Іон-провідні мембрани з дерева. Новина Безкоштовної технічної бібліотеки

НОВИНИ НАУКИ ТА ТЕХНІКИ, НОВИНКИ ЕЛЕКТРОНІКИ
Безкоштовна технічна бібліотека / Стрічка новин

Іон-провідні мембрани з дерева

22.07.2021

Вчені зі США покрили звичайну деревину гідрогелем і перетворили її на іон-селективний матеріал. Мембрани з такого матеріалу пропускають лише позитивно заряджені іони, що можна використовувати для отримання електроенергії на межі прісної та солоної води. Результати дослідження опубліковані у журналі ACS Nano.

Вчені з Університету Меріленда під керівництвом Ляня Біна Ху (Liangbing Hu) зуміли зробити іон-селективні мембрани з доступнішого матеріалу – деревини. Деревина - це композитний матеріал, який складається з волокон целюлози в матриці жорсткішого полімеру лігніну. Деревина має пористу структуру, а за рахунок негативних зарядів на поверхні має навіть деякі іон-селективні властивості - пропускає переважно позитивно заряджені іони. Однак пори в деревині дуже великі, а іон-селективність деревини нижча, ніж у штучних матеріалів. Крім того, деревина – анізотропний матеріал, тобто її властивості сильно відрізняються залежно від напрямку. Провідність вище у пористих поперечних зрізів, а міцність - у поздовжніх зрізів (а ще площа поперечних зрізів обмежена діаметром дерева, тоді як поздовжні зрізи можуть мати набагато більшу площу). І, нарешті, деревина недостатньо стабільна: при довгому контакті з водою її волокна поступово набухають і структура матеріалу порушується. Вчені спробували покращити властивості деревини за допомогою покриття із полімерного гідрогелю.

Гідрогель містить карбоксильні групи, які у водному середовищі віддають протон і перетворюються на негативно заряджений фрагмент СOO-. Покривши дерево гідрогелем, вчені мали намір підвищити густину негативних зарядів на поверхні матеріалу. Так і вийшло – вимір дзета потенціалу показав, що концентрація негативних зарядів на поверхні матеріалу зросла майже вдвічі – з мінус 1,49 до мінус 2,53 мілікулон на квадратний метр. В результаті іонна провідність мембран збільшилася на два порядки порівняно з необробленою деревиною. У поперечних зрізів провідність була все ще вищою, ніж у поздовжніх, але зовсім ненабагато - 1,29 мілісменс на сантиметр у порівнянні з 0,97 мілісменс на сантиметр. А ще добавки гідрогелю зробили мембрани міцнішими - межа міцності поздовжніх зрізів збільшилася з 16,9 до 52,7 мегапаскалів, а поперечних - з 1,8 до 10,7 мегапаскалів. Автори вважають, що причина утворення додаткових водневих зв'язків між волокнами целюлози.

За співвідношенням міцність-провідність нові мембрани з поздовжніх виявилися кращими, ніж більшість відомих аналогів. Але головна їхня перевага - низька ціна та масштабованість. Деревина це недорогий і відновлюваний матеріал, а використання поздовжніх зрізів дозволить робити мембрани площею кілька квадратних метрів, які можна буде використовувати для отримання енергії у великому масштабі.

<< Назад: Захист електромереж від кібератак 23.07.2021

>> Вперед: Маска для обличчя з мікрофоном та динаміками 22.07.2021

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Енергія з космосу для Starship 08.05.2024

Виробництво сонячної енергії в космосі стає все більш реальним з появою нових технологій та розвитком космічних програм. Керівник стартапу Virtus Solis поділився баченням використання Starship від SpaceX для створення орбітальних електростанцій, здатних забезпечувати енергією Землю. Стартап Virtus Solis представив амбітний проект створення орбітальних електростанцій, використовуючи Starship від SpaceX. Ця ідея може значно змінити сферу виробництва сонячної енергії, зробивши її доступнішою та дешевшою. Основою плану стартапу є зниження вартості запуску супутників у космос із використанням Starship. Передбачається, що завдяки цьому технологічному прориву виробництво сонячної енергії у космосі стане конкурентоспроможнішим порівняно з традиційними джерелами енергії. Віртуальна Solis планує створити великі фотоелектричні панелі на орбіті за допомогою Starship для доставки необхідного обладнання. Однак одним із ключових виклик ...>>

Новий метод створення потужних батарей 08.05.2024

З розвитком технологій та розширенням використання електроніки стає все більш актуальним питання створення ефективних та безпечних джерел енергії. Дослідники з Квінслендського університету представили новий підхід до створення потужних батарей на основі цинку, який може змінити пейзаж енергетичної індустрії. Однією з головних проблем традиційних батарей, що перезаряджаються, на водній основі була їх низька напруга, що обмежувало їх застосування в сучасних пристроях. Але завдяки новому методу, розробленому вченими, цей недолік успішно подолано. В рамках свого дослідження вчені звернулися до спеціального органічного з'єднання – катехолу. Воно виявилося важливим компонентом, здатним покращити стабільність роботи батареї та збільшити її ефективність. Цей підхід призвів до значного збільшення напруги цинк-іонних акумуляторів, що зробило їх конкурентоспроможнішими. За словами вчених, такі батареї мають кілька переваг. Вони мають б ...>>

Спиртуознавство теплого пива 07.05.2024

Пиво, як один із найпоширеніших алкогольних напоїв, має свій унікальний смак, який може змінюватись в залежності від температури споживання. Нове дослідження, проведене міжнародною групою вчених, виявило, що температура пива значно впливає на сприйняття алкогольного смаку. Дослідження, очолюване матеріалознавцем Лей Цзяном, показало, що з різних температурах молекули етанолу і води формують різні типи кластерів, що впливає сприйняття алкогольного смаку. При низьких температурах утворюються пірамідоподібні кластери, що знижує гостроту "етанолового" смаку і робить напій менш алкогольним на смак. Навпаки, при підвищенні температури кластери стають ланцюжнішими, що призводить до більш вираженого алкогольного смаку. Це пояснює, чому смак деяких алкогольних напоїв, таких як байцзю, може змінюватись в залежності від температури. Отримані дані відкривають нові перспективи для виробників напоїв, ...>>

Основний фактор ризику ігроманії 07.05.2024

Комп'ютерні ігри стають все більш популярним видом розваг серед підлітків, але супутній ризик ігрової залежності залишається значною проблемою. Американські вчені провели дослідження, щоб визначити основні фактори, що сприяють виникненню цієї залежності, та запропонувати рекомендації щодо її запобігання. Протягом шести років 385 підлітків були піддані спостереженню, щоб з'ясувати, які фактори можуть привертати до ігрової залежності. Результати показали, що 90% учасників дослідження не схильні до ризику залежності, у той час як 10% стали ігроманами. Виявилося, що ключовим фактором у появі ігрової залежності є низький рівень соціальної поведінки. Підлітки з низьким рівнем просоціальної поведінки не виявляють інтересу до допомоги та підтримки оточуючих, що може призвести до втрати контакту з реальним світом та поглиблення залежності від віртуальної реальності, запропонованої комп'ютерними іграми. На основі цих результатів вчені ...>>

Шум транспорту затримує зростання пташенят 06.05.2024

Звуки, що оточують нас у сучасних містах, стають дедалі пронизливішими. Однак мало хто замислюється про те, як цей шум впливає на тваринний світ, особливо на таких ніжних створінь, як пташенята, які ще не вилупилися з яєць. Недавні дослідження проливають світло на цю проблему, вказуючи на серйозні наслідки для їхнього розвитку та виживання. Вчені виявили, що вплив транспортного шуму на пташенят зебрового діамантника може призвести до серйозних порушень у розвитку. Експерименти показали, що шумова забрудненість може суттєво затримувати їх вилуплення, а ті пташенята, які все ж таки з'являються на світ, стикаються з низкою здоровотворних проблем. Дослідники також виявили, що негативні наслідки шумового забруднення сягають і дорослого віку птахів. Зменшення шансів на розмноження та зниження плодючості говорять про довгострокові наслідки, які транспортний шум чинить на тваринний світ. Результати дослідження наголошують на необхідності ...>>

Випадкова новина з Архіву

Фотокамера в годиннику 05.07.2002

Японській фірмі Casio вперше вдалося втиснути кольорову цифрову фотокамеру в наручний годинник. Пам'ять годинника моделі WQV-10 вміщує до сотні знімків, які демонструються на тому ж дисплеї, де фіксується і поточний час.

Годинник запам'ятовує також дату і час, коли було зроблено кожен знімок. Є цифровий "телеоб'єктив", що наближає об'єкти, що знімаються, в два рази. Фотографії можна передавати на комп'ютер або на інші годинники.

Зрозуміло, якість мініатюрних фотографій невисока: кожна з них складається лише з 25 тисяч елементів (в "справжніх" цифрових камерах їх від півмільйона до шести мільйонів). Але підкуповує можливість всюди носити з собою фотоапарат, що не обтяжує розмірами і вагою.

Дивіться повний Архів новин науки та техніки, новинок електроніки

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт