در حجم انبوه و با هزینه کم است؛ با این حال همین ساختار طراحی شده از چیزی که در حال حاضر وجود دارد، بسیار بهتر است.

دانشمندان می گویند که این ساختار قادر به فیلتر کردن ۱۲۵ لیتر آب در هر ساعت با در نظر گرفتن فشار ۵ اتمسفری است. این مقدار ۳ برابر کارآمدی بهتر را نسبت به سایر فیلترهای آب کنونی را نشان می دهد.

همچنین باید خاطر نشان کرد که این ابداع زمینه ساز فعالیت های متخصصان مواد در دیگر حوزه ها خواهد بود تا آنها هم به دنبال بررسی أنواع مواد متخلخلی بروند که کاربرد و استفاده های مفید دیگری داشته باشند؛ مانند ایجاد داربستی برای اندام های مهندسی شده بدن.

 

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

www.shimisanat.com

پلاستیک های شناور در اقیانوس به کمک این دستگاه جمع آوری می شوند

طبق برنامه ریزی های انجام شده، قرار است یک دستگاه خاص با طراحی نوآورانه به زودی کار خود را برای جمع آوری پلاستیک ها و سایر زباله های رها شده در سطح اقیانوس آرام شروع نماید.

در حالی نخستین دستگاه بزرگ جمع آوری پلاستیک دنیا به آب های اقیانوس آرام انداخته می شود که پس از سال ها تلاش برای ساخت آن، اکنون حجم زباله های تجزیه ناپذیری همچون پلاستیک در دریاهای جهان به طرز فاجعه آمیزی افزایش یافته است.

همانطور که گفته شد، اولین ماموریت این دستگاه مبتکرانه در اقیانوس آرام خواهد بود و به تدریج در سایر اقیانوس های زمین استفاده خواهد شد. این دستگاه بین کالیفرنیا و هاوایی و در چرخاب زباله اقیانوس آرام قرار خواهد گرفت؛ چرا که میزان آلودگی در این نقطه بسیار زیاد است.

نکته قابل توجه این است که دستگاه توسط سازمان اوشن کلیناپ (Ocean Cleanup) و دانشجوی ۱۸ ساله هلندی به نام بویان اسلات طراحی شده است.

عملکرد این دستگاه بسیار ساده است. دستگاه بسیار طولانی و مقاوم که از جنس  و پر از هوا ساخته شده است، روی اقیانوس شناور می شود و سرعت آن با لنگرهایی کاهش می یابد تا مجموعه دستگاه آهسته تر از جریان های اقیانوسی حرکت کرده و پلاستیک ها را داخل دستگاه بریزد.

نحوه قرارگیری دستگاه مشابه حرف لاتین U است و کابل های متصل آن برای به حداکثر رساندن قدرت جذب و گرفتن زباله برنامه ریزی شده است. زباله های جمع آوری شده در گوشه ها به مخزن وسط دستگاه منتقل می شوند.

هدف این دستگاه، جمع کردن زباله های پلاستیکی بزرگتر تا عمق ۳ متری است؛ اگر چه تورهای سیمی نایلونی محکم که موجودات دریایی در آن گیر نمی کنند، از دستگاه آویزان خواهد ماند.

طبق بررسی های انجام شده توسط سازمان اوشن کلیناپ، بخش عمده آلودگی ها در سطح آب است. پس از پر شدن مخزن دستگاه، از قایق هایی برای تخلیه زباله ها استفاده می شود.

گفتنی است طول دستگاه اولیه در حدود ۱۲۰ متر است. اگر دستگاه خوب کار کند، می توان آن را با اضافه کردن ۶۰ دستگاه دیگر به چرخاب، به مقداری نزدیک به ۶۲۰ متر هم گسترش داد.

بر اساس شبیه سازی های اوشن کلیناپ، این سیستم قادر به پاکسازی نصف چرخاب زباله اقیانوس آرام خواهد بود و در مدت ۵ سال، قادر به جمع آوری حدود ۳۶ هزار تن زباله پلاستیکی خواهد بود.

با وجود تلاش های قابل توجهی که برای حذف آلایندگی دریایی صورت گرفته است، اما افراد ناراضی هم در این پروژه های زیست دوست وجود دارند. یان فن فرانکر از موسسه پژوهشی دریایی واخینگن در هلند، این پروژه را تلاشی بیهوده می داند و می گوید که پلاستیک دریایی با گذشت زمان کاهش می یابد و نریختن زباله در اقیانوس بهترین راه است.

۴ سال قبل، یعنی در میانه های سال ۲۰۱۴، اقیانوس شناسانی به نام های کیم مارتینی و میریم گلدستین، یک بازبینی فنی از امکان پذیر بودن این پروژه به عمل آوردند و نقص هایی از آن را گزارش کردند.

طبق اظهارات آنها، مطالعه آزمایشی که طراحی دستگاه بر اساس آن صورت گرفته، تنها ۵ متر بالایی اقیانوس را هدف قرار گرفته است و برای جمع آوری زباله های عمقی مناسب نیست. این گفته با پژوهش های محققان اوشن کلیناپ، کاملا در تضاد است.

سازمان غیر دولتی Gyres 5 که بر روی کاهش زباله های پلاستیکی تمرکز دارد، اخیرا گفته که دستگاه ها کمکی به کاهش پلاستیک های ریز نمی کنند. خوردن پلاستیک های ریز موجب به وجود آمدن مشکلاتی جدی برای کاهش موجودات دریایی می شود؛ مثلا مردن از گرسنگی، چون شکم آنها پر از موادی می شود که هیچ ارزش غذایی ندارند.

با این حال، تیم اوشن کلیناپ با اقدامات موثر خود پاسخ بسیاری از منتقدان را داده اند؛ طرح لنگرها را اصلاح کردند، استراتژی برای حفظ موجودات دریایی به کار گرفتند و قصد دارند قبل از اینکه زباله های بزرگ به زباله های کوچک تبدیل شوند، آنها را از سطح دریا جمع آوری کنند.

طراح این پروژه، بویان اسلات که اکنون ۲۳ ساله است به فست کمپانی گفت:

«اکثر پلاستیک های دریایی هنوز بزرگ هستند. بنابراین اگر تا چند دهه دیگر آنها را جمع آوری نکنیم، مقدار پلاستیک های ریز به ۱۰ یا ۱۰۰ برابر حجم فعلی خواهد رسید. این مشکل باید پیش از اینکه اوضاع بدتر شود، مرتفع گردد.

اما تا زمانی که دستگاه کارش را شروع نکند، ما از هیچ موضوعی به طور کامل مطمئن نخواهیم شد.»

شرکت Ocean Cleanup قصد راه اندازی اولین دستگاه در ماه جولای (تیر) را دارد تا نخستین محموله جمع آوری شده از پلاستیک های دریایی خودش را در اواخر امسال تحویل دهد. اسلات همچنین گفت:

«مشکل آلودگی پلاستیک در دریا همیشه به عنوان موضوعی غیر قابل حل مطرح می شد.

بسیار خوب! ما نمی توانیم اقیانوس را تمیز کنیم ولی بهترین کاری که می توانیم انجام دهیم، جلوگیری از بدتر شدن اوضاع است. از نظر من چنین پیامی واقعا ناامید کننده است اما باید بپذیریم که ما به عنوان جامعه بشری، مسبب به وجود آمدن این مشکل شده ایم؛ پس به نظرم حل کردن آن، وظیفه خودمان است.»

 

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

www.shimisanat.com

افزایش بازده سلول های خورشیدی با تغییر برخی از نیمه هادی ها

یافته های محققان نشان می دهد که می توان با تغییر شکل برخی از مواد نیمه هادی، انرژی بیشتری از سلول های خورشیدی بدست آورد.

به نقل از ایسنا، پژوهشگران دانشگاه واریک (University of Warwick) در کشور انگلستان، مقاله جدیدی چاپ کرده اند که طبق آن نشان می دهد شاید بتوان با تغییر شکل هر یک از کریستال های نیمه رسانای سلول های فتوولتاییک (PV) انرژی بیشتری از سلول های خورشیدی استخراج کرد.

نویسندگان این مقاله که به نام «اثر فلکسو فتوولتاییک – Flexo-Photovoltaic Effect» منتشر شده است، مارین الکس، مینگ مین یانگ و دونگ جیک کیم از دپارتمان کالج فنی دانشگاه واریک هستند.

گفتنی است که فتوولتاییک یکی از انواع سامانه های تولید برق از انرژی خورشیدی است. در این روش با به کار گیری سلول های خورشیدی، تولید مستقیم الکتریسیته ناشی از تابش خورشید امکان پذیر می گردد.

آنها تلاش نموده اند تا محدودیت های فیزیکی طراحی های فعلی سلول های خورشیدی را که محدودیت مطلقی در بهره وری خود دارند، تحلیل و بررسی کنند.

اغلب سلول های خورشیدی از دو لایه تشکیل شده است که مرز میان آنها، اتصال بین دو نوع نیمه رسانا، حامل های مثبت بار (سوراخ هایی که با الکترون پر می شوند)، نیمه رسانای غیر ذاتی و نهایتا نیمه رسانای غیر ذاتی با حامل های منفی بار (همان الکترون ها) می باشد.

زمانی که نور جذب می شود، با برقراری اتصال بین دو نیمه رسانا، یک میدان داخلی را در خلاف جهت نگه داشته و در سرتاسر اتصال، جریان و ولتاژی را تولید می کند. اگر این اتصال نباشد، انرژی صورت نمی گیرد و حامل ها با سرعت بالا و به راحتی برای از بین بردن هر بار الکتریکی، مجدد ترکیب می شوند.

این نوع اتصال میان نیمه رساناها برای جذب نیرو از سلول خورشیدی، یک موضوع اساسی است؛ اما با محدودیت کارایی مواجه خواهیم شد. متاسفانه به دلیل نوعی واکنش که به اثر فتوولتاییک مشهور است، این مواد بازده کمی در تولید انرژی دارند و هرگز در سیستم های عملی تولید انرژی مورد استفاده قرار نمی گیرند.

به گزارش کمولوژی، این گروه محققان دانشگاه واریک تصمیم گرفتند برای اینکه به چنین نیمه رساناهایی شکل راس های رسانا بدهند، از ابزارهای میکروسکوپی نیروی اتمی استفاده کنند و کریستال هایی از جنس تیتانات استرانسیم (SrTiO3)، تیتانیم دی اکسید (TiO2) و همچنین سیلیکیون (Si) استخراج نمایند.

آنها متوجه شدند که ممکن است هر سه ماده با این روش تغییر شکل دهند و نهایتا اثر فتوولتائیک زیادی پیدا کنند.

«الکس»، عضو ارشد تیم تحقیقاتی در این خصوص گفت:

«گسترش محدوده این مواد، مزایایی دارد. این روش برای شکل دادن به هر نوع اتصالی ضروری نیست. ما قادر هستیم تا در هر نیمه رسانایی با جذب نور بهتر را برای سلول های خورشیدی انتخاب و بر حد ترمودینامیکی نهایی بهره وری قدرت، غلبه کنیم. اگر کارایی این روش در آزمایشات آینده اثبات شود، ارزش تجاری بسیاری زیادی برای تولید کنندگان سلول های خورشیدی و انرژی به همراه خواهد داشت.»

 

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

www.shimisanat.com

تولید آب شیرین از هوا در دانشگاه تگزاس

هر روز از گوشه و کنار دنیا خبرهایی مبنی بر تولید یا استفاده از انرژی های پاک می شنویم. تولید آب شیرین از هوا نیز یکی از همین خبرهاست که می تواند بسیار هیجان انگیز باشد.

محققان آمریکا توانستند سیستمی ابداع کنند که با انرژی خورشیدی کار می کند. این سیستم می توان با جذب رطوبت از هوا، به تولید آب شیرین بپردازد.

به گزارش کمولوژی و به نقل از ایسنا، دانشمندان دانشگاه تگزاس ایالات متحده موفق به ابداع یک ابزار مبتنی بر انرژی خورشیدی شده اند که قادر است رطوبت هوا را جذب کرده و آن را به صورت آب شیرین، ارائه نماید.

 

آنچه که این ایده خلاقانه را اجرایی کرده است، نوعی فناوری به نام ابر اسفنج می باشد. ابر اسفنج ها، موادی متشکل از پلیمر ژلاتین و هیدروژل هستند که برای نگهداری مقادیر زیادی آب ساخته شده اند. این هیدروژل ها در اثر گرم شدن، می توانند آب ذخیره شده را آزاد نمایند.

یکی از نویسندگان این پروژه، فی ژائو (Fei Zhao) است که می گوید:

«ما یک سیستم از پایه طراحی کرده ایم که برای استفاده از آن، فقط کافی است تا هیدروژل را در فضای باز گذاشت تا به جمع آوری آب بپردازد. آب جمع شده تا پیش از قرار گرفتن در برابر نور خورشید در هیدروژل باقی مانده و پس از حرارت دیدن، آزاد می شود.»

این سیستم جدید مبتنی بر فناوری غیر منتظره ای است که در سال ۲۰۱۸ توسط همین گروه تحقیقاتی ابداع شده بود. یک سیستم تصفیه آب مبنی بر انرژی خورشید که می توانست آب حاصل از هر منبعی را پاکسازی کند؛ اما سیستم جدید که اخیرا ابداع شده، می تواند رطوبت محیط را جذب کند.

تولید آب شیرین از هوا در دانشگاه تگزاس

استادیار علوم مواد و مهندسی مکانیک دانشگاه تگزاس، گوهویا یو (Guihua Yu) است که سرپرست این پروژه نیز می باشد. او درباره این دستاورد گفت:

«ماده یاد شده به گونه ای طراحی شده است که بدون مصرف بالای انرژی، هم رطوبت هوا را جذب می کند و هم در زمان قرار گرفتن کنار منبع حرارتی (مثل خورشید)، تولید آب شیرین خواهد داشت.»

باید متذکر شد جمع آوری رطوبت هوا، اگرچه کار تازه ای نیست و فناوری های بسیاری برای این امر ساخته شده اند اما تفاوت این سیستم جدید با سامانه های قبلی در استفاده از منبعی دائمی و پاک، یعنی انرژی خورشیدی است.

این سیستم با اینکه فشرده است اما انرژی لازم برای تولید آب روزانه را دارد و می تواند با به کار بردن هر کیلوگرم هیدروژل، ۵۰ لیتر آب شیرین تولید کند.

ابداع این فناوری برای تولید آب شیرین از هوا می تواند کاربردهای فراوانی در نواحی فقیرنشین یا کشورهای در حال توسعه داشته باشد اما لزوما این توانایی ها محدود این حیطه نیست.

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

www.shimisanat.com

الیاف ترکیبی پلیمری با انعطاف لاستیک و استحکام فلز

پژوهشگران دانشگاه کارولینای شمالی توانسته اند نوعی الیاف ترکیبی پلیمری بسازند که استحکام فلزات و خواص کشسانی لاستیک را به طور همزمان در خود داشته باشد.

این الیاف ترکیبی پلیمری در صنایع مختلف مثل رباتیک و بسته بندی کاربرد دارد؛ مثلا به عنوان پوست یک ربات می توان از این الیاف پلیمری استفاده کرد.

این الیاف مورد بحث، ترکیبی از فلز گالیم با پوشش پلیمری کشسان (لاستیکی) است که با برخورداری از خواص فلزات و لاستیک ها به شکل همزمان، در مقابل تنش و فشار مقاومت بالایی دارد.

آنچه که سبب تولید این الیاف ترکیبی پلیمری شد، تحقیقی بود که دانشمندان دانشگاه کارولینای شمالی به دنبال عملیاتی کردن آن بودند. این گروه می خواستند ماده ای بسازند که استحکام فلزات را داشته باشد اما در مقابل، تنش های شدید و خم های متعدد را تحمل کرده، خواص خود را از دست نداده و در نهایت دچار شکستگی نشود.

چنین خاصیتی در علم پلیمرها به نام چقرمگی مواد شناخته می شود. هر چه یک ماده چقرمه تر باشد، توانایی آن در جذب فشار و تنش ناشی از تحمل بار بیشتر بوده و سخت تر شکسته یا پاره خواهد شد.

الیاف ترکیبی پلیمری با انعطاف لاستیک و استحکام فلز

پوشش پلیمری هم چنین نقشی را دارد و زمانی که ماده مورد کشش قرار می گیرد، انسجام کلی خودش را حفظ کرده و پس از پایان کشش، قطعات جدا شده فلز را به یکدیگر می رساند.

سرپرست این پروژه تحقیقاتی، پروفسور مایکل دیکی است که اظهار داشته مغزیِ فلزی رشته الیاف جدید قادر است به کمک پوشش پلیمری، تا ۷ برابر طول اصلی کشیده شود و سپس به حالت ابتدایی خود باز گردد.

این قابلیت به شدت در صنعت مورد استفاده است. به عنوان مثال از این امکان برای بخش های متحرک و مفاصل ربات ها می توان استفاده کرد و علاوه بر مقاومت بالا در برابر ضربات (خاصیت فلز)، جلوی تحرک ربات را نیز نخواهد گرفت.

در حال حاضر تلاش های بسیاری برای تقلید از پوست انسان و به کارگیری آن در ربات ها صورت می گیرد که به گفته پروفسور دیکی، الیاف توسعه یافته در دانشگاه کارولینای شمالی ضمن حفظ خاصیت کشسانی پوست، مقاومت آن را نیز افزایش داده است.

در پایان لازم به ذکر است که در این پروژه به منظور اثبات عملیاتی بودن طرح، از فلز گالیم (Ga) استفاده شده اما در صورت نیاز، امکان استفاده از سایر فلزات برای دستیابی به خواص متفاوت وجود خواهد داشت.

استفاده از برگ های مصنوعی در محیط غیر آزمایشگاهی

استفاده از برگ های مصنوعی که تا به حال تولید می شدند، محدود به محیط های آزمایشگاهی بود. اما اکنون با راهکار پیشنهادی توسط یک گروه تحقیقاتی می توان از این برگ های مصنوعی در محیط های خارج از آزمایشگاه نیز استفاده کرد.

همانطور که می دانید فتوسنتز فرآیندی است که در آن گیاهان از آب و دی اکسید کربن موجود در هوا برای تولید کربوهیدرات و به کمک انرژی نور خورشید، استفاده می کنند.

سازوکار برگ های مصنوعی به این شکل است که همین عملیات فتوسنتز را تقلید نمایند که در نتیجه باعث کاهش میزان گاز CO2 موجود در جو زمین خواهد شد.

نکته ای که حائز توجه بوده آن است که این فرآیند تنها محدود به محیط داخلی آزمایشگاه هاست؛ چرا که از دی اکسید کربن خالص و تحت فشار موجود در مخازن استفاده می کنند.

حالا اما پژوهشگران دانشگاه ایلینویز در شهر شیکاگو ایالات متحده راهکاری داده اند که با استفاده از آن می توان برگ های مصنوعی را از آزمایشگاه بیرون آورد و به محیط های خارجی برد.

برگ توسعه داده شده توسط این تیم تحقیقاتی که از CO2 (به عنوان یک گاز گلخانه ای قوی) گرفته شده از هوا استفاده می کند، دست کم ۱۰ برابر در تبدیل دی اکسید کربن به سوخت،، بهتر از برگ های طبیعی عمل خواهد کرد.

نتایجی که این تیم از آزمایشات خود به دست آورده اند، در مجله ACS Sustainable Chemistry & Engineering منتشر شده و قابل مطالعه است.

نویسنده مقاله منتشر شده در این ژورنال که استادیار دپارتمان مهندسی شیمی در کالج مهندسی دانشگاه ایلینویز است، «مینش سینگ» نام دارد که در خصوص این طرح گفت:

«تا به حال همه طراحی هایی که برای برگ های مصنوعی در آزمایشگاه انجام شده، از دی اکسید کربن موجود در مخازن فشرده شده استفاده کرده اند. برای آنکه همچین پروژه ای را در دنیای واقعی پیاده کنیم، این دستگاه ها باید بتوانند CO2 را از منابع رقیق تری چون هوا و گازهای دودکشی (ناشی از سوخت زغال سنگ در نیروگاه ها) جذب نمایند.»

سینگ به کمک همکارش، «آدیتیا پراجپات» که دانشجوی تحصیلات تکمیلی در آزمایشگاه سینگ است، در راستای حل این مشکل راهکاری پیشنهاد دادند که در آن برگ مصنوعی سنتی درون یک کپسول شفاف ساخته شده از یک غشای نیمه نفوذ پذیر رزین آمونیم چهارتایی که با آب محاصره شده است، بسته بندی می گردد.

تبخیر آب از داخل به خارج توسط نور خورشید، وظیفه این غشا است.

استفاده از برگ های مصنوعی در محیط غیر آزمایشگاهی

همانطور که آب از طریق غشا عبور می کند، دی اکسید کربن به طور انتخابی هوا را به داخل می کشد. واحد فتوسنتز مصنوعی داخل کپسول از یک جاذب نور با پوشش کاتالیزوری تشکیل شده است که CO2 را به CO تبدیل می کند.

گفتنی است که مونوکسید کربن می تواند به عنوان پایه ای برای ایجاد سوخت های مصنوعی گوناگون مورد بهره برداری قرار گیرد.

به این ترتیب گاز اکسیژن تولید می شود و قادر است به محیط اطراف منتقل شود و یا جمع گردد.

سینگ اشاره کرد:

«با تعبیه و قرار دادن فناوری برگ های مصنوعی سنتی در این غشای مخصوص، کل این واحد می تواند عملکردی مشابه یک برگ طبیعی در خارج از آزمایشگاه داشته باشد.»

آنطور که از محاسبات این تیم پژوهشی دانشگاه ایلینویز بر می آید، ۳۶۰ برگ که هر کدام ۷/۱ متر طول و ۲ متر پهنا دارند، در هر روز نیم تن مونوکسید کربن تولید خواهند کرد که می تواند به عنوان پایه برای ایجاد سوخت های مصنوعی استفاده شود.

این تعداد برگ محیطی به مساحت ۵۰۰ متر مربع را پوشش می دهد که می تواند سطح دی اکسید کربن را در شعاع ۱۰۰ متری به میزان ۱۰٪ در یک روز کاهش دهد.

استادیار دپارتمان شیمی این دانشگاه خاطر نشان کرد:

«طراحی مفهومی ما از مواد و فناوری هایی که به سادگی در دسترس هستند استفاده می کند که وقتی با یکدیگر ترکیب شوند، برگ های مصنوعی را می سازند که قادر است در محیط بیرون از آزمایشگاه مستقر شود؛ جایی که می تواند نقش مهمی را در کاهش میزان گازهای گلخانه ای موجود در جو داشته باشد.»

لازم به ذکر است که این پژوهش در آزمایشگاه مواد و سیستم های مهندسی دانشگاه ایلینویز ایالات متحده آمریکا انجام شده است. 

دپارتمان مهندسی شیمی، حمایت مالی انجام این پژوهش را بر عهده داشت؛ اقدام شایسته ای که باید در کشور ایران هم مدنظر مسئولات دانشگاهی قرار گیرد.

بازیافت کربن دی اکسید از هوا و انتشار معکوس آن

محققان استرالیایی موفق به توسعه روشی جدید برای بازیافت کربن دی اکسید از هوا و تبدیل آن به ماده ای کاربردی در ساخت ابر خازن ها شده اند.

بازیافت کربن دی اکسید از هوا و انتشار معکوس آن

 

بحران های زیست محیطی که سال هاست گریبانگیر سیاره سبز شده است، موجب تغییرات اقلیمی گوناگونی شده است. این در حالی است که هنوز برای مهار کربن دی اکسید به عنوان مهم ترین آلاینده جوی، راهکاری ارائه نشده است.

رویای جذب این گاز دردسر ساز، یعنی CO2 به کمک فناوری، چند وقتی است که منجر به انتشار اخباری امیدبخش در این زمینه گردیده است. هدفی که دانشمندان در پی تبدیل این گاز مخرب به ماده ای مفید و کاربردی هستند.

آنچه که ما نیاز داریم، صرفا ارائه یک راهکار عملی نیست؛ بلکه می بایست از نظر اقتصادی، با صرفه باشد. این راهکار باید علاوه بر جذب میزان کافی از کربن اتمسفر، بتواند وضعیت فعلی را دچار تغییر و تحول نماید.

اخبار خوبی که در این مدت به گوش رسیده، حاکی از آن است که احتمالا دانشمندان استرالیایی توانسته اند چنین راهکاری را عملی کنند.

به گزارش کمولوژی، محققان دانشگاه RMIT در شهر ملبورن استرالیا، نوعی فناوری را توسعه داده اند که قادر است گاز کربن دی اکسید را به ذراتی از دوده خالص تبدیل کند.

گفتنی است از زمانی که به خطرات ناشی از گرمایش جهانی و عواقب ناگوار آن پی برده ایم، همواره در پی احیای چرخه کربن در گازهای گلخانه ای و یافتن راهی برای بازگرداندن آنها به سطح زمین هستیم.

از آن زمان تاکنون، ایده های زیادی برای جداسازی کربن از جو زمین امتحان شده اند؛ تولید زیست توده و دفن آن و همچنین پمپاژ گاز به مخازن زیر زمینی برای تسریع واکنش های شیمیایی تبدیل CO2 به گازهای کم خطرتر، از جمله این اقدامات هستند.

بازیافت کربن دی اکسید از هوا و انتشار معکوس آن

بعضی از این روش ها هزینه پایینی دارند اما مشکل بزرگ آنها، نداشتن سرعت کافی است. برخی دیگر هم از نظر اقتصادی توجیه چندانی برای انگیزش صنایع آلاینده ندارند.

چیزی که در این سال ها برای حل بحران کربن بدست آمده، آن است که امید چندانی به فناوری های انتشار معکوس نداشته باشیم. با این حال، پیشرفت هایی در سال های اخیر روی داده و ما را در مورد رسیدن به یک راهکار زیست محیطی جامع خوشبین تر کرده است. بازیافت کربن دی اکسید به کمک روشی که در ادامه بیان خواهد شد، یکی از همین پیشرفت هاست.

روشی که پژوهشگران دانشگاه RMIT در استرالیا موفق به کشف آن شده اند، سرعت چندانی ندارد اما برای انجام آن نیازی به ایجاد فشارهای بالا (یا واکنش های شیمیایی پیچیده) جهت تبدیل CO2 به شکل جامد، وجود ندارد.

سازوکار این روش بر مبنای کاربرد نوعی نانو ذره فلز سریم است که نقشی حیاتی در واکنش های الکتروشیمیایی جداسازی اکسیژن از کربن دی اکسید در ولتاژهای پایین دارد.

استفاده از مخلوط سوسپانسیونی نانو ذرات سریم به شکل یک آلیاژ فلز مایع، باعث عدم تشکیل کربن به صورت جامد بر روی سریم می شود و به این ترتیب، بازدهی واکنش افت نخواهد کرد.

در شرایط بهینه تر می توان از گالیم فلزی به عنوان حلال این واکنش استفاده کرد. نکته مثبت این جایگزینی آن خواهد بود که تمام واکنش در دمای اتاق قابلیت اجرایی خواهد داشت؛ چرا که نقطه ذوب عناصر در مقادیر بسیار کمتری قرار خواهد گرفت.

یکی از شیمیدان های دانشگاه RMIT، تورلن دانک است که درباره این پروژه می گوید:

«تا به امروز، تبدیل کربن دی اکسید به شکل جامد‌ آن تنها در دماهای بسیار بالا قابل دستیابی بود و این امر باعث می شد انجام آن در مقیاس صنعتی امکان پذیر نباشد.

ما با استفاده از فلزات مایع به عنوان کاتالیزور، ثابت کرده ایم که امکان تبدیل این گاز به کربن جامد در دمای اتاق و طی یک فرآیند کارآمد و مقیاس پذیر میسر است.»

یکی از مزیت های مهم این فناوری که برتری عمده ای در قبال روش های پیشین دارد، محصول نهایی این واکنش است؛ محصولی که شاید تنها یک زباله نباشد.

درنا اسرافیل زاده، مهندس ارشد و نویسنده این پژوهش در ایران است که می گوید:

«از دیگر مزایای این فرآیند آن است که کربن می تواند بار الکتریکی را در خود نگه داشته و تبدیل به یک ابر خازن شود. به این ترتیب ممکن است بتوان از آن برای ساخت یکی از اجزای وسایل نقلیه در آینده استفاده کرد. این فناوری همچنین می تواند یک سوخت ترکیبی را به عنوان محصول جانبی تولید کند که از کاربردهای صنعتی متنوعی برخوردار است.»

بازیافت کربن دی اکسید از هوا و انتشار معکوس آن

کربن یکی از مهم ترین عناصری است که در زندگی آینده بشر، نقش مهمی خواهد داشت. یکی از راه های بدست آوردن دوباره کربن، بازیافت کربن دی اکسید است.

محصولات مبتنی بر کربن همچون گرافن می توانند باعث تحول در آینده صنعت الکترونیک شوند و آن هم نه تنها به عنوان یک ابر خازن، بلکه به عنوان یک ابر رسانا مطرح شود.

پیش بینی می شود که حتی اگر بخشی از این رویای بزرگ تحقق یابد، یک صنعت مواد بر اساس کربن می تواند سرمایه های بزرگی را در آینده به سوی خود روانه کند. پر واضح است که ایجاد انگیزه های اقتصادی می تواند بزرگترین محرک برای حل این مشکلات زیست محیطی باشد.

دانک ادامه می دهد: «ذخیره سازی کربن به شکل جامد، گامی حیاتی در این مسیر به حساب می آید؛ با اینکه هنوز پژوهش های بیشتری باید انجام بپذیرد.»

حل مشکلات زیست محیطی جهان ما، چه از طریق جذب کربن دی اکسید و چه از طریق جمع آوری پلاستیک های موجود در اقیانوس ها، آینده ای روشن تر برای آیندگانمان رقم خواهد زد.

کشف حالت فیزیکی جدید بین مایعات و جامدات

محققان با انجام آزمایش روی پتاسیم موفق به کشف حالت فیزیکی جدید شدند که اتم های آن به شکل همزمان جامد و مایع است.

آنها برای این پژوهش، رفتار ۲۰۰۰۰ اتم پتاسیم را در شرایط سخت شبیه سازی کردند که دستاورد ارزشمند آنها، کشف حالت فیزیکی جدید بود.

یکی از دلایل رسیدن به چنین پدیده مهمی این بود که دانشمندان می خواستند ببینند آیا حالت فیزیکی مشخصی وجود دارد که ساختار اتم ها در حال گذر میان چندین حالت مثل جامد، گاز یا مایع باشد یا خیر.

در این سری از آزمایشات، شرایط سختی چون فشار و دمای بالا روی فلزات ساده جدول تناوبی اعمال شد و از شبیه سازی های کامپیوتری نیز برای بررسی حالت جدید استفاده شد.

محققان دانشگاه اسکاتلند معتقدند که این حالت فیزیکی جدید برای چند عنصر دیگر مثل سدیم یا بیسموت وجود دارد و قرار است بزودی آزمایشاتی بر روی آنها صورت بگیرد.

تا قبل از این دستاورد، مشخص نبود که چنین حالتی از پایداری مناسب برای مطرح شدن به عنوان حالت مجزا برخوردار است یا خیر. اکنون با شبیه سازی رفتار ۲۰ هزار اتم، محققان ثابت کرده اند که این حالت به قدر کافی پایدار است و باید نام جدیدی برای آن در نظر گرفت.

کشف حالت فیزیکی جدید بین مایعات و جامدات

 

سرپرست این پروژه، دکتر آندریاس هرمان است که درباره کشف حالت فیزیکی جدید می گوید:

«پتاسیم یکی از ساده ترین فلزاتی است که می شناسیم. نکته جالب اما اینجاست که اگر آن را فشار دهید، ساختار بسیار پیچیده ای به خود می گیرد. تحقیقات ما نشان می دهد که در چنین حالتی پتاسیم شکل فیزیکی عجیب اما پایداری به خود می گیرد که هم جامد است و هم مایع.»

طبق نتایج به دست آمده از این تیم تحقیقاتی، واکنش های میان اتم های این فلز سبب می شود که قسمتی از آنها حالت جامد بگیرند و قسمتی دیگر هم به حالت مایع تبدیل شوند.

دانشمندان باور دارند که کشف جدید آنها موارد استفاده از ماده هایی با این خصوصیات را بالا می برد و متخصصان می توانند از این حالت جدید برای جنس اولیه تولیدات خاص خود بهره بگیرند.