کوی دانش - kooy

مطالعه ای جدید در زمینه فیزیک، شتاب نزدیک شدن خودروهای هیدروژنی را افزایش داد!

مطالعه ای جدید در زمینه فیزیک، شتاب نزدیک شدن خودروهای هیدروژنی را افزایش داد!
13 تیر
06:30 1394
نتایج مطالعه جدید صورت گرفته بر روی هیدرید منیزیم (ماده ای برای ذخیره هیدروژن) نشان می دهد که مسیر دستیابی به ماشین های هیدروژنی با عملکرد بهینه و مخازن سوخت بهتر در حال هموارتر شدن است.

واشنگتن دی سی، 9 تیر 1394 - با وعده استفاده گسترده از خودروهای درون سوز با سوخت هیدروژنی و عدم تحقق آن در حال حاضر، رویای دستیابی به حمل و نقلی پاک تر و عاری از آلایندگی به تدریج در حال رنگ باختن است. ماشین های هیدروژنی فعلی، با موتور گرم کار می کنند، آلایندگی ندارند و محصول جانبی احتراق سوخت این ماشین ها آب خالص است. 

ولی اینکه آیا روزی خواهد رسید که این وسائل نقلیه بتوانند راه خود را از بازار ویژه و محدود کنونی به سمت گاراژ هر خانه و بازار مصرف گسترده تر باز کنند مسأله ای است که به چگونگی پرداختن به موانع دیرپای زیرساختی و فنی موجود بر سر راه استفاده گسترده از این وسائل بستگی دارد. یکی از موانع و مشکلات، مخزن سوخت این خودروهاست. در واقع نحوه طراحی مهندسی این مخزن به گونه ای که مشابه با مخزن سوخت خودروهای بنزینی، ایمنی نسبتاً خوب و قابلیت سوخت گیری آسان داشته باشد، و از پیمایش صدها کیلومتر با یک بار سوخت گیری و نیز قابلیت سوخت گیری مجدد و مستمر بدون کاهش عملکرد برخوردار باشد، از جمله این موانع و مشکلات هستند.

گروهی از محققین آمریکایی و چینی برای حل این مشکلات قدم هایی را برداشته اند که یافته های آنها در نشریه Applied Physics Letters از انتشارات AIP به چاپ رسیده است. در این مقاله، این محققین به توضیح فیزیک هیدرید منیزیم پرداخته اند. از این ماده می توان به طور بالقوه در ذخیره سوخت هیدروژنی خودروهای آینده و دیگر مسائل استفاده نمود. این محققین به منظور ارزیابی خواص مکانیکی این ماده، نانوذرات هیدرید منیزیم با اندازه های مختلف را با استفاده از تکنیکی به نام «ذره بینی الکترونی عبوری درجا» بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که چگونه می توان با مهندسی این نانوذرات، خواص آنها را بهتر کرد. 

«کیان یو»، نویسنده مسئول این مقاله، می گوید: «ذرات کوچک تر خواص مکانیکی بهتر و نیز پایداری پلاستیک بهتری دارند که کار پژوهشی ما علت این مساله را توضیح می دهد».

خانم «یو» از اساتید دانشگاه ژجیانگ در شهر هانگزو در چین است که دوره فوق دکترای خود را در دانشگاه برکلی کالیفرنیا و «آزمایشگاه ملی لارنس برکلی» کالیفرنیا گذرانده است. 

دیگر همکاران او در این کار پژوهشی از دانشگاه میشیگان واقع در شهر اَن آربور، مرکز تحقیق و توسعه شرکت جنرال موتورز در شهر وارِن در ایالت میشیگان و دانشگاه جیائوتانگ شانگهای چین هستند. 

مشکل ذخیره هیدروژن با استفاده از منیزیم
دستیابی به فناوری ذخیره هیدروژن برای خودروهای موتوری مسئله ای است که همچنان محققین به دنبال راهکاری برای آن هستند. می دانیم که در مقایسه با مدل های فعلی، نسل بعدی مخازن سوخت هیدروژنی ضرورتاً باید ظرفیت ذخیره بیشتری داشته باشند و نیز سینتیک تبادل گاز در آنها بهتر انجام شود ولی راهکار دستیابی به این مهم تا کنون در هاله ای از ابهام قرار داشته است. 

یکی از راهکارهای رفع این مسئله، ماده ای مانند هیدرید منیزیم است که از مدت ها پیش استفاده از آن به عنوان محیط مناسبی برای ذخیره سوخت هیدروژنی مطرح بوده است. منیزیم به راحتی با هیدروژن پیوند ملکلولی تشکیل می دهد. لذا با توجه به این موضوع، روش کار بدین صورت است که ابتدا مخزن سوخت را با منیزیم پر می کنیم، سپس هیدروژن را وارد مخزن کرده تا با منیزیم واکنش داده و جذب شود و در نهایت به هنگام روشن کردن موتور ماشین، طی واکنش واجذب، هیدروژن از ترکیب جدا شده و محترق می شود. 

ولی مشکل این روش سرعت پایین واکنش های جذب و واجذب است یعنی سرعت ترکیب هیدروژن ملکولی با منیزیم و نیز سرعت جدایش آن پایین است. سرعت این واکنش ها به چگونگی تشکیل پیوند ملکولی بین این عنصر مرتبط است و از این رو در سالیان اخیر محققین به دنبال این هستند تا با استفاده از علوم مهندسی، ذرات منیزیم با سرعت واکنش دهی بهتر تولید کنند.

پژوهش های قبلی نشان داده بود که نانوذرات کوچکتر منیزیم، خواص بهتری در جذب هیدروژن دارند ولی کسی به علت این مساله پی نبرده بود. برخی بر این عقیده بودند که به دلیل ساییده شدن ذرات کوچکتر منیزیم به هم و در نتیجه افزایش مجموع مساحت سطح فعال این ذرات در مخزن سوخت، سرعت واکنش جذب هیدروژن بیشتر می شود. ولی «یو» و همکارانش نشان دادند که این مسئله تا حدود زیادی به نحوه پاسخ ذرات به تغییر شکل در حین چرخه های سوخت گیری و تخلیه مخزن سوخت مرتبط است.

چرخه های سوخت گیری در یک مخزن سوخت هیدروژنی، تغییرات داخلی زیادی در فشار درون مخزن ایجاد می کند که باعث تغییر شکل، ترک برداشتن و خردایش (فروسایی) ذرات می شود. ذرات کوچکتر قابلیت پایداری پلاستیک بیشتری دارند، یعنی در اثر اعمال تغییرشکل، این ذرات توانایی بالایی در حفظ ساختار خود دارند. پس می توان گفت که نانوذرات منیزیم با اندازه کوچکتر و قابلیت پلاستیک بیشتر می توانند ساختار خود را به مدت بیشتری حفظ کنند و در نتیجه توانایی حفظ هیدروژن در چرخه های پی در پی سوخت گیری را دارند. 

باید به این موضوع اشاره کرد که علاوه بر پایداری بیشترِ پلاستیک، ذرات کوچکتر از ناهمسانگردی کمتری در تغییرِشکل برخوردار هستند. (ناهمسانگردی تغییرشکل، معیاری است که نشان می دهد آیا تمام نانوذرات منیزیم در سراسر کل مخزن سوخت به طور یکنواخت تغییر شکل می دهند یا اینکه تغییرشکل آنها غیریکنواخت است.) به عقیده «یو»، در مقیاس نانو، ناهمسانگردی تغییرشکل به شدت کاهش می یابد و به همین دلیل فعالیت نابجایی ها در نانوذرات کوچکتر منیزیم همگن تر است و لذا مسیر نفوذ توزیعی (پخشی) همگن تری برای هیدروژن ایجاد می شود.

«یو» معتقد است که این پژوهش گام رو به جلویی برای ساخت مخازن هیدروژنی با قابلیت ذخیره بهتر است و با مهندسی این ذرات می توان از مزیت نابجایی با همگنی بالاتر، بهره کافی را برد. برنامه بعدی این گروه تحقیقاتی انجام مطالعات مشابه بر روی مواد ذخیره هیدروژن در زمان چرخه سوخت گیری و بررسی جذب و واجذب هیدروژن در طی این چرخه است. 

نویسندگان مقاله «خواص مکانیکی وابسته به اندازه نانوذرات منیزیم برای استفاده به عنوان ماده ذخیره هیدروژن»، عبارتند از «کیان یو»، «لیانگ کی»، «راجا کی. میشرا»، «شیائوکین زنگ» و «اندرو ام. ماینور». این مقاله در 9 تیر 1394 در نشریه Applied Physics Letters چاپ شد. پس از این تاریخ، مقاله در آدرس زیر قابل دسترسی است:

 http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/106/26/10.1063/1.4921003

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
مصرف فیبر موجود در غلات در افزایش عمر شما تاثیر خواهد داشت.

مصرف فیبر موجود در غلات در افزایش عمر شما تاثیر خواهد داشت.

همه می دانند مصرف غلات سبوس دار برای بدن مفید است. محققان در پژوهشی جدید دریافتند که فیبر موجود در غلات خطر مرگ زودرس و خطر بروز بیماری را کاهش می دهد.

مطالعه متن کامل
8 اپ مجانی برای یادگیری زبان های خارجی

8 اپ مجانی برای یادگیری زبان های خارجی

جای خوشبختی است که بسیاری از زبان ها در اپ های آموزش زبان جای داده شده اند و می توانید قواعد ابتدایی و پایه زبان ها را کاملا مجانی یاد بگیرید.

مطالعه متن کامل
کشف شواهد بیشتر مبنی بر زنده بودن ویروس ها

کشف شواهد بیشتر مبنی بر زنده بودن ویروس ها

با توجه به خصوصیات فیزیکی متنوع، اندازه های مختلف ژنوم و سبک های زندگی که ویروس ها دارند دسته بندی شان مشکل است. طی مطالعه ای جدید دانشمندان، زنده بودن ویروس ها و جایگاه خاص آنها را در درخت زندگی نشان دادند و در این مسیر فقط از تاخوردگی های پروتئین استفاده کردند.

مطالعه متن کامل
افزایش سطح تحت پوشش اینترنت وایرلس، با لامپ مهتابی

افزایش سطح تحت پوشش اینترنت وایرلس، با لامپ مهتابی

پژوهشگران دانشگاه صنعتی مارا در مالزی، موفق شدند از گاز یونیزه لامپ های فلورسنت معمولی، به عنوان یک آنتن برای روتر وایرلس اینترنت استفاده کنند.

مطالعه متن کامل
درخشش مینی‌مالیستی لامپ آجری

درخشش مینی‌مالیستی لامپ آجری

همانطور که از نام آن پیداست، لامپ آجری به شکل آجر طراحی شده است. طراحی مینی مالیستی (ساده گرا) این لامپ به معنای نداشتن سیم، سایه و کلید است.

مطالعه متن کامل