Recently in Electrochemistry Category

پژوهشگران کورنل دریافته‌اند که دقیقاً همان‌طور که واکی-تاکی‌ها موج‌های رادیویی را ارسال و دریافت می‌کنند، نانولوله‌های کربنی می‌توانند نور را در مقیاس نانو ارسال و دریافت کنند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، نانولوله‌های کربنی که ورقه‌هایی استوانه‌ای و لوله‌ای‌شکل از اتم‌های کربن هستند، بر اساس پژوهش انجام‌شده به رهبری جی‌وونگ پارک (Jiwoong Park)، استادیار شیمی و زیست‌شناسی شیمیایی کورنل، ممکن است روزی سیم‌های پراکنده‌کننده‌ی نوری ایده‌آلی را به وجود آورند. این سیم‌ها آنتن‌های بسیار ریز و تا حد زیادی نامرئی هستند که دارای توانایی کنترل، جذب و انتشار رنگ‌های خاصی از نور در مقیاس نانو هستند. این مطالعه که با همکاری گارنت چان (Garnet Chan)، به عنوان نویسنده‌ی دیگر مقاله، انجام شده است، در تاریخ نوزدهم دسامبر به صورت آنلاین در مجله‌ی Nature Nanotechnology انتشار یافته است. نویسنده‌ی اصلی مقاله دانیل. ی. جوه (Daniel Y. Joh)، دانشجوی سابق آزمایشگاه پارک، است.

پژوهشگران از پراکندگی رایلی (Rayleigh) نور -همان پدیده‌ای که آسمان آبی را به وجود می‌آورد- ناشی از نانولوله‌های کربنی که در آزمایشگاه کشت داده شده بودند، استفاده کردند. آن‌ها کشف کردند که تا زمانی‌که انتشار پراکندگی نور به صورت کلاسیک و ماکروسکوپی باشد، رنگ و شدت تشعشعات پراکنده به‌وسیله‌ی ویژگی‌های کوانتومی ذاتی تعیین می‌شود. به بیان دیگر، ساختار پیوند مولکولی ساده‌ی کربن-کربن نانولوله‌ها، که با ویژگی‌های ساختارهای نوری نانومقیاس فلزی امروزی متفاوت است، مستقل از شکلشان، تعیین می‌کند که آن‌ها چگونه نور را پراکنده کنند.

پارک توضیح می‌دهد: «حتی اگر شما آن را در مقیاس کوچک هم به کار ببرید چیزی تغییر نخواهد کرد، زیرا این پراکندگی اساساً مولکولی است.»

آن‌ها دریافته‌اند که انتقال نور نانولوله‌ها مانند مدلی کوچک‌مقیاس از آنتن‌های فرکانس رادیویی که در Walkie-Talkie ها یافت می‌شوند، رفتار می‌کنند؛ تنها با این تفاوت که آن‌ها به جای امواج رادیویی با نور کنش و واکنش دارند. آن‌ها دریافته‌اند که اصولی که کنش و واکنش‌های بین نور و نانولوله‌های کربنی را هدایت می‌کنند، با قواعد بین آنتن رادیویی و سیگنال رادیویی یکسان هستند.

به‌منظور اجرای آزمایش‌هایشان، پژوهشگران از روشی بهره بردند که در آزمایشگاه خود آن را توسعه داده بودند. این روش اثر سیگنال مزاحم پس‌زمینه را، به‌وسیله‌ی روکش کردن سطح بستر با یک واسطه‌ی انکساری تطبیق شاخص که بستر را از نظر نوری و نه فیزیکی ناپدید می‌کند، به‌طورکامل از بین می‌برد. این ترفند که به آن‌ها اجازه می‌داد طیف نوری تولیدشده توسط نانولوله‌ها را مشاهده کنند، در یک مطالعه‌ی دیگر که در Nano Letters انتشار یافته است، به شکل جزئی بررسی شده است.

همچنین، این ترفند امکان مشخصه‌سازی سریع و آسان تعداد زیادی از نانولوله‌ها را ایجاد می‌کند که این می‌تواند راهی به سوی گسترش دسته‌های منظم بیشتری از نانولوله‌ها باشد.

تصاویر کیفیت‌بالای جدیدی از سیم‌های الکترودی، آن‌ها را به‌هنگام شارژ با الکتریسیته به‌صورت تغییرشکل‌یافته نشان می‌دهد. این سیم‌های الکترودی از مواد به‌کاررفته در باتری‌های یون لیتیمی قابل‌شارژ ساخته شده‌اند. برطبق مقاله‌ای که در شماره‌ی این هفته‌ی مجله‌ی ساینس منتشر شد، به‌محض‌اینکه یون‌های لیتیم در زمان شارژ جریان پیدا می‌کنند، سیم‌های نازک و نانومقیاس تغییر شکل می‌دهند و ضخیم می‌شوند. این کار پیشنهاد می‌کند که چگونه باتری‌های قابل‌شارژ، درنهایت از کار می‌افتند و راه‌کارهایی برای ساخت باتری‌های بهتر ارائه می‌دهد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، سازندگان باتری می‌دانند که شارژ مجدد و استفاده از باتری‌های لیتیمی به دفعات مکرر، به مواد الکترود صدمه می‌زند. امّا، این تصاویر در مقیاس نانو، دیدی عملی در مورد چگونگی آن می‌دهند. سیم‌های نازک اکسید قلع، که به عنوان الکترود منفی مورد استفاده قرار می‌گیرند، به علت نفوذ یون‌های لیتیم، حدود یک سوم پهن‌تر و به لحاظ طولی دوبرابر منبسط‌تر می‌شوند. علاوه بر این، یون‌های لیتیم، اکسید قلع را از یک کریستال ساده به ماده‌ی شیشه‌ای نامنظمی تبدیل می‌کنند.

چونگمین ونگ (Chongmin Wang)، دانشمند مواد در آزمایشگاه ملّی شمال‌غربی پاسیفیک (PNNL) از دپارتمان انرژی، می‌گوید: «نانوسیم‌های اکسید قلع توانستند بی‌نظمی ناشی از جریان الکتریسیته را بهتر از توده‌ی اکسید قلع، که سرامیکی شکننده است، تحمل کنند. این مسأله مرا به فکر ساخت طنابی از فولاد می‌اندازد؛ به جای ساخت یک طناب ضخیم، سیم‌های نازک‌تر را با هم می‌بافید.»

طی کار قبلی در آزمایشگاه علوم مولکولی زیست‌محیطی DOE در پردیس PNNL، ونگ، وو زو (Wu Xu) شیمیدان PNNL، و سایر همکاران آن‌ها، موفق شدند به گرفتن یک عکس لحظه‌ای از نانوسیمی بزرگتر، حدوداً یک میکرومتر یا یک‌صدم پهنای تار موی انسان، که به صورت جزئی شارژ شده بود. امّا تنظیمات آزمایشی، شارژ را در عمل نشان ندادند.

برای نمایش دینامیک شارژ یک الکترود، ونگ و زو به‌همراه جیانیو هوانگ (Jianyu Huang) در مرکز نانوفن‌آوری‌های مجتمع DOE در آزمایشگاه‌های ملّی سندیا در نیومکزیکو و جاهای دیگر، گروهی را تشکیل دادند. این گروه از میکروسکوپ الکترونی انتقالی مجهزی برای تنظیم باتری بسیار کوچکی استفاده کرده است. این وسیله به آن‌ها اجازه می‌دهد که بتوانند از سیم‌هایی با قطر کمتر از دویست نانومتر (تقریباً یک‌پنجاهم پهنای نانوسیم‌های قبلی) در زمان شارژ، عکس‌برداری کنند.

باتری‌های قابل‌شارژ یون لیتیمی، به این دلیل کار می‌کنند که یون‌های لیتیم به الکترون‌ها علاقه دارند. یون‌‌های مثبت شارژشده‌ی لیتیم در حالت عادی در الکترود مثبت جای می‌گیرند که در آن یک اکسید فلز، الکترون‌هایش را با لیتیم به اشتراک می‌گذارد. امّا شارژ یک باتری، الکترون‌های آزاد را به سمت الکترود منفی می‌کشاند، که در سرتاسرآن ناحیه یک توده‌ی الکترولیت وجود دارد که یون‌های لیتیم می‌توانند از میان آن عبور کنند امّا الکترون‌ها خیر. لیتیم تمایل بیشتری به الکترون‌های سمت منفی این توده دارد تا الکترون‌های سمت مثبت که با اکسید فلز به اشتراک گذاشته است. بنابراین یون‌های لیتیم از الکترود مثبت به الکترود منفی جریان می‌یابند که در آنجا با الکترون‌های آزاد جفت می‌شوند.

امّا الکترون‌ها ثبات چندانی ندارند. استفاده از باتری در یک وسیله به الکترون‌ها این امکان را می‌دهد که از الکترود منفی فاصله بگیرند، و پس از آن یون‌های لیتیم را هم رها کنند. بنابراین بدون همراهی الکترون آزاد، یون‌های لیتیم به‌سمت الکترود مثبت و اکسید فلز روانه می‌شوند.

باتری مینیاتوری ونگ، شامل الکترودی مثبت از جنس لیتیم کبالت اکسید و الکترودی منفی از جنس نانوسیم‌های نازک اکسید قلع است. بین این دو الکترود، یک الکترولیت، مجرایی را برای یون‌های لیتیم و سدی را در مقابل الکترون‌ها فراهم می‌کند. این الکترولیت، مخصوص تحمل شرایط درون میکروسکوپ طراحی شده است.

وقتی که این گروه، باتری مینیاتوری را با ولتاژ ثابتی شارژ کرد، یون‌های لیتیم که توسط الکترون‌ها در الکترود منفی کشیده می‌شدند، از میان سیم اکسید قلع بالا رفتند. این سیم عریض و کشیده شد و در حدود دویست و پنجاه درصد کل حجم خود افزایش پیدا کرد و مانند یک مار پیچ خورد.

به‌علاوه، دید میکروسکوپی نشان می‌دهد که سیم در آغاز به شکلی کریستالی ظاهر می‌شود. امّا یون‌های لیتیم، اکسید قلع را به ماده‌ای شیشه‌ای تغییر شکل می‌دهند که در آن اتم‌ها در آرایش خود بی‌نظمی بیشتری نسبت به کریستال دارند. پژوهشگران حجم تغییرشکل اتفاق‌افتاده در طول شارژ را به دست آورده‌اند و مقدار ماده‌ی ازبین‌رفته پس از یک زمان خاص را برآورد کرده‌اند. هنوز هم به نظر می‌رسد که اکسید قلع در حالت نانوسیم بهتر از حالت بزرگتر یعنی توده‌ای عمل می‌کند.

ونگ می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم که این کار، به‌طورکلی موجب ایجاد تفکرات نوینی برای ذخیره‌ی انرژی خواهد شد. این تنها آغاز راه است و ما امیدواریم با کار پیوسته، این کار چگونگی طراحی باتری بهتری را به ما نشان دهد.»

کار بعدی این خواهد بود که پس از شارژ و دشارژ مکرر چنین باتری مینیاتوریی چه اتفاقی می‌افتد. زمانی‌که یک باتری به طور کامل استفاده می‌شود، یون‌های لیتیم باید به‌وسیله‌ی سیم اکسید قلع و در سراسر الکترولیت به سمت الکترود مثبت بازگردند. اینکه لیتیم پس‌رونده در حرکت خود چقدر خسارت ساختاری پدید می‌آورد، به پژوهشگران کمک می‌کند که دریابند چرا باتری‌های قابل‌شارژ پس از شارژشدن‌های متعدد از کار می‌افتند.

پژوهشگران همچنین مایل اند باتری قابل‌شارژی را با تمام ویژگی‌های کاری آن، در اندازه‌‌ی نانو توسعه دهند.

پژوهشگران دانشگاه ایالت کارولینای شمالی به‌تازگی قطعه‌های «نرم» الکترونیکی‌ای‌ را به نمایش گذاشته‌اند که از هیدروژل‌ها و فلزهای مایع ساخته شده‌اند. دانشمندان امیدوارند که چنین قطعه‌هایی -دیودها و ممریستورهای شبه‌مایع- در ارتباط با چیزهای نمناک و پیچ‌وتاب‌دار مثل مغز انسان، بهتر از قطعه‌های الکترونیکی متداول عمل کنند.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از IEEE Spectrum، جو هی سو (Ju-Hee So)، دانشجوی تحصیلات تکمیلی شیمی دانشگاه ایالت کارولینای شمالی، هفته‌ی پیش در گردهمایی پاییزه‌ی انجمن پژوهش مواد در بوستون یک دیود شبه‌مایع را توصیف کرد. الکترودهای این قطعه از آلیاژی- با هفتاد و پنج درصد گالیم و بیست و پنج درصد ایندیم- تشکیل شده‌اند که این آلیاژ در دمای اتاق به‌شدت رسانا و مایع است. این الکترود به‌وسیله‌ی روکشی پلاستیکی احاطه شده است. بین الکترودها هم دو غشا قرار دارند که از آگاروس ساخته شده‌اند. آگاروس هیدروژلی است که به‌وفور در بیوشیمی استفاده می‌شود و بیش از نود درصد از وزن آن را آب تشکیل می‌دهد. هر غشا به وسیله‌ی الکترولیت‌ها ناخالص شده است، یکی شامل پلی‌اکریلیک اسید (PAA) است و دیگری هم شامل پلی‌تیلِنِیمین (PEI) که یک باز است.

مقاومت این قطعه می‌تواند به‌طور مکرر به‌وسیله‌ی اعمال ولتاژ تغییر کند. واسط بین الکترودها و آگاروس، پوششی نازک و با مقاومت بالای گالیم اکسید را به‌طور طبیعی ایجاد می‌کند. امّا سطح بالای pH ماده‌ی بازی PEI، آرایش این پوشش را در قسمت الکترود خنثی می‌کند. اعمال ولتاژ به دیود، ضخامت اکسید روی الکترود PAA را تغییر می‌دهد؛ ولتاژ منفی اکسید را نازک‌تر می‌کند و مقاومت قطعه را کاهش می‌دهد. و ولتاژ مثبت هم پوشش ضخیم‌تر و مقاومت بیشتر را به دنبال خواهد داشت. تغییرات ولتاژ به پژوهشگران این امکان را می‌دهد که شارش جریان را افزایش یا کاهش دهند و بنابراین بتوانند تغییر وضعیت بین هدایت و عدم هدایت را اعمال کنند.

ازآنجائی‌که این قطعه در زمان قطع بودن جریان، وضعیت مقاومتی قبلی خود را حفظ می‌کند، به صورت یک ممریستور عمل می‌کند. به گفته‌ی سو، ممریستورهای این دسته وضعیت مقاومتی خود را به شکل پایدار تا بیش از سه ساعت نگه داشتند. ممریستور مثل سلف، مقاومت، و خازن یک عنصر مداری پایه است که تا سال 2008 که اولین قطعه از آن ساخته شده است، تنها یک عنصر نظری بوده است. همچنین، سو می‌گوید: «شما می‌توانید برای ساخت مدارهای مختلف، دیودها و ممریستورها را ترکیب کنید.»

او و هم‌دانشگاهی‌اش، هیونگ-جون کو، نمونه‌ای آزمایشی از این قطعه را به صورت آرایه‌ای شطرنجی ساختند. همچنین، این گروه -در آزمایشگاه‌های مهندسی شیمی اساتیدی مثل مایکل دیکی (Michael Dickey) و اورلین وِلِو (OrlinVelev) در دانشگاه ایالت کارولینای شمالی- به‌منظور یافتن بهترین ترکیب ممکن، در حال مطالعه‌ی اثرات متقابل بین الکترولیت‌ها و فلزات مختلف هستند. یکی از اهداف، افزایش سرعت تغییر وضعیت قطعه از هدایت به عدم هدایت و برعکس است. سو معتقد است که احتمالاً می‌توانند به سرعت اندازه‌گیری‌شده‌‌ی چند میلی‌ثانیه دست پیدا کنند.

به گفته‌ی سو، این قطعات شبه‌مایع می‌توانند روزی برای ساخت مدارهای بیوالکترونیکی (مثل واسط‌های مغز و ماشین) به‌منظور ایجاد ارتباط بین بافت زنده و رایانه‌ها به کار روند. او می‌گوید: «مردم خواهان قرار دادن اطلاعات در مغز و بازخوانی دوباره‌ی آن هستند.» به‌عنوان مثال، چنین واسطه‌ای می‌تواند به انسان ناقص‌العضوی کمک کند که عضوی مصنوعی از بدنش را به خوبی سایر اعضای واقعی بدنش از راه فکر کنترل کند. قطعه‌های مشابه که با فن‌آوری‌های متداول ساخته شده‌اند، انعطاف‌پذیری کمی دارند و باید برای حفاظت از مدارها در برابر رطوبت ذاتی در بیولوژی مقاوم‌سازی شوند. سو اعتقاد دارد موادی که گروه او در حال کار با آن‌ها هستند، سازگار با بافت‌های بدن انسان هستند. برای مثال، نمک‌های گالیم برای بهترشدن تضاد نور در عکسبرداری از ریه،‌ به بدن انسان تزریق می‌شوند و هیدروژل‌ها استفاده‌های بیولوژیکی زیادی دارند. این قطعه همچنین می‌تواند به‌عنوان جزئی از شبکه‌های عصبی مصنوعی استفاده شود، کاربردی که در حال حاضر ممریستورها به‌طور جدی در آن به‌کار می‌روند.

قسمت عمده‌ی جزئیات اینکه چگونه چنین قطعه‌هایی می‌توانند کار کنند و چه قطعه‌های دیگری واقعا از آن‌ها ساخته خواهند شد، همین‌طور باقی خواهد ماند تا گذشت زمان آن‌ها را معلوم سازد. این گروه تنها به‌مدت یک سال و نیم در حال فعالیت روی این موضوع بوده است. سو می‌گوید: «این مفهومی کاملاً جدید است.»

پژوهش گران علم مواد در دانشگاه پن استيت از بالاترين قدرت شكست شناخته شده براي شيشه ي حجيم كه تاكنون اندازه گرفته شده است، خبر دادند. قدرت شكست همراه با ثابت دي الكتريك معين مي كنند چه مقدار انرژي مي تواند در يك ماده ي عايقي قبل از وقوع شكست و هدايت الكتريسيته، ذخيره شود.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، يك شيشه ي حجيم با قدرت شكست بالا و ثابت دي الكتريك بزرگ مي تواند گزينه اي ايده آل براي نسل بعدي خازن هاي داراي توانايي ذخيره ي چگالي انرژي بالا باشد تا خودروهاي الكتريكي كارآمدتر را همانند ساير لوازم قابل حمل تغذيه كند.

بالاترين قدرت شكست عايقي براي شيشه هاي حجيم معمولا در محدوده ي 4 تا 9 مگاولت بر سانتي متر است. قدرت شكست براي نمونه هاي آزمايش شده در محدوده ي 12 مگاولت بر سانتي متر بود كه همراه با گذردهي نسبي بالا، در مقايسه با چگالي انرژي 10 ژول بر سانتي متر مكعب براي پلي پروپلن (متداول ترين عايق در لوازم با تغذيه ي ضربه اي) منجر به چگالي انرژي 35 ژول بر سانتي متر مكعب شد.

نيك اسميت، دانشجوي دكتراي علوم مواد و مهندسي در پن استيت، گفت: "براي يك شيشه ي حجيم، اين امر غيرعادي است." اسميت از نمونه هاي شيشه ي تجاري به ضخامت 50 ميكرون استفاده كرد كه اسميت آن ها را براي آزمايش در اسيد هيدروفلوريك قرار داد تا زماني كه نمونه ها به ضخامت 10 تا 20 ميكرون رسيدند. شيشه ي به دست آمده بسيار نازك بود و مانند يك تكه فيلم پلاستيكي قابل انعطاف بود. با اين ميزان حساسيت اين شيشه مي تواند در اثر بد به كار بردن، خرد شود. هر چه اين شيشه نازك تر باشد قبل از اين كه دچار شكست شود ميدان الكتريكي بيشتري مي توان به آن اعمال كرد.

شيشه ي خورده شده توسط اسيد، براي آزمايش در يك سيال پليمر قرار داده شد و ولتاژهايي تا 30000 ولت به آن اعمال شد. زماني كه به نقطه ي شكست رسيد، الكتريسيته بطور ناگهاني همراه با درخشش و صداي بلند در شيشه جريان يافت كه مانند صاعقه اي بود كه در هوا هدايت مي شود. سيال پليمر براي جلوگيري از صاعقه به كار رفت. در هر مورد، شكست در حدود 40 تا 80 ثانيه رخ داد.

شيشه ي حجيم در يك شيشه ي بوروآلومينوسيليكيت باريم عاري از قليايي آزمايش شد كه به صورت انبوه براي صفحه نمايش هاي تخت و بسته بندي ميكروالكترونيكي توليد مي شود. توانايي ذخيره ي انرژي بالاي آن به اتم هاي باريم با توانايي قطبي شدن بالا بستگي دارد كه منجر به بهبود ثابت دي الكتريك و توليد تركيبي عاري از قليا مي شود كه مانع تلف شدن انرژي مي گردد. شاخص ديگر نيز كيفيت تقريبا بدون كاستي شيشه است. اين فرآيند ويژه كه براي توليد اين شيشه به كار رفت منجر به توليد ماده اي بي نقص تر شد كه به ويژه بر روي سطح، مقاومت در برابر شكست را بهبود مي بخشد. ورق هاي با ضخامت 30 ميكرون از شيشه كه انتظار مي رود در آينده ي نزديك به بازار عرضه شود، احتمالا قدرت شكست بالاتري نسبت به شيشه ي خورده شده توسط اسيد خواهند داشت. اسميت گفت: "اين امر بازار جديدي را به روي شيشه خواهد گشود. ما همواره به دنبال سودمندي هاي جديدي در شيشه هستيم. به طور ايده آل، توليد تبديل به يك هدف خواهد شد جايي كه مي توان ورق را در هر اندازه براي خازن در هر اندازه اي ساخت."

مايكل لاناگان، از نويسندگان اين گزارش، اشاره مي كند كه چالش هاي مهندسي با افزايش مقياس از خازن هاي كوچك آزمايشي تا مدل هاي آماده ي توليد تجاري باقي مي مانند. لاناگان گفت: "با افزايش حجم مقداري از چگالي انرژي از بين مي رود."

علاوه بر اسميت، ساير نويسندگان شامل بدري رانگاراجان، دانشجوي فارغ التحصيل علوم مهندسي و مكانيك، مايكل لاناگان، استاديار علوم مهندسي و مكانيك و كارلو جي پانتانو، استاد برجسته ي علوم مواد و مهندسي، مي شود.

اين پژوهش از طرف اداره ي پژوهشي نيروي دريايي، موسسه ي پژوهش مواد دانشگاه پنسيلوانيا، انجمن علوم ملي، مركز فن آوري هاي اپتيكي و علوم مواد Bayer حمايت شد.

کوچکترین شکل حیات موجود در دنيا، توانسته بزرگترین مشکل امروزه بشر را حل کند؛ این موجودات کوچک (میکروارگانیسم ها) قادر به تولید انرژی قابل نگه داری و تجديدپذير هستند. میکروارگانیسم ها با استفاده از منابع غذایی طبیعی مختلف قادر به تولید الکتریسیته، سوخت های جايگزين مثل اتانول هستند و حتی می توانند تولید نفت را در چاه ها افزایش دهند. مطالب بالا بر اساس تحقیقاتی که در جلسه ي 106 ام انجمن میکروبیوژی امریکا (ASM) در ارلاندو، فلوریدا مطرح شده، گردآوری شده اند.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) و به نقل از يورك آلرت، ديرك لاولي (Derek Lovely)، از دانش گاه ماساچوست در آمهرست، گفت: "سلول های سوختی میکروبی ما را به تبدیل زباله های آلی و بیوتوده هاي تجديدپذير (توده ي آلی تولید شده توسط موجودت زنده) به الکتریسیته امیدوار می کنند، اما برای بیشتر كاربردها باید بهینه سازی در کنار آنها انجام گیرد". او همچنین در دیداری که در اوایل این ماه داشته اذعان کرده است که او و همکارانش با استفاده از باکتری هایی که در سطح بیولايه هاي الکترودهای سلول های سوختی میکروبی کشت داده بودند، موفق شده اند به افزایش 10 برابری در بازده الکتریکی دست يابند.

ژما رگوئرا (Gemma Reguera) كه در آزمایشگاه لاولي تحقیق می کند نیز برای اولین بار داده هايي ارائه خواهد داد كه چگونگی انتقال الکترون توسط اين باكتري ها از بیولايه ها به الکترودها را نشان خواهد داد.

رگوئرا مي گويد: "سلول های مجاور آند بدون هیچ کاهشی در بازده توليد جريان خود باقي ماندند، در حالی که ضخامت بیولايه افزایش يافت. این نتایج شگفت انگيز است چرا که باکتری جئوباکتر مولکول های قابل حلي تولید نمی کند که بتواند در بیولايه پخش شود و الکترون ها را از سلول ها به آند انتقال دهد."

او و همكارانش كشف كردند كه اين باكتري، رشته هاي پروتئيني رسانا يا پيلي نانوسيم هايي توليد مي كند كه الكترون ها را انتقال مي دهند. این یافته که پیلی ها (رشته های پروتئینی رسانا) می توانند به مسافتی را كه الكترون ها در طول آن منتقل مي شوند، گشترش دهند، راه هاي اضافي اي را پيشنهاد مي دهد كه در اين باكتري به منظور افزايش توليد توان به لحاظ ژنتيكي دست كاري هاي كرد.

محققان دانشگاه ناسيونال اوتونوما دي مكزيكو (Nacional Autonoma de Mexico) نیز تحقیقات مهمی در زمینه تولید اتانول انجام داده اند. آن ها باکتری باسیلوس سوبتیلیس را با روش های مهندسی ژنتیک دستکاری کرده اند به طوری که این باکتری به طور مستقيم گلوکز را به اتانول با بازده بالاتر از 86% تخمیر کرده است. این اولین گام برای کشت باکتری هایی است که توانایی تفکیک و تخمیر مستقیم بیوتوده هاي سلولزی (برای مثال تنه ي درختان) به اتانول را دارند.

آيدا-رومرو گارسيا (Aida-Romero Garcia)، يكي از محققان اين تحقيق، گفت: "هم اكنون، اتانول به طور معمول از نیشکر يا نشاسته ي غلات تولید می شود اما بیوتوده ي بیشتري كه در كل گیاه، شامل ساقه ها و برگ ها، وجود دارد، با به كارگيري فن آوري پاكي قابلیت تبدیل به اتانول را دارد." قدم بعدی دستکاری ژنتیکی در باکتری به منظور تولید آنزیم هایی به نام سلولاز است. این آنزیم ها توانایی شکستن قندهای ساقه ها و برگ ها به منظور تولید کربوهیدرات های ساده براي تخمیر را دارد.

به گفته ي پژوهش گران دانشگاه پن استيت، كاتاليزگرهاي دوگانه مي توانند با استفاده از نانولوله هاي تيتانيا و انرژي خورشيدي، راه حلي باشند براي تبديل كارآمد دي اكسيد كربن و بخار آب به متان و ساير هيدروكربن ها.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، از سوختن سوخت هاي فسيلي مثل نفت،‌ گاز و زغال سنگ، مقدار زيادي دي اكسيد كربن آزاد مي شود كه يك گاز گلخانه اي است. توليدكنندگان مي توانند به جاي ايجاد تغيير در اقليم جهاني، دي اكسيد كربن را به گونه هاي گسترده اي از هيدروكربن ها تبديل كنند اما اين كار زماني قابل انجام به نظر مي رسد كه از انرژي خورشيدي استفاده شود.

پژوهش گران در مقاله ي اخير خود در Nano Letters خاطر نشان كردند: "بازيافت دي اكسيد كربن با استفاده از تبديل آن به سوخت با محتواي انرژي بالا كه براي استفاده در زيرساخت هاي انرژي مبتني بر هيدروكربن ها مناسب است، گزينه ي جالبي است،‌ هر چند اين فرآيند زماني انرژي زيادي توليد مي كند و مفيد است كه يك منبع انرژي تجديدپذير براي اين منظور قابل استفاده باشد."

كريگ اي گريمز، استاد مهندسي برق و گروه وي، با استفاده از نانولوله هاي دي اكسيد تيتانيم كه با نيتروژن تقويت شده و با لايه ي نازكي از مس و پلاتين پوشانده شده بودند، تركيبي از دي اكسيد كربن و بخار آب را به متان تبديل كردند. با انجام اين آزمايش در فضاي آزاد،‌ پژوهش گران افزايش 20 برابري در توليد متان را در مقايسه با تلاش هاي انجام شده در شرايط آزمايشگاهي با استفاده از تابش اشعه ي فرابنفش گزارش كردند.

تبديل شيميايي آب و دي اكسيد كربن به متان روي كاغذ ساده است. يك مولكول دي اكسيد كربن و دو مولكول آب تبديل به يك مولكول متان و دو مولكول اكسيژن مي شوند. با اين حال، براي اينكه اين واكنش رخ دهد حداقل هشت فوتون براي هر مولكول مورد نياز است.

گريمز كه عضو موسسه ي پژوهش مواد پن استيت نيز است،‌ گفت: "تبديل دي اكسيد كربن و آب به متان با استفاده از فوتوكاتاليز ايده ي جالبي است اما به لحاظ تاريخي، تلاش هاي صورت گرفته سرعت تبديل پاييني داشته اند. براي دست يابي به هيدروكربن قابل توجه، اين واكنش نيازمند فوتوكاتاليزگر كارآمدي است كه از بيشترين انرژي ممكن در مقابل نور خورشيد بهره مي برد."

اين گروه كه اومان كي وارگس و مگي پائولوز، دانشمندان پژوهش گر موسسه ي پژوهش مواد، و توماس جي لاتمپا، دانشجوي فارغ التحصيل مهندسي برق نيز در آن حضور دارند، از نور خورشيد طبيعي براي آزمايش نانوله هاي خود در محفظه اي شامل تركيبي از بخار آب و دي اكسيد كربن استفاده كردند. آن ها نانولوله هاي حساس شده با كاتاليزگر را به مدت 2.5 تا 3.5 ساعت در معرض نور خورشيد قرار دادند، مدت زماني كه خورشيد بين 75 تا 102 ميلي وات به ازاي هر سانتي متر مربع توليد كرد.

پژوهش گران دريافتند كه نانولوله هاي گرم شده در دماي 600 درجه ي سانتي گراد و پوشانده شده توسط مس، بيشترين مقدار هيدروكربن ها را توليد مي كند و همان نانولوله ها با پوشانده شدن توسط پلاتين، هيدروژن بيشتري توليد مي كنند در حالي كه نانولوله هاي پوشانده شده از مس مونواكسيد كربن بيشتر توليد مي كنند. هم هيدروژن و هم مونواكسيد كربن از مراحل مياني عادي در اين فرآيند هستند و به عنوان اجزاي اصلي سيگناس (تركيبي از مونواكسيد كربن و هيدروژن كه به عنوان ماده ي اوليه در توليد مواد مصنوعي شيميايي به كار مي رود)، مي توانند براي توليد سوخت هاي هيدروكربني مايع استفاده شوند.

وقتي كه اين گروه آرايه اي از نانولوله را كه نيمي از سطح آن پوشيده از مس و نيمي ديگر از آن پوشيده از پلاتين بود، به كار بردند، توانستند توليد هيدروكربن را افزايش داده و مونواكسيد كربن را از بين ببرند. ثمره ي اين نانولوله هاي كاتاليزگر دوگانه توليد 163 قسمت هيدروكربن از هر يك ميليون قسمت به ازاي هر سانتي متر مربع در يك ساعت بود. حاصل استفاده از نانولوله هاي تيتانيا بدون كاتاليزگر مس و پلاتين فقط 10 قسمت در يك ميليون است.

گريمز افزود: "اگر تمام سطح آرايه هاي نانولوله را با اكسيد مس مي پوشانديم، به نظر من مي توانستيم به شدت حاصل كار را بهتر كنيم."

گريمز همچنين دريافت كه درازتر كردن لوله هاي دي اكسيد تيتانيم كه در كاربردهاي ديگر محصول را افزايش مي دهد، نتيجه را بهتر نمي كند.

گريمز اظهار داشت: "ما فكر مي كنيم كه توزيع نانوذرات كاتاليزگر در بالاترين سطح نانولوله ها است و در داخل آن نيست و اين به خاطر اين است كه افزايش طول واكنش را بهبود نمي بخشد."

اگر چه تمام اين آزمايش ها با نانولوله هاي دي اكسيد تيتانيم تقويت شده با نيتروژن انجام شد، پژوهش گران به اين نتيجه رسيدند كه نيتروژن تبديل دي اكسيد كربن به هيدروكربن ها را بهتر نمي كند. كاتاليزگرها، واكنش را از سمتي كه فقط از انرژي نور ماوراي بنفش استفاده مي كرد به سمتي كه از ساير طول موج هاي نور مرئي و لذا بيشترين مقدار انرژي خورشيد استفاده مي كرد، سوق دادند.

اين پژوهش گران هم اكنون روي تبديل راكتور دسته اي به يك طرح جريان پيوسته كار مي كنند كه معتقدند به طور قابل ملاحظه فرآورده ها را افزايش خواهد داد.

گياهان، جلبك ها، و سيانوباكتريا (جلبك هاي آبي-سبز) در استفاده از انرژي خورشيدي در بين همه سرآمد هستند چرا كه مي توانند تقريبا تمام نور خورشيد جذب شده را به انرژي شيميايي تبديل كنند.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) و به نقل از ساينس ديلي، محققان ژاپني فرايندي را توسعه داده اند كه انرژي نور را با بازده تقريبا يكساني جذب مي كند. چنان كه آن ها در مجله ي Angewandte Chemie گزارش دادند، "سيم" مولكولي اي را به طور مستقيم به سامانه ي فتوسنتزيك زيست شناسيكي "متصل" كردند تا الكترون هاي آزاد را به طور كارآمدي به سمت الكترودي از جنس طلا هدايت كند.

بازده تبديل انرژي فتوولتائيك از عوامل مهم و حياتي كاربردهاي عملي تاسيسات خورشيدي است. به لحاظ نظري، هر فوتوني كه جذب مي شود بايد يك الكترون آزاد سازد. در حالي كه سلول هاي خورشيدي نوين از دست يابي به بازده بالا دور مانده اند، سامانه هاي فتوسنتزيك طبيعي تقريبا به 100 درصد مي رسند. براي بهبود بازده سامانه هاي تركيبي (سنتزيك)، آزمايشاتي انجام شدند كه در آن ها واحدهاي جذب نور زيست شناسيكي روي الكترودهايي، به عنوان لايه هاي نازك، قرار گرفتند. البته، در اين نوع سامانه به قدري انتقال الكترون ها از لايه ي جذب نور به درون مدار بي بازده است كه اغلب الكترون ها حتي به الكترود هدف منتقل نمي شوند.

راز موفقيت سامانه هاي نوري طبيعي در تناسب كامل تك تك اجزاء آن ها نهفته است. مولكول ها به طور دقيق در كنار هم قرار مي گيرند، مانند دو شاخه ها و پريزها، و مي توانند مستقيما و تقريبا بدون تلفات الكترون ها را عبور دهند. اين روش جديد كه توسط محققان ژاپني به كار گرفته شده است، هوشمندانه نورسامانه ي I (PSI) از جلبك هاي آبي-سبز را به دستگاهي تركيبي متصل مي كند. يكي از اجزاء مهم ترتيب انتقال الكترون PSI، ويتامين K1 است. محققان، ويتامين K1 را از ساختمان پروتئين PSI برداشتند و به جاي آن مشابه تركيبي اي قرار دادند.

اين تركيب از سه بخش تشكيل مي شود:

1- "اتصال" مولكولي يكسان كه ويتامين K1 با آن به ساختمان پروتئين (گروه ناپتوكوئينون) متصل مي شود و براي "اتصال" جزء الزامي تركيبي به PSI به كار مي رود؛

2- "سيم" مولكولي (زنجيره ي هيدروكربن) با طول يكسان با ويتامين K1 كه تضمين مي كند جزء الزامي از ساختمان پروتئين برآمدگي بيشتري داشته باشد؛ و

3- در انتهاي ديگر سيم، "اتصال" اضافي اي وجود دارد (گروه ويولوژن) كه مجموعه را محكم متصل مي كند به الكترود طلايي اي كه به شكل ويژه اي پوشيده شده است.

الكترون هاي آزاد شده توسط پرتوافكني PSI و منتقل شده در طول سيم، با بازده بسيار بالايي توسط گروه ويولوژن به سمت الكترود طلايي انتقال مي يابند.

امكان استفاده از اين تدبير فني جديد براي يكپارچه سازي ديگر اجزاء زيستي درون سامانه هاي تركيبي وجود دارد.

مقاله ي مرجع:

Nao Terasaki. Plugging a Molecular Wire into Photosystem I: Reconstitution of the Photoelectric Conversion System on a Gold Electrode. Angewandte Chemie International Edition, 2009, 48, 1585%u20131587 DOI: 10.1002/anie.200805748

محققين دانشگاه لينكوپينگ سوئد، موفق به ايجاد سيم هايي شامل فيبرهاي پروتئيني با روكش پلاستيكي شدند. اين فيبرهاي نازك 10 نانومتري، خودسازمان ده و سازگار با سيستم هاي بيولوژيكي مي باشند.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز) و به نقل از ساينس ديلي، مهيار حامدي كه اين روش را به همراه آنا هرلند و همكاراني در Division for Biomolecular and Organic Electronics توسعه داد، گفت: "براي اولين بار، ما پروتئين هايي ايجاد كرده ايم كه جريان را بسيار خوب هدايت مي كنند البته مي توانند به عنوان نيمه هادي نيز، براي مثال در ترانزيستورها، عمل كنند." اين فن آوري در پايان نامه ي دكتراي وي توضيح داده شده است.

سال گذشته، مهيار حامدي مقالاتي در مورد اختراع خود - فيبرهاي پارچه اي هادي - نوشت كه مي توانند براي توليد لباس الكترونيكي به كار روند و هم اكنون، آن فن آوري را با ضريب تقريبي هزار در مقياس كوچك ايجاد كرده است.

اين نانوفيبرها در لوله هاي آزمايش معمولي توليد مي شوند. يك جزء آن، فيبرهاي آميلوئيد هستند، فيبرهاي پروتئيني پايدار درازي كه به طور طبيعي در ارگانيسم هاي زنده به وجود مي آيند و مي توانند موجب اختلالات عصبي در انسان ها و حيوانات شوند. جزء ديگر، پليمر تركيبي (PEDOT-S) است، يك ماده ي پلاستيكي كه جريان را هدايت مي كند. وقتي كه اين دو جزء در آب مخلوط مي شوند، پلاستيك به فيبرها متصل مي شود و يك پوسته ي هادي را شكل مي دهد كه به ندرت به ضخامت چند اتم مي رسد.

حامدي در پايان نامه ي خود مي نويسد: "زيبايي فرايند خوداسمبلي، آساني آن است كه تحت آن PEDOT-S به طور مستقيم، بدون نياز به هيچ گرمايي و در چند دقيقه روي فيبرهاي آميلوئيد در آب مي چسبد."

با تامين برآمدگي هاي باردار براي فيبرها، امكان شكل گيري ساختارهاي مطلوب توسط خود مولكول ها وجود دارد. اين روش مي تواند راهي ارزان و موثر براي ايجاد مدارات الكترونيكي سه بعدي بسيار كوچك باشد.

مهيار حامدي و همكارانش با استفاده از نانوفيبرهايشان به عنوان يك ماده ي راهبردي، ترانزيستوهاي الكتروشيميايي كاملا عملي ساختند كه در ناحيه ي 0 تا 0.5 ولت كار مي كنند.

اين پايان نامه، روشي نيز براي ايجاد نانوالگوهايي در پلاستيك هادي ارائه مي نمايد. همچنان كه استفاده از ماده ي ارگانيك در مدارات الكترونيكي پيشرفته تر در حال آغاز است، نياز به قرار دادن تعداد بسيار زيادي از اجزاء در يك ناحيه ي بسيار كوچك حس مي شود. راه حل اين موضوع، شكل دهي پلاستيك در يك قالب با ساختارهايي است كه كوچك تر از طول موج نور مرئي - و بنابراين نامرئي - مي باشند.

پايان نامه ي "الكترونيك ارگانيك روي ميكرو و نانوفيبرها - از پارچه هاي الكترونيكي تا نانوالكترونيك بيومولكولي" در 21 نوامبر 2008 در حضور عموم افراد دفاع شد. آزمون گيرنده ي خارجي، جورج ملياراس، از دانشگاه كورنل امريكا بود.

پژوهشگران دانشگاه MIT کاتالیزور مایعی را با سلول های فتوولتاییک ترکیب کرده اند که به ادعای آن ها یک سیستم انرژی خورشیدی است که در تمام طول شبانه روز و هفت روز هفته برق تولید می کند.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ای ای تایمز، به گفته ی پژوهشگران دانشگاه MIT، پیش از الکترولیز، یک کاتالیزور مایع تازه توسعه یافته به آب اضافه شد تا طبق ادعای آن ها، بازده صد در صد حاصل شود. هنگامی که کاتالیزور مایع با سلول های فتوولتاییک برای ذخیره ی انرژی به طور شیمیایی ترکیب شدند، سیستم های انرژی خورشیدی حاصله توانستند طی تمام ساعات شبانه روز برق تولید کنند.

دانیل ناسرا، استاد شیمی دانشگاه MIT گفت: "بخش دشوار برای تجزیه ی آب، هیدروژن نیست. استفاده از پلاتین به عنوان کاتالیزور به جای هیدروژن، به خوبی جواب می دهد. ولی استفاده از آن به جای اکسیژن نتیجه ی خیلی ضعیفی در پی دارد طوری که شما را وادار می کند از انرژی بیشتری استفاده کنید. کاری که ما کرده ایم ساخت کاتالیزوری است که به جای اکسیژن به کار می رود بدون این که نیازی به صرف انرژی اضافی باشد. در واقع، با استفاده از کاتالیزوری که ما توسعه دادیم، صد در صد جریان برقی که برای الکترولیز استفاده می شود برای تولید اکسیژن و هیدروژن مصرف می شود."

ناسرا اظهار کرد کاتالیزورهای نیکل اکسید در حال حاضر برای افزایش بازدهی الکترولیزگرها به کار می روند و در ساختار کاتالیزور جدید پژوهشگران MIT نیز به خوبی کار کرد. وی اضافه کرد میزان سمی بودن نیکل اکسید، ما را مجبور به استفاده از ظروف سر بسته و گران قیمت آب می کند. به گفته ی ناسرا، ساختار کاتالیزور جدید و به ثبت رسیده ی MIT، سازگار با محیط زیست بوده و می تواند در ظروف رو باز ارزان قیمت استفاده شود.

ناسرا بیان کرد: "نیکل اکسید به دلیل خوردگی نمی تواند با مواد دیگر موجود در محیط به کار رود. حتی کربن دی اکسید موجود در هوا با آن واکنش نشان داده و کربنات تولید می کند. ولی کاتالیزور ما از مواد بسیار زیادی که هیچ واکنشی با محیط انجام نمی دهند، استفاده می کند."

ساختار کبالت فسفات که دانشگاه MIT آن را به ثبت رسانده، در آب حل شد. هنگامی که برای شروع الکترولیز، جریان برق از داخل این محلول عبور داده شد، کاتالیزور برای افزایش بازدهی خود، خودش را به الکترود اکسیژن چسباند. وقتی که جریان برق قطع شد، کبالت فسفات دوباره در آب حل شد. به گفته ی پژوهشگران، سادگی این فرایند باعث استفاده از الکترولیزگرهای قلیایی می شود.

ناسرا اظهار داشت: " از آن جا که کاتالیزور ما سازگار با محیط زیست است، دستگاه هایی که عمل الکترولیز را انجام می دهند می توانند نسبت به دستگاه های امروزی خیلی ارزان تر باشند، زیرا این دستگاه ها نیاز ندارند که در برابر آلاینده های محیط بیرون حافظت شوند."

در حال حاضر، MIT با تولیدکنندگان سلول های فتوولتاییک همکاری می کند تا با به کار گیری کاتالیزور جدیدشان در سیستم های انرژی خورشیدی، این عمل الکترولیز جدید را به ثبت برسانند. با ترکیب این دو، ظرفیت اضافی در طول روز می تواند به عنوان اکسیژن و هیدروژن ذخیره شده و سپس در طول شب در پیل های سوختی در صورت نیاز به کار روند.

ناسرا پیش بینی کرد: "تولیدکنندگان سیستم های سلول خورشیدی می توانند الکترولیزگرهای بسیار ارزان قیمت را به سیستم هایشان اضافه کنند به طوری که هر 24 ساعت شبانه روز کار کنند. در این صورت این سیستم ها در طول روز آب را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می کنند و سپس در طول شب این دو را در داخل پیل های سوختی دوباره با یکدیگر ترکیب می کنند تا برق تولید کنند."

متیو کانن، عضو دانشگاه MIT با درجه ی فوق دکتری نیز در این پژوهش همکاری داشته است. این پژوهش از طرف MIT Energy Initiative، Chesonis Family Foundation، Solar Revolution Project، National Science Foundation پشتیبانی می شود.