Навигация
Наноканалы генерируют электричество за счёт тока жидкости
42079
знаков
0
таблиц
18
изображений
5. Наноканалы генерируют электричество за счёт тока жидкости
Мельчайшие каналы, создаваемые на субстрате, всегда ассоциировались с «лабораториями на чипе». Однако, наноразмерная геометрия может использоваться и иначе — для выработки электричества.
Учёные из Нидерландов продемонстрировали эффективность преобразования энергии с КПД 3.25% при течении солевого раствора через канал 75 нм глубиной, 50 мкм шириной и 4.5 мм длиной.
В перспективе группа из Технологического Университета Дельфта рассчитывает добиться эффективности 10%. Исследователи считают, что этот метод может обеспечить микро- и нанофлюидные устройства «бортовыми» источниками энергии.
Метод электрокинетической генерации электроэнергии основан на разности давлений вдоль наноканала, прокачивающей водный раствор KCl или LiCl от одного конца к другому. Движение жидкости индуцирует ток, пропускаемый через внешнее сопротивление, совершая, таким образом, работу.
Возле стенки канала, на поверхности раздела жидкость-субстрат, зарядовая нейтральность жидкости нарушается, что и делает возможной выработку электрической энергии. А поскольку наноразмерные каналы имеют высокое отношение поверхности к объёму, в них этот эффект особенно силён. Сама идея получения электроэнергии с помощью жидкости, текущей через узкий канал, не нова, но теперь достижения технологий изготовления нанообъектов позволяют создавать и испытывать реальные устройства.
Учёные наносили каналы непосредственно на поверхность плавленого кварца. Как оказалось, плотность поверхностного заряда этого материала практически оптимальна для таких экспериментов. Однако, дальнейшее повышение эффективности метода требует поисков материала или покрытия с такой же плотностью поверхностного заряда, но меньшей штерновской проводимостью — за счёт этого эффекта сам материал действует, как параллельно включённый проводник, через который идёт утечка электрической энергии.
6. Побит рекорд эффективности пластиковых солнечных элементов
В Центре Нанотехнологий и Молекулярных Материалов Университета Уейк Форест (Wake Forest University, Center for Nanotechnology and Molecular Materials) достигнуты значительные успехи в области возобновляемы источников энергии.
Исследователи Центра объявили о создании пластиковых солнечных элементов с эффективностью более 6%. Такая высокая эффективность была достигнута за счёт внедрения нановолокон в светопоглощающий пластик, аналогично жилам в листьях растений. Такой подход позволяет создавать устройства с более толстым светопоглощающим слоем, улавливающие больше солнечного света.
Эффективные пластиковые солнечные батареи важны для создания недорогих и лёгких элементы питания — особенно в сравнении с традиционными кремниевыми солнечными батареями, которые обладают большим весом и размерами. Благодаря гибкости и простоте в обращении, пластиковые солнечные батареи могут использоваться в качестве покрытий на домах и автомобилях. А поскольку такие элементы намного легче обычных, отпадает необходимость в прочных опорных конструкциях.
Современные кремниевые элементы достигают эффективности преобразования света в электрическую энергию порядка 12%. Максимальная эффективность пластиковых солнечных элементов не превышала 3%, пока в 2005 году директор Центра Дэвид Кэрролл (David Carroll) и его группа не объявили о создании устройств с эффективностью почти 5%, а теперь, спустя чуть более года, они превзошли отметку 6%. Таким образом за два года им удалось более чем вдвое повысить эффективность элементов. Исследователи ожидают добиться ещё больших успехов в течение следующих двух лет, что наконец сделает пластиковые солнечные элементы лидерами среди солнечных батарей. Для коммерческой рентабельности эффективность солнечных элементов должна быть не ниже 8%; исследователи из Уейк Форест ожидают достигнуть 10% отметки в следующем году.
7. Создан нанодвигатель с фотонным питанием
Создан нанодвигатель с фотонным питанием Ученые из университетов Болоньи и Калифорнии создали первый молекулярный двигатель, работающий от солнечного света.
Нанодвигатель разрабатывался более шести лет исследователями из университета Болоньи и Калифорнийского университета. По форме он напоминает гантель длиной 6 нм, на рукоятке которой находится кольцо диаметром 1,3 нм. Кольцо может двигаться вдоль рукоятки, но не может соскользнуть из-за двух ограничителей на концах «гантели». Кольцо занимает один из двух участков на «рукоятке». Когда один из ограничителей поглощает солнечный свет, электрон перемещается к одному из этих участков, что вызывает перемещение кольца к другому участку. Когда электрон перемещается обратно, кольцо возвращается на место, и, таким образом, цикл повторяется много раз. Микромотор размером всего несколько нанометров двигается подобно микроскопическому поршню. «Эти нанодвигатели можно использовать в качестве ячеек памяти в молекулярной фотонике и электронике — двух перспективных направлениях, нацеленных на создание химического компьютера», — говорит доктор Винченцо Бальцани (Vincenzo Balzani) из университета Болоньи.
Наномоторы можно использовать и в качестве клапанов для пор наночастиц на основе кварца. Ученые с помощью световых импульсов управляют открытием и закрытием этих клапанов, регулируя заполнения пор молекулами определенного вида — к примеру, молекулами лекарств для лечения рака, сообщает Physorg. «Когда такие наноконтейнеры достигнут цели, свет может использоваться как переключатель доставки лекарства», — комментирует доктор Дж. Фрейзер Стоддарт (J. Fraser Stoddart) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, соавтор изобретения.
Нанодвигатель работает очень быстро. Полный цикл занимает менее тысячной доли секунды. Как считают авторы изобретения, процесс можно сравнить с работой автомобильного двигателя, совершающего 60 тыс. тактов в минуту. По мнению ученых, примечателен тот факт, что молекулярный двигатель подобного типа не нуждается в химическом топливе. Новый нанодвигатель берет энергию непосредственно из солнечного света, не требует доставки топлива и не производит отходов. Его можно сравнить с солнечным автомобилем. Специалисты едины в своих оценках и считают изобретение нанодвигателя важным этапом на пути к созданию молекулярных машин. В настоящее время исследователи заняты созданием поверхностных покрытий и мембран из подобных нанодвигателей, где все они будут работать согласованно и производить механическую работу на макроуровне.
Похожие работы
... полностью соответствовать модели новой экономической формации, где единственным предметом обмена станет информация. 2.3. Проблемы и перспективы развития нанотехнологий в машиностроении 2.3.1. Перспективы развития нанотехнологий в машиностроении Стратегическими национальными приоритетами Российской Федерации, изложенными в утвержденных 30 марта 2002 г. Президентом Российской Федерации « ...
... (молекулами), записи и хранения информации с предельно возможным в природе разрешением ~10–10 м (для атомарных структур), а также последующего ее считывания. Что впереди? Дальнейшее развитие нанотехнологии предусматривает переход от отдельных элементов и их сборок к интегрированию сенсорной, логически-аналитической, двигательной и исполнительной функции в одном устройстве. Первый шаг в этом ...
... параметров ионного и электронного транспорта в переходных слоях интерфазы. 4. Принципы создания твердофазных электрохимических преобразователей энергии и информации. 5. Гипотеза о самоорганизации переходных ион-проводящих структур при протекании электрохимических и химических процессов на фазовых границах. Определяющую роль матричных структур в твердофазных электродных реакциях. ...
... . Воздействие озона вызвало разрушения в структурах трубок, то есть, образованию необходимых дефектов. Катализирующие свойства батарей при этом выросли в десятки раз. Применение углеродных нанотрубок призвано решить ряд принципиальных проблем солнечных батарей на основе сенсибилизированных красителей. Во-первых, новая конструкция обладает большой выходной мощностью. Батареи традиционной ...
0 комментариев