Ploviklio įpurškimas daro katalizatorių dar stipresnius

Modesto garazas (Liepa 2019).

Anonim

Tyrėjas Davidas Rosenbergas tiria baltos spalvos miltelių vaizdus pagal galingą skanuojantį elektroninį mikroskopą. Panašiai, milteliai atrodo kaip šiurkštus žvyras, panašių, bet netaisyklingų gabalėlių krūva. Tada jis žiūri į antrą vaizdą - tą pačią medžiagą, kurią pagamino kolega Hongyou Fan, o ne įsigijo iš katalogo, ir jis mato visiškai lygias, vienodas sritis.

"Aš niekada nemačiau nieko panašaus į tai. Tokiu mastu niekas negali gerai valdyti formos ar dydžio. Ši technologija veikia tiek".

Vienodi milteliai ir kiti panašūs produktai, pagaminti "Sandia National Laboratories", ne tik atrodo gražiai, jie viršija komercines veisles, naudojamas cheminėms reakcijoms paleisti į saulės elementus ir gali būti naudojamos gaminant vandenilio kuro, kuriame deginamas švarus kuras. Jei sukurta pramonei, naujausios technologijos, kurią sukūrė "Nano Letters" neseniai parengtas dokumentas, gali pagerinti našumą, tuo pačiu sumažinant šių ir kitų katalizatorių, naudojamų visose aplinkosaugos valymo priemonėse ir gydymo nuo vėžio, išlaidas.

Jo pagrindinis ingredientas: ploviklis.

Tiesą sakant, tai komercinė versija, ne priešingai nei buitinis indų muilas, atėmus dažus ir kvepalus. Ventiliatorius, ploviklių pagrindu pagamintos technologijos išradėjas ir jo komanda, veikianti Naujosios Meksikos universiteto bendrosios pažangiosios medžiagos laboratorijoje, naudoja aktyvų ingredientą valymo tirpaluose, kad sugauna žaliavines medžiagas, tokias kaip riebalai, įterpiant juos į narvelius, sudarytus iš ploviklių molekulių. Durys veikia kaip molekulinė forma, kuri diktuoja vidinės medžiagos dydį ir formą arba morfologiją. Pašalinkite ploviklį, o jūs paliekate švarias, vienodas daleles.

"Paprastai, jūs turėtumėte labai mažai kontroliuoti reakciją, kuri gamina šias medžiagas, " sako Fan. "Tai sukelia netaisyklingą morfologiją".

Tai gali būti problema inžinieriams, kurie naudoja šias medžiagas. Kai kurie katalizatoriai neveikia, nebent jie būtų sureguliuojami konkrečiais būdais molekuliniu lygmeniu, o kai kurios šviesą sugeriančios dalelės, naudojamos saulės elementuose, saulės spindulių tam tikru dydžiu sugeria daugiau saulės spindulių. Kai atskiros dalelės yra netaisyklingos, tik truputėlė bulkios medžiagos atlieka tai, kaip ji skirta. Likusi dalis yra netekto svorio, todėl sunku numatyti katalizatoriaus veikimą.

Kadangi ventiliatoriaus dalelės yra vienodos ir griežtai kontroliuojamos, inžinieriai gali naudoti mažiau medžiagų ir gauti tokį patį poveikį kaip ir įprasti milteliai. Vieno tyrimo metu "Fan" fotokatalizatoriaus versija, kuri gali būti naudojama nuotekoms išvalyti, padaugėjo išmetamo teršalo nei jo komercinė atitikmuo. Savo paskutiniame dokumente jis parodė panašius patobulinimus medžiagoje, kuri kataliziškai gamina vandenilį.

Nuoseklumas pagerina našumo prognozes

Rosenbergas plečia ir taiko technologiją savo sprogmenų moksliniams tyrimams nacionaliniam saugumui, kur nenuspėjamos medžiagos yra nepriimtina. Kartu su komanda, kuri tobulina kompiuterių modelių įvestis, "mes matėme neįtikėtiną, galingą programą, nes ji prisideda prie mūsų modeliavimo pastangų", - sako jis.

"Sandia" kuria kompiuterinius modelius, kad Rozenbergas ir jo komanda kiekvieną kartą fiziškai nebūtų kurti ir tikrinti dalių. Tačiau prielaidos, kurios įtraukiamos į tuos modelius, gali pakenkti produkcijai.

Siekiant sutaupyti skaičiavimo išteklius ir laiką, modeliavimas gali manyti, kad dalelės yra paprastesnės formos arba yra labiau nuoseklios, nei iš tikrųjų. Tačiau niekada negalės puikiai nuspėti, kaip veikia tikrosios medžiagos. Ventiliatoriaus vienodi milteliai suderina medžiagą su modeliu, suteikiant Rosenberge galimybę valdyti dalelių struktūrą taip, kad daugelis matematinių prielaidų išnyksta.

"Mes galėtume pažvelgti į modelius, kurie puikiai apibūdina fizines miltelių savybes, ir tai suteiktų mums neįtikėtiną įrankį tiek esamų modelių patvirtinimui, tiek naujų kūrimui."

Pakeiskite skalbiklį, pakeisk formą

Ventiliatorius taip pat optimizuoja medžiagas, galinčias naudoti tokiose srityse kaip energijos konversija saulės elementuose, fototerapija vėžio gydymui ir vandenilio gamyba švariems kuro šaltiniams, sukuriant gerai žinomas naujų formų daleles. Vienas ploviklis gali sukelti sferas, tačiau ventiliatorius gali jį pakeisti ant ploviklio, kuriame gaminami diskai, strypai arba oktahedriai. Tyrime, kuriame išmatuotas fotokatalizinis veiksmingumas, jis prieš poravimosi efektyviausią formą ištyrė aštuonias formas.

Tačiau iki šiol "Fan" iš esmės atrado šias formas per bandymus ir klaidas. Taigi jis įdarbino Džounano Siją, Gruzijos technologijos instituto profesorių ir nanomedžiagų sintezės pradininką, kad paspartintų jo darbą.

"Mes matome esminę kinetiką, kaip greitai atomai ar molekulės nusėda ant augančių nanodalelių paviršiaus", - sako Xia. "Galutinė dalelių struktūra priklauso nuo to greičio, kuris priklauso nuo paviršiaus difuzijos greičio", arba nuo to, kiek molekulės išsisklaido.

"Xia" ir "Ventiliatorius" dirba kartu, kad sukurtumėte receptą tam tikrų formų replikacijai remdamiesi plovikliu, temperatūra, pH reikšme ir koncentracija. Kaip tekinimo rankenėlės, jie gali sureguliuoti šiuos įėjimus, norėdami gauti patikimą produkciją.

"Jei neturite kiekybinės rankenos, eksperimentą galite atlikti šimtą kartų, kol gausite tinkamą formą", - sako Xia. "Su vienu, mes tikimės, kad galėsime jį pasiekti iškart po pirmojo ar antrojo bandymo".

menu
menu