• Eesti Füüsika Selts
    • Eesti Füüsika Selts
    • Eesti füüsikapäevad ja füüsikaõpetajate päevad
      • 2017.a. füüsikapäevad
      • 2016.a. füüsikapäevad
      • 2015. a. füüsikapäevad
      • 2003.a. füüsikaõpetajate päev
    • EFS Täppisteaduste Suve- ja Sügiskoolid
      • 2017.a. sügiskool
      • 2016.a. sügiskool
      • 2015.a. sügiskool
      • 2014.a. sügiskool
      • 2013.a. suvekool
      • 2013.a. sügiskool
      • 2012.a. suvekool
      • 2012.a. sügiskool
      • 2011. a. suvekool
      • 2010. a. suvekool
      • 2010.a. sügiskool
      • 2009.a. sügiskool
      • 2008.a. suvekool
      • 2008.a. sügiskool
      • 2007. a. suvekool
      • 2007.a. sügiskool
      • 2006.a. suvekool
      • 2005.a. suvekool
      • 2005.a. sügiskool
      • 2004.a. suvekool
      • 2004.a. sügiskool
    • Füüsika õpetajate sügisseminarid Voorel
      • Voore 2017
      • Voore 2015
      • Voore 2011
      • Voore 2009
    • EFS aastaraamatud
    • Teadusbuss
    • Teaduslaagrid
    • FKB õpikojad
    • Akadeemiline füüsikaolümpiaad
    • Tähe perepäevad TÄPE

FYYSIKA.EE

Elu, loodus, teadus ja tehnoloogia

  • Arvamus ja Inimesed
    • Arvamus
    • Persoon
  • Eestist endast
    • Teated
  • Teadusuudised
    • Eesti teadusuudised
      • Tartu Ülikool
      • KBFI
      • Tallinna Tehnikaülikool
      • Tõravere Observatoorium
    • FYYSIKA.EE hoiab silma peal – Teemad
    • Referaadinurgake
    • Päevapilt
  • RSS teletaip
    • RSS Füüsikaharidus
    • RSS Kosmos
    • RSS Teadus
    • RSS Arvamus
    • RSS Tehnoloogia
  • Füüsika koolis
    • Füüsikaõpetajate võrgustik
    • TÜ koolifüüsika keskus
    • EFS füüsikaõpetajate osakond
    • Eesti füüsikaolümpiaadid
    • Videod ja simulatsioonid
    • Füüsika e-õpikud
    • Lahedad projektid
  • Kontakt

“Häälestatavad” metalli nanostruktuurid kütuseelementide, akude ja päikeseenergia salvestamise tarbeks

13.04.2012 by Anu Mets Leave a Comment

Kütuseelementide ja akudes olevate elektroodide jaoks tahaksid insenerid toota poorseid metallkilesid, et võimaldada pinnaalal keemiliste reaktsioonide toimumist. Samuti võiksid metallkiled olla ülihästi elektrit juhtivad selleks, et elektrit laiali kanda, kuid see on osutunud pettumust valmistavaks väljakutseks.

Cornelli keemikud arendasid nüüd välja meetodi, kuidas valmistada kuni 1000 korda eelnevate meetoditega tehtutest parema elektrijuhtivusega poorseid metallkilesid. Lisaks avab nende tehnika uurijate sõnul ukse erinevate metallist nanostruktuuride loomisele ehituse ja biomeditsiiniliste rakenduste tarbeks. Mitme aasta vältel tehtud katsete tulemusi kirjeldatakse teadusajakirja Nature Materials internetiväljaandes, vahendab Phys.org.

Ise-kogunenud metalli sisaldavate kilede näidised, mis valmistati uue sool-geeli protsessi abil. Kiled on põhiliselt klaasist, millesse on lükitud värvi andvad metalli aatomid. Ruudujooned on 5-millimeetriste vahedega. Pilt: Wiesner Lab

Oleme jõudnud enneolematu tasemeni tulemuseks olevate ainete koostise, nanostruktuuri ja funtsionaalsuse, näiteks elektrijuhtivuse, kontrollimises. Seda oleme saavutanud lihtsa sega-ja-kuumuta lähenemise abil „ühes potis“, sõnas uurimustöö vanemautor Ulrich Wiesner.

Keemiku jaoks näeb see välja nõnda: 3-isocyanatopropyltriethoxysilane (ICPTS) liitub aminohappega, mis omakorda haarab metallatsetaadis leiduva metalliooni („M“ esindab iga valitud metalli), jättes maha äädikhappe. Nendele struktuuridele mõeldes tekkis uurija Scott Warrenil Ahhaa!-moment.

Uus meetod põhineb keemikutele tuttava „sool-geel“ protsessil. Teatud räniühendid kogunevad lahustitega segatuna ise räni dioksiidi struktuuriks ehk klaasiks, millel on kärgjate nanomeetri skaalas poorid. Uurijate jaoks oli väljakutseks metalli lisamine, et valmistada poorne elektrit juhtiv struktuur.

Umbes 10 aastat tagasi proovis Wiesneri uurimustöö meeskond koostöös Cornelli Kütuseelemendi Instituudiga rakendada sool-geel protsessis katalüsaatoreid, mis tõmbavad kütuse molekulidest prootoneid, et toota elektrit. Teadlased vajasid aineid, mis läbiksid kõrgvoolu, kuid rohkem kui väikese koguse metalli lisamine häiris Scott Warreni sõnul sool-geel protsessi.

Uues protsessis on võimalik kasutada peaaegu iga metalli perioodilisustabelist (näidatud punase ja sinisega). Sinisena märgituid on võimalik osta sobival kujul otse keemiliste tarvete tarnijate riiulitelt. Pilt: Wiesner Lab

Warren, kes oli toona doktorant, tuli ideele kasutada aminohapet metalli aatomite ühendamiseks kvartsi molekulidega, sest ta taipas, et amonohappe molekuli ühel otsal on vastastikune tõmme kvartsiga ja teisel otsal metallidega. „Kui oleks leidnud viis ühendamaks metalli kvartsi sool-geel eelkäijaga, saaksime ennetada faasi eraldumist, mis häiris ise-kogunemise protsessi,“ väitis ta.

Kohene tulemus on metalli, kvartsi ja süsiniku nanostruktuur, milles on palju rohkem metalli kui eelnevalt võimalik oli. See tõstab suuresti struktuuri elektrijuhtivust. Kvartsi ja süsinikku on võimalik eemaldada, jättes järele poorse metalli. Kvarts-metall struktuur aga hoiaks Warreni sõnul oma kuju mõnedes kütuseelementides esinevatel kõrgetel temperatuuridel. Vaid kvartsi eemaldamine, et saada süsinik-metalli struktuuri, pakuks aga teisi võimalusi, sealhulgas suuremaid poore.

Uurijad esitasid aruande laia ulatusega eksperimentidest, näidates, et nende protsessi on võimalik kasutada, valmistamaks „raamatukogu ainetest koos suure kontrolliga koostise ja struktuuri üle“. Teadlased ehitasid struktuure pea igast perioodilisustabelis olevast metallist. Lisanduva keemia abil on nad ka võimelised „häälestama“ pooride mõõtmeid ulatuses 10 kuni 500 nanomeetrit. Nad valmistasid ka metalliga täidetud kvartsist nanoosakesi, mis on piisavalt väikesed, et inimese poolt sisse söömiseks ja eritamiseks, mis viitab võimalikele biomeditsiinilistele rakendustele. Wiesneri teadlaste meeskond on tuntud ka „Cornelli punktide“ loomise tõttu, mis suruvad kvartsi nanoosakestesse kokku värvaineid. Seega on sool-geeli protsessi võimalikuks tulevaseks rakenduseks on ehitada Graetzeli päikesepataresid, mis sisaldavad valgustundlikke värvaineid. Rekordilise elektrijuhtivuse mõõtmine viidi läbi artikli kaasautori Michael Graetzeli laboratooriumis.

Allikas

Teadusartikkel: „A silica sol-gel design strategy for nanostructured metallic materials“

Teised selle mõtteraja postitused

  1. Huvitavate polarisatsiooniomadustega multiferroidsest metalliühendist
  2. Teadustöö grafeeni ja boornitriidi kaksikkihtmaterjali valmistamisest võib tähendada läbimurret transistoritööstuses
  3. Grafeen kiirgab infrapunavalgust
  4. Teadlased valmistasid mittemürgised painutatavad nanolehed
  5. Süsiniknanotorufiibrite valmistamine ja omadused
  6. Mitmepaisulised transistorid klassikaliste väljatransistorite asendajatena
  7. Kortsutatav CNT-transistor
  8. Nanomaterjalide valmistamise uus meetod
  9. Süsiniknanotorude realistlikud rakendused
  10. IBM-i teadlased valmistasid süsinik nanotorudest 9 nanomeetrise läbimõõduga transistori

Filed Under: Teadusuudised Tagged With: nanotehnoloogia

Leave a Reply Cancel reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

FYYSIKA.EE hoiab silma peal

biofüüsika Elementaarosakesed ja LHC eksperiment Grafeen&Grafaan Inimene kosmos maa IPhO2012 Kauged planeedid Kliima‑ ja ilmaennustused Kuidas saada nähtamatuks Kvantarvutid kvantnähtused Kütuseelemendid Maavälise elu otsingud Magnetmaterjalid Materjalimaailm nanotehnoloogia Saagu valgus Tehnovidinad Tulevikuenergia Tumeenergia ja tumeaine Tuumafüüsika Vaata sissepoole ülijuhid

Värskemad kommentaarid

  • weat5her { Vastavalt voistluse tulemustele arvatakse juulis Sveitsis toimuva rahvusvahelise fuusikaolumpiaadi Eesti voistkonna liikmeteks Kristjan Kongas, Taavet Kalda, Kaarel Hanni, Jonatan Kalmus ja Richard Luhtaru. }
  • lambda { Huvitav ja informatiivne ülevaade astrofüüsika hetkeseisu kohta. Paar väikest apsu tõid tõsisele tekstile lõbusat vaheldust ja panid peas helisema lambada-rütmid, kui lugesin, et „varsti hakkasid... }
  • test { Mis kell see seminar siis on kah? }
  • Aigar { YYSIKA.EE planeerib ühe sellise palli lennutamist 22. aprillil 2015.a. - Kuidas läks? }

Sõbrad Facebook'is

Meid toetavad:

Copyright © 2023 · News Pro Theme on Genesis Framework · WordPress · Log in