استفاده از نانوکانال دارای لایه نرم دو قطبی جهت تولید انرژی از شوری آب دریا

یکی از اساسی ترین مشکلاتی که امروزه با آن روبرو هستیم کمبود انرژی است. منابع سوخت‌های فسیلی رو به اتمام هستند و نیاز به منابع جدید و تجدیدپذیر به شدت احساس می‌شود. منابع مختلفی امروزه توجه محققان را به خود جلب کرده‌اند که از آن‌ها می‌توان به انرژی خورشیدی، انرژی آبی، انرژی بادی، انرژی امواج و انرژی حاصل از اختلاف شوری آب دریاها و رودخانه‌ها اشاره کرد.

با توجه به جایگاه جغرافیایی ایران و محل قرارگیری آن می‌توان از انرژی اختلاف شوری برای دستیابی به انرژی الکتریکی استفاده کرد. در واقع، در محل اتصال رودخانه‌ها به دریا به دلیل تفاوت در میزان نمک موجود در آب رودخانه و دریا، یک اختلاف شوری وجود خواهد داشت که می‌توان از آن جهت تولید انرژی استفاده کرد. برای استفاده از این انرژی از غشاهایی با تخلخل در محدوده‌ی نانومتری استفاده می‌شود. اندازه‌ی نانومتری کانال‌ها و حفرات این امکان را می‌دهد که تاثیرات الکترواستاتیکی بیشتر مورد توجه قرار بگیرند.

با انتقال آب با غلظت بالا از یک سمت غشا به سمت دیگر، یک جریان الکتریکی در خارج از غشا حاصل می‌شود که باعث تولید انرژی و الکتریسیته می‌گردد. با توجه به پیشرفت تجربیات در مقیاس نانو، می‌توان انتظار داشت که این تکنولوژی در آینده تولید انرژی نقش اساسی ایفا کند.

 

 

منابع:

Nanofluidic Membranes to Address the Challenges of Salinity Gradient Energy Harvesting: Roles of Nanochannel Geometry and Bipolar Soft Layer, https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c01790

نانو لوله های کربنی شفاف با خواص فوق العاده در صنعت الکترونیک و ساخت صفحات لمس هوشمند تلفن همراه

 

نانولوله های کربنی تک جداره (SWCNT) کاربردهای زیادی در الکترونیک و دستگاههای لمسی جدید پیدا کرده اند. نانولوله های کربنی ورق هایی از یک لایه گرافن به ضخامت اتم هستند که به شکل یکنواخت در اندازه ها و شکل های مختلف چرخانده می شوند. برای اینکه بتوانید از آنها در محصولات تجاری مانند ترانزیستور شفاف برای صفحه نمایش تلفن استفاده کنید ، محققان باید بتوانند به راحتی نانولوله ها را برای خواص مواد خود آزمایش کنند و روش جدید به این امر کمک می کند.

گروه پروفسور اسکو I. کاوپینن ​​در Aalto سالها تجربه در ساخت نانولوله های کربن برای کاربردهای الکترونیکی دارد. روش منحصر به فرد این تیم از ذرات معلق در هوا از کاتالیزورهای فلزی و گازهای حاوی کربن استفاده می کند. این روش مبتنی بر ذرات آئروسل به محققان اجازه می دهد ساختار نانولوله را به طور مستقیم کنترل کنند.

ساخت ترانزیستورهای نانولوله تک کربنی معمولاً خسته کننده است. این ماده اغلب از مواد نانولوله کربنی خام به ترانزیستورها چند روز طول می کشد ، و دستگاه ها ممکن است آلوده به مواد شیمیایی فرآوری شده باشند و عملکرد آنها را خراب کند. با این وجود روش جدید باعث می شود در طی 3 ساعت صدها دستگاه نانولوله کربن جداگانه تولید شود که این افزایش بیش از ده برابر راندمان است.

از همه مهمتر ، این دستگاههای ساختگی حاوی مواد شیمیایی فرآوری کننده تخریب کننده بر روی سطح آنها نیستند. این دستگاه های به اصطلاح فوق العاده تمیز قبلاً حتی از ترانزیستورهای معمولی نانولوله تک کربنی ساخت حتی سخت تر بودند.

دکتر نان وی ، محقق فوق دکترا در گروه می گوید: "این دستگاه های تمیز به ما کمک می کنند تا خواص مواد ذاتی را اندازه گیری کنیم. و تعداد زیادی دستگاه به درک سیستماتیک تر از نانومواد کمک می کند تا فقط چند نکته در داده ها." .

این مطالعه نشان می دهد که نانولوله های مبتنی بر ذرات معلق در هوا از نظر کیفیت الکترونیکی بسیار عالی هستند ، توانایی آنها در برق برای برق تقریباً به اندازه تئوریکی برای SWCNT مناسب است.

مهمتر از همه ، روش جدید همچنین می تواند در تحقیقات کاربردی نقش داشته باشد. یک مثال این است که دانشمندان ممکن است با مطالعه ویژگی هدایت ترانزیستورهای بسته نرم افزاری SWCNT راه هایی برای بهبود عملکرد فیلمهای رسانا انعطاف پذیر بیابند. این امر می تواند برای طراحان در تلاش برای ساخت تلفن های منعطف و ضد انعطاف پذیر مفید باشد. کار پیگیری گروههای ژاپن و فنلاند در حال انجام است.

منبعو اطلاعات بیشتر:

 Nan Wei et al, Fast and Ultraclean Approach for Measuring the Transport Properties of Carbon Nanotubes, Advanced Functional Materials (2019). DOI: 10.1002/adfm.201907150

Journal information: Advanced Functional Materials 

نانوآنتن NFC

 

 

گرافن ماده‌ای است که به دلیل هدایت الکتریکی بالا می‌تواند رفتاری مانند فلز داشته باشد. به همین دلیل محققان به دنبال استفاده از آن در تولید محصولاتی نظیر آنتن هستند.

اخیراً محققان مؤسسه ملی CNR-ISOF در ایتالیا که عضو برنامه پرچم‌داری گرافن هستند، موفق به ساخت آنتن مخابراتی میدان نزدیک (NFC) مبتنی بر گرافن شدند. این آنتن جدید برخلاف آنتن‌های NFC رایج، انعطاف‌پذیر بوده و از دوام بالایی برخوردار است.

این آنتن‌های NFS ابزار مناسبی برای انتقال اطلاعات هستند. هر کجا که شما نیاز به یک مسیر ساده برای انتقال اطلاعات میان دو دستگاه که در فاصله کمی از هم قرار گرفته‌اند داشته باشید، این آنتن‌ها می‌توانند کارگشا باشند. این آنتن‌ها در کارت‌های امنیتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

وینسنزو پارمو از محققان CNR می‌گوید: «یکی از اهداف فناوری مدرن، جایگزین کردن مواد سبک، ارزان، کم مصرف و بازیافت پذیر به جای فلزات است. گرافن به دلیل خواص عالی و منحصر به فردی که دارد، می‌تواند برای تولید آنتن‌های NFC انعطاف‌پذیر مورد استفاده قرار گیرد.»

نکته جالب توجه در این فناوری آن است شرکت‌های بزرگ صنعت الکترونیک نظیر STMicroelectronics و نوکیا برای توسعه این فناوری همکاری داشته‌اند. به نظر می‌رسد که گرافن به عنوان ماده مورد علاقه شرکت نوکیا باشد و این شرکت به دنبال استفاده از آن در ساخت نمایشگرهای انعطاف‌پذیر و تلفن‌های ضدآب است.

این که آیا تمام شرکت‌ها و مراکز دخیل در توسعه این فناوری به دنبال ساخت محصولی با این دستاورد هستند یا نه، هنوز مشخص نیست.

خبرهایی منتشر شده که نشان می‌دهد این شرکت‌ها به دنبال شرکای صنعتی بیشتری برای توسعه این فناوری هستند. پالرمو می‌گوید: «ما در نمایشگاه کامپوزیت اروپا 2016 به دنبال یافتن شریک صنعتی جدید برای توسعه آنتن‌های NFC مبتنی بر گرافن در مقیاس انبوه بودیم.»

هرچند هنوز اظهار نظری درباره هزینه تولید این آنتن‌ها نشده است، اما به نظر می‌رسد که تولید آنتن‌های گرافنی از همتایان فلزی خود بیشتر است. این که تولید انبوه این آنتن‌ها می‌تواند موجب کاهش قیمت و رقابت‌پذیرتر شدن ‌آن‌ها شود، می‌تواند نقطه عطفی در توسعه این فناوری باشد. 

ذخیره اطلاعات روی یک تک اتم

فناوری ذخیره‌سازی داده‌ها روز به روز در حال کوچکتر شدن است،‌ اما گاه و بیگاه این روند جهشی خیره کننده به مرحله بعدی دارد، درحدی که اکنون ذخیره‌سازی داده‌ها روی یک تک اتم میسر شده‌ است.

محققان آی بی ام توانسته‌اند با مغناطیسی کردن اتم، سرد کردن آن در هلیوم مایع و ذخیره‌سازی آن در شرایط خلاء یک بیت داده، یک صفر و یک را درون اتم ذخیره سازند. به گفته دانشمندان آی‌بی‌ام این رویکرد جدید شاید از گنجایش خیره کننده‌ای برخوردار نباشد،‌ اما می‌تواند به تدریج به کاهش ابعاد ابزار ذخیره‌سازی شود،‌برای مثال می‌توان با این تکنیک کل آرشیو آی‌تونز یا اسپاتیفای، حجمی برابر ۳۰ میلیون آهنگ را روی یک کارت اعتباری ذخیره کرد.

محققان در این آزمایش از تکنیک برنده نوبل میکروسکوپی-تونلی-روبشی یا STM استفاده کردند، تکنیکی که از پدیده تونل‌زنی در ماشین‌های کوانتومی بهره می‌برد، پدیده‌ای که در آن الکترون‌ها به درون موانعی رانده می‌شوند تا بتوان الکترونیک را در مقیاس اتمی مورد مطالعه قرار داد. دانشمندان باوجود شرایط خلاء شدید درون STM توانستند با موفقیت یک اتم هلیوم را دستکاری کنند. این میکروسکوپ همچنین از سیستم سردکنندگی هلیومی برخوردار است که در افزودن ثبات به فرایند خوانش و نوشتار مغناطیسی کمک می‌کند.

به لطف محیط کاملا کنترل شده،‌ محققان توانستند با دقتی بالا دو اتم باردار مغناطیسی را در فاصله یک نانومتر از یکدیگر ثبت کرده و بازخوانی کنند. با کمک گرفتن از میکروسکوپ دانشمندان توانستند جریان برقی را به اتم‌ها وارد کنند که باعث تغییر جهت میدان مغناطیسی آنها می شد تا عملکردی مانند یک هارد درایو عادی پیدا کند، البته در مقیاسی بسیار کوچکتر.

هارددرایو‌های مدرن برای ذخیره یک بیت داده از ۱۰۰ هزار اتم استفاده می‌کنند و از همین‌ نقطه می‌توان به تفاوت بزرگ میان تکنیک جدید و شیوه های رایج ذخیره‌سازی پی برد. محققان معتقدند با استفاده از این تکنیک می‌توان درایو‌هایی ۱۰۰۰ برابر متراکم‌تر از هارد‌ درایو‌های کنونی را تولید کرد. اگرچه پیش از این نیز تلاش‌هایی در راستای ذخیره‌سازی داده روی تک اتم صورت گرفته‌بود، اما نتیجه این آزمایش بادوام‌ترین و کوچک‌ترین مقیاس ممکن را در پی داشته است. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ nature منتشر شده  است.