Melodia curentă

Titlu

Artist


Un nou material fabricat din nanotuburi de carbon poate genera electricitate prin eliminarea energiei din mediul său

Scris de pe iunie 9, 2021

Inginerii MIT au descoperit un nou mod de a genera electricitate folosind mici particule de carbon care pot crea un curent pur și simplu interacționând cu lichidul care le înconjoară. Lichidul, un solvent organic, extrage electroni din particule, generând un curent care ar putea fi utilizat pentru a conduce reacții chimice sau pentru a alimenta roboți micro sau nano, spun cercetătorii. „Acest mecanism este nou, iar acest mod de generare a energiei este complet nou”, spune Michael Strano, profesor de inginerie chimică Carbon P. Dubbs la MIT. „Această tehnologie este interesantă, deoarece tot ce trebuie să faceți este să treceți un solvent printr-un pat din aceste particule. Acest lucru vă permite să faceți electrochimie, dar fără fire”. Într-un nou studiu care descrie acest fenomen, cercetătorii au arătat că ar putea folosi acest curent electric pentru a conduce la o reacție cunoscută sub numele de oxidare a alcoolului – o reacție chimică organică importantă în industria chimică. Strano este autorul principal al lucrării, care apare în Nature Communications. Autorii principali ai studiului sunt Albert Tianxiang Liu, student absolvent al MIT și fostul cercetător al MIT, Yuichiro Kunai. Alți autori includ fostul student absolvent Anton Cottrill, postdoctorii Amir Kaplan și Hyunah Kim, studentul absolvent Ge Zhang și recentii absolvenți ai MIT Rafid Mollah și Yannick Eatmon. Noua descoperire a rezultat din cercetările lui Strano asupra nanotuburilor de carbon – tuburi goale realizate dintr-o rețea de atomi de carbon, care au proprietăți electrice unice. În 2010, Strano a demonstrat, pentru prima dată, că nanotuburile de carbon pot genera „unde termoelectrice”. Atunci când un nanotub de carbon este acoperit cu strat de combustibil, impulsuri de căldură în mișcare sau unde termo-electrice, se deplasează de-a lungul tubului, creând un curent electric. Această lucrare i-a determinat pe Strano și studenții săi să descopere o caracteristică legată de nanotuburile de carbon. Au descoperit că atunci când o parte a unui nanotub este acoperită cu un polimer asemănător teflonului, aceasta creează o asimetrie care face posibilă circulația electronilor din partea acoperită în partea neacoperită a tubului, generând un curent electric. Acești electroni pot fi extrasați prin scufundarea particulelor într-un solvent care are foame de electroni.

Pentru a valorifica această capacitate specială, cercetătorii au creat particule generatoare de electricitate prin măcinarea nanotuburilor de carbon și formarea acestora într-o foaie de material asemănător hârtiei. O parte a fiecărei foi a fost acoperită cu un polimer asemănător teflonului, iar cercetătorii au decupat apoi particule mici, care pot avea orice formă sau dimensiune. Pentru acest studiu, au realizat particule care aveau 250 microni pe 250 microni. Când aceste particule sunt scufundate într-un solvent organic, cum ar fi acetonitrilul, solventul aderă la suprafața neacoperită a particulelor și începe să scoată electroni din ele. „Solventul ia electronii, iar sistemul încearcă să se echilibreze prin mișcarea electronilor”, spune Strano. „Nu există chimie sofisticată a bateriei în interior. Este doar o particulă și o pui în solvent și începe să genereze un câmp electric.” Versiunea actuală a particulelor poate genera aproximativ 0,7 volți de energie electrică per particulă. În acest studiu, cercetătorii au arătat, de asemenea, că pot forma matrice de sute de particule într-o eprubetă mică. Acest reactor cu „pat ambalat” generează suficientă energie pentru a alimenta o reacție chimică numită oxidare a alcoolului, în care un alcool este transformat într-o aldehidă sau o cetonă. De obicei, această reacție nu se efectuează utilizând electrochimie, deoarece ar necesita prea mult curent extern. „Deoarece reactorul cu pat ambalat este compact, are mai multă flexibilitate în ceea ce privește aplicațiile decât un reactor electrochimic mare”, spune Zhang. „Particulele pot fi făcute foarte mici și nu necesită fire externe pentru a conduce reacția electrochimică.” În lucrările viitoare, Strano speră să utilizeze acest tip de generare de energie pentru a construi polimeri folosind doar dioxid de carbon ca materie primă. Într-un proiect conex, el a creat deja polimeri care se pot regenera utilizând dioxidul de carbon ca material de construcție, într-un proces alimentat cu energie solară. Această lucrare este inspirată de fixarea carbonului, setul de reacții chimice pe care le folosesc plantele pentru a construi zaharuri din dioxid de carbon, folosind energia din soare. Pe termen mai lung, această abordare ar putea fi utilizată și pentru alimentarea roboților cu micro sau nano-scară. Laboratorul lui Strano a început deja să construiască roboți la această scară, care ar putea fi folosiți într-o zi ca senzori de diagnosticare sau de mediu. Ideea de a putea scăpa de energie din mediu pentru a alimenta acest tip de roboți este atrăgătoare, spune el. „Înseamnă că nu trebuie să puneți stocul de energie la bord”, spune el. „Ceea ce ne place la acest mecanism este că puteți lua energia, cel puțin parțial, din mediu”. Sursa: phys.org


Opiniile cititorului

Lasă un comentariu

Your email address will not be published. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *