کوی دانش - kooy

تکنیک نوین طیف سنجی انکساری برای کاوش در زمینه فعل و انفعالات الکترولیت- الکترود

تکنیک نوین طیف سنجی انکساری برای کاوش در زمینه فعل و انفعالات الکترولیت- الکترود
20 تیر
17:45 1394
تصویر شماتیک مربوط به طرح طیف سنجی: (a) شکل پیل الکتروشیمیایی و طیف سنجی (Pt = پلاتین)، (b) تصویر نوری میکروسکوپی از پودر گرافِن (1) که بر روی سیلیس مذاب قرار گرفته است.

یکی از مهم ترین موضوعاتی که باید در فناوری باتری ها به آن توجه کرد، فرآیند دقیق فیزیکی و شیمیایی است که در فعل و انفعالاتِ مربوط به الکترولیت- الکترود رخ می دهد. ولی درک میکروسکوپیکِ این فرآیندها به علت نبودن تکنیک های مناسب برای جستجو، محدودیت زیادی دارد. اکنون پژوهشگران در آزمایشگاه ملی وابسته به دپارتمان انرژیِ آمریکا و در دانشگاه برکلی در کالیفرنیا، تکنیک نوینی را به وجود آورده اند که آشکارسازی حساس و ویژه برای مولکول ها را در فعل و انفعالاتِ الکترولیت- الکترود ممکن می سازد.

در این متد جدید، از پودر گرافِن برای چیره شدن بر دشواری های مهمی بهره می گیرند که مربوط است به طیف سنجی نوری سنتی که طی آن، پرتوی فرو سرخ را برای بررسی فعل و انفعالاتِ پنهان به کار می گیرند.

یکی از فیزیکدان های دانشگاه برکلی که سرپرست این کار پژوهشی است، می گوید: «بیشتر واکنش های الکتروشیمایی در باتری، در فعل و انفعالاتِ الکترولیت- الکترود رخ می دهد و این نکته مهمی است که بدانیم با تنظیم کردن ولتاژ الکترود، چگونه می توان فرآیندهای شیمایی وابسته به میدان را تحریک کرد. این موضوع نیاز به آن دارد که بین رفتار میکروسکوپیک مولکول که در هنگام فعل و انفعالات رخ می دهد (مانند جذب فیزیکی) و واکنش الکتروشیمایی از سوی محلول حجیم الکترولیت، تمایز قائل شویم. در متد جدیدی که ما برای جستجو به کار می گیریم، از الکترودهای گرافِنِ پودر مانند استفاده می شود. ما بر این عوامل نظارت داریم: مُدهای ارتعاش مولکولی که از سوی سیگنال شکست در محل می آیند، تکنیک غیر تهاجمی و سریعی که هم مزایای تکنیک لیزری و هم ویژگی های گرافِن را داراست.»

 

در این تصویر، سیگنال شکستی دیده می شود که توسط ارتعاش دوره ای مربوط به قابلیت نوری در اینترفیس (الکترولیت- الکترود) تولید می شود و هم از سوی خودِ پودر گرافن و هم مولکول های گوناگونی که در لایه دوتایی الکترولیت جذب شده اند، تحریک می شوند.

«اکنون جامعه دانشمندان، تکنیک های مؤثری را برای رشد، انتقال و شکل دادن هندسیِ گرافن در جهت کاربردهای الکترونیکی و نوری در دسترس دارند.» گرافن یک انتخاب جذاب برای الکترود است که در جهت مطالعات مربوط به اینترفیس الکترولیت- الکترود می باشد، چون پایدار است و در برابر نور فرو سرخ شفافیت دارد و نیز کاربردهایی در زمینه اَبَرخازن ها، باتری ها، پیل های خورشیدی و نمایشگرها دارا می باشد.»

در طیف سنجی انکساری نوین، از تابش فروسرخ پلاریزه برای الکترودی استفاده می شود که برای الکترودی ساخته شده از گرافن به کار می رود که به گونه ای سیستماتیک، به دانه های بسیار ریزِ گرافن تبدیل می شود. یک الکترود پلاتین و یک الکترولیت مرطوب، پیل الکتروشیماییی را تشکیل می دهند. انواع مولکول درون پیل به گرافن ملحق می شوند و از این رو، مشخصه شکست پودر را تحت تأثیر قرار می دهند.

تیم پژوهشی برای بررسی گونه های مولکولی در اینترفیس الکترولیت- گرافن، به جای آنکه سیگنال انتقالی و یا بازتاب را به عنوان طیف سنجی متداول به کار گیرد، شکست مرحله اول مربوط به پودر گرافن را اندازه گیری کرد.

«ما از این واقعیت بهره می گیریم که سیگنال شکست، تنها مواردی را بررسی می کند که ساختارهای فضائی دوره ای دارند و الکترودهای گرافن خودمان را به گونه ای طراحی می کنیم که حالت پودری آن دوره ای باشد. در این مورد، مولکول ها به طور دوره ای توزیع می شوند و این ناشی از پودر الکترود مربوطه است و بیشتر سیگنال های پس زمینه در اندازه گیری سنتی بازتابش یا عبور، این موضوع را نشان نمی دهند.»

تصویر شماتیک طراحی طیف سنجی به همراه پودر گرافن دیده می شود: (a) پیل الکتروشیمایی و پیکره بندی طیف سنجی  (Pt = پلاتین)، (b) تصویر نوری میکروسکوپی از پودر گرافِن که بر روی سلیس مذاب قرار گرفته است.

این بدان معنی است که هر گونه شکست اندازه گیری شده، از ارتعاشات مربوط به مولکول ها ریشه می گیرد که در لایه دوتایی الکتریکی تحریک شده با گرافن می باشد. کنتراست نسبی، در مقایسه با طیف سنجی جذبی مرسوم، 50 بار افزایش یافته است و می توان با حساسیت تک لایه ای فرعی، آن را آشکار کرد.

 

 

 

در این تصویر، سیگنال شکست، توسط ارتعاش دوره ای قابلیت نوری در اینترفیس تولید می شود و هم از سوی خودِ پودر گرافن و هم مولکول های گوناگونی که در لایه دوتایی الکترولیت جذب شده اند، با پودر گرافن تحریک می شوند.

«فراتر از رنج ارتعاشی مربوط به گروه متیل که در این کار پژوهشی از آن استفاده شده است، انبوهی نیز از سایر فرآیندهای شیمیایی جالب وجود دارند و طی آنها مولکول هایی به کار گرفته می شوند که ارتعاش آنها در رنج فرو سرخ قرار دارد. ما هر چه قدر که درباره رفتار مولکولی اینترفیس بیشتر بدانیم، رهنمودهای بیشتری را برای طراحی دستگاه های مربوطه در دسترس خواهیم داشت.»

.................................................................................................................................................

(1) گرافِن (grapheme) اتمی از کربن است که از ورقه های دو وجهی تشکیل شده است که ضخامت آنها به اندازه قطر یک اتم است و اتم ها در شبکه ای شبیه به شانه عسل چیده شده اند.

کلمات کلیدی

اشتراک

درباره نویسنده

ابراهیم یگانه

ابراهیم یگانه

با درودهای گرم به همه.

 

*  تحصيلات: لیسانس الكترونيك

*  تاریخ تولد: 1342

*  سابقه کار ترجمه (به جز سایت کوی دانش): همکاری با دارالترجمه ها، شرکت ها و اعضاء هیئت علمی دانشگاه ها و دانشجویان مقاطع تحصیلی مختلف، ترجمه چندین سایت (سایت آمریکایی سرطان، ...)

*  پیشینه شغلی در سایر زمینه ها: مهندس بازنشسته ایران خودرو با تجربه علمی و عملی در زمینه بهینه سازی مصرف انرژی (برق، آب، گاز، هوای فشرده) در صنایع و در محیط های خانگی.

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
تکنیک جدید MIT برای آشکارسازی لرزشهای ناچیز در سازه های بزرگ با استفاده از تصویربرداری پر سرعت

تکنیک جدید MIT برای آشکارسازی لرزشهای ناچیز در سازه های بزرگ با استفاده از تصویربرداری پر سرعت

سازه های بزرگ مثل پلها و ساختمانها با اینکه به نظر می رسد تحت تأثیر نیروهایی که هر روزه به آنها وارد می شود (مثل نیروی وارده از طرف باران و باد) کاملاً بی حرکت می مانند، اما حقیقت این است که این سازه ها دچار لرزشهای ناچیز می شوند که آنقدر کوچکند که با چشم دیده نمی شوند. نوع این لرزشها می تواند نشانه ای برای تشخیص آسیب دیدگی سازه و ناپایداری آن باشد، اما روشهای فعلی، پر هزینه و غیر کاربردی است. تکنیک جدیدی که توسط پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) به دست آمده، طوری طراحی شده تا بتوان این گونه علائمِ نشان دهنده ضعف در سازه را با استفاده از فیلم برداری پر سرعت و نوعی تکنیک "دید کامپیوتری"، کشف نمود.

مطالعه متن کامل
لایه‌ی مشتق‌شده از چوب برای ترانزیستور‌های مایکروویو

لایه‌ی مشتق‌شده از چوب برای ترانزیستور‌های مایکروویو

طبق ادعای پژوهشگرانِ دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، مدارهای الکترونیکیِ سیلیکونی که از نظر زیستی قابل تجزیه هستند را می‌توان روی لایه‌ ی مشتق‌شده از چوب مونتاژ کرد. این مدارهای الکترونیکی، منعطف، نازک و سریع هستند. این لایه‌ ی منعطف و شفاف که از نظر زیستی قابل تجزیه است، همان «فیبرِ نانوی رشته‌ رشته‌ شده و سلولوزی (CNF)» است.

مطالعه متن کامل
سلول های خورشیدی از جنس پروسکایت، هم با دوام تر و هم ارزان قیمت تر است

سلول های خورشیدی از جنس پروسکایت، هم با دوام تر و هم ارزان قیمت تر است

سلول های خورشیدی از جنس پروسکایت (Perovskite) به واسطه دوام کم مدت خود مورد انتقادات بسیاری قرار دارند، اما ترکیب جدیدی که در EPFL توسعه داده شده می تواند منتهی به ساخت سلول هایی ارزان تر، بهینه تر و بادوام تر از ابزارهای کنونی شود

مطالعه متن کامل
کشف سیاره ای بیگانه با سه خورشید که علی القاعده نباید وجود داشته باشد!

کشف سیاره ای بیگانه با سه خورشید که علی القاعده نباید وجود داشته باشد!

سیاره KELT-4Ab نباید وجود داشته باشد. این جهان بیگانه یک "مشتری داغ" است، سیاره گازی غول پیکری که حتی از نسبت فاصله بین عطارد و خورشید در منظومه شمسی، به سیاره والد خود نزدیکتر است و به دور آن می چرخد. افزون بر این، سیاره مزبور سه خورشید دارد که به این لحاظ کشفی بسیار نادر و مشعوف کننده برای دنیای علم است.

مطالعه متن کامل
فیسبوک و ارائه بخش بررسی رستوران خود به قصد به چالش کشیدن Yelp  و Foursquare

فیسبوک و ارائه بخش بررسی رستوران خود به قصد به چالش کشیدن Yelp و Foursquare

حتی درصورتی که بعضی ها منظور فیسبوک را از راه اندازی Instant Articles متوجه نشده باشند، باز هم این وب سایت اجتماعی درصدد آنست تا بدل به پورتالی برای ارائه انواع و اقسام اطلاعات مورد نیاز افراد شود. کلید دستیابی به چنین هدفی نیز در دسترس قرار دادن راحتی است، زیرا افراد در صورتی که اپ یا وب سایت مدنظرشان اطلاعات را سریع تر و یا راحت تر در اختیارشان بگذارد بنا به احتمال بیشتر هم از آن استفاده خواهند کرد.

مطالعه متن کامل