کوی دانش - kooy

دستاورد جدید در زمینه پیل های سوختی: نظم بخشی به عیوب نقطه ای و باز کردن راهی برای عبور اکسیژن

دستاورد جدید در زمینه پیل های سوختی: نظم بخشی به عیوب نقطه ای و باز کردن راهی برای عبور اکسیژن
29 اردیبهشت
19:30 1394
اکسید فلزی جدیدی کشف شده است که ساختار اتمی آن شامل آرایه های بسیار منظمی از محل های خالی مربوط به اتم های اکسیژن است (که به آن ها عیوب اکسیژنی نیز گفته می شود). این ساختار، باعث می شود یون های اکسیژن بتوانند در دماهای پایین (تقریباً 250 درجه سلسیوس)، به سرعت و به راحتی درون ماده حرکت کنند.

تصویر فوق: در این شبکه بلوری که مربوط به یک اکسید فلزی متشکل از اتم های استرانسیم (سبز)، کروم (آبی) و اکسیژن (قرمز) می باشد، یون های اکسیژن می توانند به طور زیگزاگ یا در مسیرهای دایروی (فلش های قرمز) حرکت کنند. محل فقدان اتم های اکسیژن در این ساختار بلوری، با علامت ضربدر x مشخص شده است.
 

موادی که در آنها یون های اکسیژن می توانند به راحتی حرکت کنند، نقش مهمی در ساخت پیل های سوختیِ اکسید جامد دارند. ماده کشف شده در پژوهش حاضر، می تواند کار کردنِ پیل های سوختی در دماهایی بسیار پایین تر از فناوری فعلی (که تقریباً 800 درجه سلسیوس است) را میسر سازد، که باعث افزایش بازده این پیل ها می شود.

اکسیدهای فلزی، مواد مهمی هستند که در بسیاری از فناوری های مربوط به انرژی، مانند پیل های سوختی، ابر رساناها و سیستم های ترموالکتریکی، یافت می شوند. عیوب نقطه ای در بیشتر اکسیدهای فلزی، به صورت فقدان اتم های اکسیژن یا محل های خالی است که غالباً به طور یکنواخت درون ماده توزیع شده اند. یکی از اهداف پژوهشی چالش برانگیز در زمینه اکسیدهای فلزی عبارت است از ایجاد و استقرارِ این محل های خالی اکسیژنی به طور کنترل شده، به منظور تولید ساختارهای جدید و ایجاد خواص عملکردی مناسب در این مواد. پژوهشگرانی از آزمایشگاه ملی Pacific Northwest آمریکا توانستند این هدف را با کشف یک اکسید فلزی غیر استوکیومتریک جدید، یعنی ماده SrCrO2.8، محقق سازند. آنها هنگامی که سعی داشتند فیلم های نازکی از اکسید استوکیومتریک SrCrO3.0 تهیه کنند، متوجه شدند که به جای آن، یکی از صورت های غیر استوکیومتریک متعلق به ترکیب SrCrO2.8 به دست آمده است.

این ماده جدید، از آرایه های منظمی از صفحات SrO2 تشکیل شده که مابین لایه هایی از یون های Cr+4 که دارای کئوردیناسیون چهار وجهی (تتراهدرال) هستند جایگذاری شده، به طوری که فاصله هر یک از آن صفحات از یکدیگر تقریباً 1 نانومتر است. علاوه بر این، زمانی که این ماده در هوا به ملایمت حرارت داده شود، تغییر شکلِ معکوس می دهد و از فرم نیمه هادی با ساختار رومبوهدرال (الماس مانند) به فرم فلزی با ساختاری که به آن پروسکایت مکعبی (cubic perovskite) گفته می شود تبدیل می گردد. محل های خالی منظمِ اتم های اکسیژن، در فرم رومبوهدرال به یون های اکسیژن اجازه می دهند در دماهای پایین (تقریباً 250 درجه سلسیوس) به راحتی و به سرعت درون ماده منتشر شوند. این خاصیت، در فناوری پیل های سوختی اکسید جامد که دمای کاری مورد نیاز آنها در حال حاضر بسیار بالا است (تقریباً 800 درجه سلسیوس)، فوق العاده مهم است. با محاسبات اصل اول، نحوه تشکیل و پایداری ماده غیر استوکیومتریک SrCrO2.8 و همچنین علت حرکت آسان یون های اکسیژن درون ماده، برای پژوهشگران روشن شد. تجمع عیوب اکسیژنی به صورت آرایه های منظم، نه تنها خاصیت مهمی برای دست یابی به پیل های سوختی با بازده بالاتر محسوب می شود، بلکه می تواند در کاربردهای دیگری مثل ساخت مواد ترموالکتریک نیز سودمند باشد.

در این پژوهش، از افراد و تجهیزاتی بهره گرفته شد که از سوی «آزمایشگاه علوم محیطی در مقیاس ملکولی» که یکی از تأسیسات علمی وابسته به دفتر علمی وزارت انرژی آمریکا است، فراهم شد. بودجه تحقیقاتی این آزمایشگاه از طریق برنامه «علوم بیولوژیکی و زیست محیطی» این کشور تأمین می شود. تجهیزات محاسبات رایانه ای استفاده شده در این پژوهش از سوی آزمایشگاه ملی Pacific Northwest آمریکا تأمین شد.

درباره نویسنده

قاسم کیاحیرتی

قاسم کیاحیرتی

شما اولین نفری باشید که برای این خبر نظر میدهد
تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

دانشمندان روشی را توسعه داده اند که توسط آن موادی که عموماً در صنایع هوایی و ماهواره ها استفاده می شوند می توانند به خودترمیمیِ شکستها و خش های خود در دمای زیر انجماد بپردازند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

چگونه می توان انرژی خورشیدی را برای استفاده در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد ذخیره کرد؟ یک راه حل تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن توسط الکترولیز آب است. این ایده به این صورت است که از الکتریسیته ای که توسط انرژی خورشیدی (پنلهای خورشیدی) بدست می آید برای تجزیه ملوکولهای آب به اکسیژن و هیدروژن استفاده شود. سپس هیدروژن خالص را می توان بعنوان منبع انرژی الکتریسیته ویا یک منبع سوختی استفاده کرد. اما دقیقاً همینجاست که موضوع پیچیده می شود. حتی با وجود فناوری های مختلفِ تولید هیدروژن و نتایج نوید بخش آزمایشگاهی، هنوز این روش بسیار ناپایدار و گران است و صرفاً برای استفاده های بزرگ تجاری دارای صرفه است. حال، رویکرد جدیدی توسط محققانِ سوئیسی عرضه شده است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
تولید سوخت از دی اکسید کربن

تولید سوخت از دی اکسید کربن

در مطالعه ای جدید که توسط دپارتمان انرژی آرگونه از لابراتوار ملی آمریکا و دانشگاه ایلینویز در شیکاگو انجام شد، محققان موفق به یافتن راهی شدند تا با کمک نور آفتاب، دی اکسید کربن را به یک منبع قابل استفاده انرژی تبدیل کنند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

اگر از زمره عاشقان قهوه هستید و در عین حال قارچ هم از چاشنی های همیشگی غذاهای شماست احتمالاً از همین الان تصمیم قطعی برای خرید این دستگاه را خواهید گرفت. این دستگاه جالب توسط آدریان پرز طراح بارسایی طراحی و تولید شده است. دستگاه های قهوه جوش صرفاً دو دهم درصد از قهوه را تبدیل به نوشیدنی می کنند و مابقی بصورت تفاله دور ریخته می شود. گرچه استفاده از تفاله قهوه بعنوان بستری برای پرورش قارچ موضوع جدیدی نیست ولی در پشت دستگاهی که در ادامه بررسی می کنیم تفکر خلاقانه ای وجود دارد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پهپادها بزودی قادر خواهند بود همانند یک پرنده ویا یک حشره بالدار تصاویر محیط را دریافت کرده، پردازش نمایند و بدون نیاز به دخالت نیروی انسانی، رادار وحتی هدایت GPS ماهواره ای راه خود را بیابند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
DuoPad صفحه نمایشی لمسی برای کار با کامپیوترهای رومیزی

DuoPad صفحه نمایشی لمسی برای کار با کامپیوترهای رومیزی

با آمدن ویندوز 8 و در ادامه آن، ویندوز 10، می توان از سیستم عامل های جدید مایکروسافت دریافت که این شرکت در محصولات جدید خود تمرکز بیشتری بر روی استفاده از صفحات نمایش لمسی دارد. به همین دلیل بسیاری از شرکت های تولید کامپیوتر، لپ تاپ ها و دیگر محصولات خود را با صفحات لمسی تولید می کنند. اما برای کامپیوترهای رومیزی چه باید کرد؟ DuoPad صفحه ای است شبیه صفحات لمسی که با استفاده از آن می توان به کامپیوترهای رومیزی قابلیت تاچ را اضافه کرد. مسلما کارکردن با یک کامپیوتر رومیزی با صفحه نمایش لمسی تجربه فوق العاده ای خواهد بود.

مطالعه متن کامل
ماگمای یلواستون عمیق تر از آن چیزی بود که قبلا تصور می شده است.

ماگمای یلواستون عمیق تر از آن چیزی بود که قبلا تصور می شده است.

لرزه شناسان به تازگی تصاویری از ماگمای ذوب بخشی شده [1] داغ یافته اند که 12 تا 28 مایل زیر ابر آتشفشان یلواستون قرار گرفته است و آشیانه ماگمای آن [2] 4.4 برابر بزرگتر از آشیانه ماگمای کم عمق شناخته شده یلواستون است. میزان ماگمای عمیق این آشیانه می تواند مساحت 1000مایل مکعب را بپوشاند. یعنی مساحت آن 11.2 برابر مساحت دره گراند کانیون آمریکاست.

مطالعه متن کامل
بادسنج Vaavud Sleipnir

بادسنج Vaavud Sleipnir

این محصول، دومین بادسنج مخصوص گوشی های همراه است که دیده ایم، اولی Mjolnir نام داشت که باز هم توسط تیم سازنده Vaavud Sleipnir تولید شده بود.

مطالعه متن کامل
نگاه نزدیک تر به اسپورت مک لارن 570 اس

نگاه نزدیک تر به اسپورت مک لارن 570 اس

مک لارن 570 به زیبایی ساخته شده است و بدنه آن سرشار از قطعات دوست داشتنی (اختیاری) فیبرکربن می باشد. مک لارن 570 اس، نویدبخش خط تولید جدیدی برای این خودروساز بریتانیایی به شمار می رود، خطی که نسبت به 650 اس قبلی این شرکت قیمت معقول تری دارد. ما نیز در این مطلب به بررسی مک لارن 570 اس می پردازیم و صحبت هایی نیز با مدیر بخش آسیا- اقیانوسیه این برند به نام «دیوید مک این تایر» در مورد نزول این برند به رده های آخر جدول خودروسازان خواهیم داشت.

مطالعه متن کامل
نگاهی به گذشته: کیهان به مثابه ماشین زمان

نگاهی به گذشته: کیهان به مثابه ماشین زمان

اکستریم دیپ فیلد هابل (Hubble eXtreme Deep Field) ترکیبی از تصاویر ثبت شده طی مدت 10 سال گذشته است که دانشمندان با استفاده از آن قصد شناسایی دورترین کهکشان های کیهان را دارند. هرچند ساختن ماشین های زمان همچنان در حد داستان های علمی- تخیلی محدود مانده است، اما به واسطه فواصل دوردستی که در کیهان وجود دارد می توان به گذشته ها نگاهی کرده و روند شکل گیری اجرام را از میلیاردها سال به این طرف دریافت.

مطالعه متن کامل