مهندسان MIT یک روش کاملاً جدید برای تولید برق را کشف کرده‌اند

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۷ ژوئن ۲۰۲۱
لینک منبعMIT Engineers Have Discovered a Completely New Way of Generating Electricity

مهندسان MIT راهی برای تولید برق با استفاده از ذرات ریز کربن کشف کرده‌اند که می‌تواند به راحتی با تعامل با یک حلال آلی که در آن شناور است، جریان الکتریکی ایجاد کند. این ذرات از نانولوله‌های کربن خرد شده (آبی) پوشیده شده با پلیمر تفلون مانند (سبز) ساخته شده‌اند. اعتبار: خوزه لوئیس اولیوارس، MIT. براساس آمار و ارقام ارائه‌شده توسط محققان.

ذرات ریز واکنش‌های شیمیایی را تأمین می‌کنند

یک ماده جدید ساخته‌شده از نانولوله‌ای کربنی می‌تواند با جمع‌آوری انرژی از محیط خود الکتریسیته تولید کند.

مهندسان MIT روش جدیدی را برای تولید الکتریسیته با استفاده از ذرات کوچک کربن کشف کرده‌اند که می‌توانند جریان را به سادگی با تعامل با مایع اطراف خود ایجاد کنند.

محققان می‌گویند مایع، یک حلال آلی، الکترون‌ها را از ذرات بیرون می‌کشد و جریانی را تولید می‌کند که می‌تواند برای هدایت واکنش‌های شیمیایی و یا برای قدرت دادن به روبات‌های میکرو یا نانو استفاده شود.

مایکل سنترو، استاد مهندسی شیمی در MIT می‌گوید: « این مکانیزم جدید است، و این روش تولید انرژی کاملا جدید است.» این تکنولوژی بسیار جالب است زیرا تمام کاری که شما باید انجام دهید این است که یک حلال را از میان بستر این ذرات عبور دهید. این به شما این امکان را می‌دهد که الکتروشیمی انجام دهید، اما هیچ سیمی ندارید.

در یک مطالعه جدید که این پدیده را توصیف می‌کند، محققان نشان دادند که آن‌ها می‌توانند از این جریان الکتریکی برای ایجاد یک واکنش شناخته‌شده به نام اکسیداسیون الکل استفاده کنند-یک واکنش شیمیایی آلی که در صنعت شیمیایی مهم است.

در واقع Strano نویسنده ارشد این مقاله است، که امروزه (۷ ژوئن ۲۰۲۱) در ارتباطات طبیعی ظاهر می‌شود. نویسندگان اصلی این مطالعه، دانشجوی تحصیلات تکمیلی MIT، آلبرت تیوسیانگ لیو و محقق سابق MIT، یوچیرو کونای هستند. نویسندگان دیگر عبارتند از: آنتون کاترل، امیر کاپلان و هیونا کیم دانشجوی کارشناسی‌ارشد، گی ژانگ دانشجوی کارشناسی‌ارشد، و رفیق ملله و یانی یک اتون.

ویژگی‌های منحصر به فرد

کشف جدید از تحقیق Strano بر روی لوله‌های توخالی نانولوله‌های کربنی ساخته‌شده از شبکه‌ای از اتم‌های کربن که خواص الکتریکی منحصر به فردی دارند، آغاز شد. در سال ۲۰۱۰، Strano برای اولین بار نشان داد که نانولوله‌های کربنی می‌توانند «امواج ترموپاور» تولید کنند. هنگامی که یک نانولوله کربنی با لایه سوخت، پالس‌های متحرک گرما، یا امواج ترموپاور پوشش داده می‌شود، در امتداد لوله حرکت می‌کند و یک جریان الکتریکی ایجاد می‌کند.

این کار باعث شد که Strano و دانشجویانش یک ویژگی مرتبط با نانولوله‌های کربنی را کشف کنند. آن‌ها دریافتند که وقتی بخشی از یک نانولوله با یک پلیمر تفلون مانند پوشش داده می‌شود، یک عدم تقارن ایجاد می‌کند که حرکت الکترون‌ها از بخش پوشش داده‌شده به بخش بدون پوشش لوله را ممکن می‌سازد و یک جریان الکتریکی ایجاد می‌کند. این الکترون‌ها را می توان با فرو بردن ذرات در یک حلال که تشنه الکترون‌ها است، رسم کرد.

برای مهار این قابلیت خاص، محققان ذرات تولید کننده الکتریسیته را با آسیاب کردن نانولوله های کربنی و تشکیل آن‌ها در یک صفحه از مواد کاغذ مانند ایجاد کردند. یک طرف هر ورقه با یک پلیمر تفلون مانند پوشش داده شد، و محققان سپس ذرات کوچک را برش دادند، که می‌تواند هر شکل یا اندازه‌ای باشد. برای این مطالعه، آن‌ها ذراتی را ساختند که ۲۵۰ میکرون تا ۲۵۰ میکرون بودند.

وقتی این ذرات در یک حلال آلی مانند استونیتریل غوطه‌ور می‌شوند، حلال به سطح بدون پوشش ذرات می‌چسبد و شروع به بیرون کشیدن الکترون‌ها از آن‌ها می‌کند. Strano می‌گوید: « حلال الکترون‌ها را از خود دور می‌کند و سیستم تلاش می‌کند تا با حرکت الکترون‌ها تعادل را برقرار کند.» او گفت: هیچ ترکیب پیچیده‌ای از باتری در داخل وجود ندارد. این فقط یک ذره است و شما آن را در حلال قرار می‌دهید و آن شروع به تولید میدان الکتریکی می‌کند.

جون یائو، استادیار مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه ماساچوست در امهرست، که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید: «این تحقیق به طور هوشمندانه نشان می‌دهد که چگونه انرژی الکتریکی ذخیره‌شده در یک ماده الکترونیکی برای سنتز الکتروشیمیایی در محل را استخراج کند (و اغلب به آن توجهی نمی‌شود).» «زیبایی این است که به یک روش عمومی اشاره می‌کند که می‌تواند به آسانی برای استفاده از مواد و کاربردهای مختلف در سیستم‌های ترکیبی مختلف گسترش یابد.»

قدرت ذرات

نسخه فعلی ذرات می‌تواند در حدود ۰.۷ ولت الکتریسیته برای هر ذره تولید کند. در این مطالعه، محققان همچنین نشان دادند که می‌توانند آرایه‌هایی از صدها ذره را در یک لوله آزمایشی کوچک تشکیل دهند. این رآکتور بستر فشرده انرژی کافی برای تغذیه یک واکنش شیمیایی به نام اکسیداسیون الکل تولید می‌کند که در آن الکل به آلدهید یا کتون تبدیل می‌شود. معمولا این واکنش با استفاده از الکتروشیمی انجام نمی‌شود زیرا به جریان خارجی زیادی نیاز دارد.

ژانگ می‌گوید: « به دلیل فشرده بودن رآکتور بستر فشرده، انعطاف‌پذیری بیشتری از نظر کاربردها نسبت به یک رآکتور الکتروشیمیایی بزرگ دارد.» این ذرات می‌توانند بسیار کوچک ساخته شوند و به هیچ سیم خارجی برای راه‌اندازی واکنش الکتروشیمیایی نیاز ندارند.

در تحقیقات آینده، Strano امیدوار است که از این نوع تولید انرژی برای ساخت پلیمرها تنها با استفاده از کربن دی‌اکسید به عنوان ماده اولیه استفاده کند. در یک پروژه مرتبط، او در حال حاضر پلیمرهایی را ایجاد کرده‌است که می‌توانند با استفاده از کربن دی‌اکسید به عنوان یک ماده ساختمانی، در فرآیندی که با انرژی خورشیدی کار می‌کند، خود را بازسازی کنند. این کار از تثبیت کربن، مجموعه واکنش‌های شیمیایی که گیاهان برای ساختن قندها از کربن دی‌اکسید، با استفاده از انرژی خورشید استفاده می‌کنند، الهام‌گرفته شده‌است.

در دراز مدت، این رویکرد می‌تواند برای قدرت دادن به روبات‌های مقیاس نانو یا میکرو نیز به کار رود. آزمایشگاه سارترو در حال حاضر ساخت ربات‌هایی در آن مقیاس را آغاز کرده‌است، که یک روز می‌تواند به عنوان سنسورهای تشخیصی یا محیطی مورد استفاده قرار گیرد. او می‌گوید ایده توانایی پاک‌سازی انرژی از محیط به قدرت رساندن این نوع ربات‌ها جذاب است.

او می‌گوید: «این بدان معنی است که شما نیازی به ذخیره انرژی در عرشه ندارید.» «چیزی که ما در مورد این مکانیزم دوست داریم این است که شما می‌توانید انرژی را، حداقل تا حدی، از محیط‌زیست بگیرید.»

این متن با استفاده از ربات مترجم مقاله علم داده ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.