Wspieramy Ukrainę! Stop wojnie!

Pomoc tutaj »

Materiały i nanotechnologia: najważniejsze wydarzenia 2021 r.

Kropki kwantowe zapalają się, gdy ryby się zepsują

Psucie się żywności jest ważnym problemem zdrowotnym i środowiskowym, a w tym roku Park Tae Jung i współpracownicy z Uniwersytetu Chung-Ang w Korei Południowej wykorzystali kropki kwantowe, aby określić, kiedy świeża ryba zaczęła się psuć. Ich technika jest ukierunkowana na bezwonną histaminę, która jest wytwarzana, gdy niektóre rodzaje ryb psują się i może wywoływać nieprzyjemne reakcje alergiczne u niektórych osób. Detektor zespołu składa się z węglowych kropek kwantowych, które są pokryte substancjami chemicznymi, które są usuwane w przypadku kontaktu kropek z histaminą z ryb. Zwiększa to optyczną fluorescencję kropek, powodując ich świecenie po naświetleniu światłem ultrafioletowym. Zespół obecnie przyjmuje tę technikę dla innych chemikaliów związanych z psuciem, a także zastosowań medycznych.

 

Górnictwo miejskie staje się szybsze i czystsze

Każdego roku na świecie wytwarza się ponad 40 milionów ton odpadów elektronicznych, ale tylko około 20% tych odpadów jest poddawanych recyklingowi. Poprawa w tym zakresie jest imperatywem środowiskowym, a także szansą handlową. W tym roku zespół z Rice University w USA kierowany przez Jamesa Toura opracował metodę „flash Joule Heating” w celu odzyskiwania metali takich jak rod, pallad, złoto i srebro z e-odpadów. Technika ta została po raz pierwszy wykorzystana przez zespół do wytworzenia grafenu z odpadów spożywczych i plastiku. Polega na odparowaniu metali w komorze błyskowej poprzez przyłożenie krótkiego, intensywnego impulsu prądu elektrycznego do odpadów i szybkie ich podgrzanie do 3400 K. Metale są następnie wychwytywane z pary i dalej rafinowane w ogólnym procesie, który jest opisany jako szybszy i czystszy niż istniejące metody.

Materiały i nanotechnologia: najważniejsze wydarzenia 2021 r.

 

Materiał kwantowy „uczy się” jak żywa istota

Dzisiaj fizyka przechodzi drugą rewolucję kwantową, a nowa technologia umożliwia naukowcom badanie coraz dziwniejszych i wspaniałych układów. Być może nie jest więc zaskakujące, że fizycy z Rutgers University w USA twierdzą, że materiały kwantowe znane jako izolatory Motta mogą „nauczyć się” reagowania na bodźce zewnętrzne w sposób naśladujący zachowanie zwierząt. Subhasish Mandal i współpracownicy badali tlenek niklu izolatora Motta. Kiedy monitorowali, jak zmienia się przewodność elektryczna materiału, gdy stężenie jego defektów atomowych jest odwracalnie modulowane za pomocą bodźców zewnętrznych, takich jak tlen, ozon i światło, odkryli, że naśladuje to uczenie się bez asocjacji obserwowane u żywych stworzeń. Mandal mówi: „Odkryliśmy, że izolatory z tlenku niklu, które historycznie były ograniczone do zajęć akademickich, mogą być interesującymi kandydatami do testowania w przyszłości pod kątem komputerów i robotyki inspirowanych mózgiem”.

 

Nanocząstki w paliwie mogą zwiększyć wydajność samolotów

Niektóre branże są trudniejsze do dekarbonizacji niż inne, a lotnictwo okazuje się trudne. Podczas gdy zainteresowanie samolotami elektrycznymi rośnie, znaczna część obecnej uwagi środowiskowej skupia się na zwiększeniu efektywności energetycznej samolotów napędzanych paliwami kopalnymi. W tym roku Sepehr Mosadegh i współpracownicy z University of British Columbia Okanagan Campus i Zentek w Thunder Bay Ontario wykazali, że dodanie nanocząstek tlenku grafenu do ciekłego etanolu zwiększa tempo spalania paliwa nawet o 8,4%. Mówią, że ta poprawa jest wynikiem zwiększonej atomizacji paliwa – tworzenia maleńkich kropelek, które spalają się bardzo wydajnie. Zespół twierdzi, że silniki lotnicze zasilane paliwami z domieszką nanocząstek mogą emitować mniejsze ilości węgla; jednocześnie stając się potężniejszymi.

 

Obrobione drewno można formować w złożone struktury 3D

Drewno to fantastyczny materiał o szerokiej gamie użytecznych właściwości i zastosowań. Co więcej, zatrzymuje on węgiel atmosferyczny przez cały okres jego użytkowania i może być wytwarzany w sposób zrównoważony. Są jednak rzeczy, których naturalne drewno nie może zrobić, takie jak formowanie metali i tworzyw sztucznych. Shaoliang Xiao, Bing Hu i współpracownicy z University of Maryland pokazali, jak można wytwarzać użyteczne komponenty, rozbijając struktury molekularne drewnianych ścian komórkowych, a następnie formując materiał w pożądane kształty. Naukowcy ukształtowali płaskie arkusze twardego drewna w wszechstronne struktury 3D, w tym materiał kompozytowy o strukturze plastra miodu. Ta struktura była około sześć razy mocniejsza niż oryginalne drewno – dając jej podobną wytrzymałość na rozciąganie do stopów aluminium, ale o znacznie mniejszej gęstości.

 

Małże mieszają białka i metale, tworząc lepkie nitki

Natura jest niewątpliwie wielką inspiracją dla naukowców zajmujących się materiałami, a skorupiaki, takie jak małże, nie są wyjątkiem. Te stworzenia przyczepiają się do powierzchni, takich jak skały, statki i rury doprowadzające wodę, z wytrwałością, która zawstydza superklej. Nic więc dziwnego, że badacze, tacy jak Tobias Priemel z McGill University w Kanadzie, są zainteresowani tym, jak małże mieszają ze sobą chemikalia, tworząc klej. Jego zespół odkrył, że mięczaki wykorzystują sieć mikrokanalików do łączenia płynnego białka z jonami metali, tworząc lepkie nitki zwane bisiorem, czyli „brodą”, której niektóre mięczaki używają do przyklejania się do przedmiotów. Dalsze badania mogą wskazać sposoby naśladowania tego procesu w celu stworzenia sztucznego bisioru. Priemel i współpracownicy chcą również dowiedzieć się, dlaczego małże wykorzystują rzadki metal wanad do tworzenia nici.

Autor: Jakub M.

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za treść blogów, są one osobistą opinią autora