مهندسان در دانشگاه Oregon State، به پیشرفت چشم­گیری در زمینه تولید الکتریسیته از فاضلاب دست یافته‌اند. این کار با استفاده از پوشش­‌های جدید بر روی آندهای سلول­‌های الکتروشیمیایی میکروبی انجام شد و میزان الکتریسیته تولیدی تا 20 برابر افزایش یافت.

این یافته‌ها که اخیراً در مجله تخصصی Biosensors and Bioelectronics انتشار یافت، محققان را یک قدم به تکنولوژی نزدیک‌تر کرد که می‌تواند هم‌زمان با تصفیه فاضلاب، سطح مفیدی از الکتریسیته را تولید کند. این تکنولوژی، یک نوآوری تازه نویدبخش در تصفیه فاضلاب و انرژی تجدیدپذیر می‌باشد.

این مهندسین دریافتند که بوسیله پوشش آندهای گرافیتی با یک لایه از نانوذرات طلا، تولید الکتریسیته 20 برابر افزایش می‌یابد. پوشش هایی با پالادیم نیز تولید الکتریسته را تا حدی افزایش می‌دهند. محققان معتقدند پوشش‌های نانو ذره‌ای آهن، که بسیار ارزان تر از طلا می‌باشد، می‌توانند نزدیک به طلا، حداقل برای بعضی از انواع باکتری‌ها، در تولید الکتریسیته افزایش ایجاد کنند.

در این تکنولوژی، باکتری‌های موجود در فاضلاب در یک محفظه آندی قرار داده می‌شوند. در آنجا باکتری‌ها یک بیوفیلم تشکیل می‌دهند، از مواد غذایی استفاده می‌کنند و رشد می‌کنند، و در این فرایند الکترون آزاد می کنند. بنابراین در اینجا فاضلاب به عنوان سوخت برای تولید الکتریسیته استفاده می‌شود.

در تکنولوژی مربوطه، یک روش مشابه ممکن است قادر به ایجاد گاز هیدروژن به جای الکتریسیته باشد، با این توانایی که در سلول‌های سوختی هیدروژنی، برای نیرو بخشیدن به اتومبیل‌های آینده، مورد استفاده قرار گیرد. در هر دو روش، عملیات تصفیه فاضلاب می‌تواند از یک تکنولوژی مصرف کننده انرژی، به نوعی از تکنولوژی تبدیل شود که انرژی قابل استفاده را تولید می‌کند.

این تکنولوژی می‌تواند به طور قابل توجهی هزینه تصفیه فاضلاب در ایالات متحده را کاهش دهد. همچنین ممکن است در مناطق روستایی و یا درکشورهای در حال پیشرفت، که کاستی منابع نیرو باعث غیر عملی شدن تصفیه فاضلاب می‌شود، کاربردهایی پیدا کند. ممکن است بتوان دستگاه‌ها و کارخانه‌های تصفیه فاضلاب را به گونه ای ساخت که انرژی موردنیازشان را خودشان تامین کنند.

این تکنولوژی در حال حاضر در مقیاس آزمایشگاهی کار می‌کند، و تلاش های بیشتر برای پایین آوردن هزینه ها، بهبود بازده و میزان الکتریسیته خروجی، و تعیین ارزان ترین موادی که می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند، ضروری است

پژوهشگران چینی در دانشگاه «لانژو» می‌گویند که با پیشرفت صنایع جدید، آلودگی فلزات سنگین در انسان‌ها در حال افزایش است. آنها اکنون یک نانوکامپوزیت ابرمغناطیسی برای زدودن موثر یکی از این آلاینده‌ها – یون‌های کادمیوم- از خون طراحی کرده‌اند.

یون‌های کادمیوم به اندام‌ها صدمه می‌زنند و سرطان‌زا هستند. حذف این یون‌ها از خون و بافت‌ها ضروری است. موادی که در حال حاضر برای حذف این یون ها از خون انسان تحت مطالعه هستند، دارای همه ویژگی‌های لازم برای انجام این کار نیستند. آنها یا دارای قدرت انتخابگری خوب، یا مغناطش اشباع بالا، یا پخش‌شوندگی خوب در آب هستند، ولی هر سه خاصیت را با هم ندارند. این کامپوزیت جدید، که توسط «جون جین» و «جانتای ما» و همکارانشان ساخته شده است، تمام این خواص را با هم دارد.

گروه مذکور این نانوکامپوزیت – PAD-PEG-Fe₃O₄@PEI – را از چهار مولفه ساخته است. اولین مولفه نانوذرات اکسید آهن مغناطیسی بودند که به خاطر سمیت کم، انتخاب شدند. این گروه آنها را با پلی‌اتیلن ایمین (PEI) که به یون‌های کادمیوم پیوند می‌خورد، پوشش دادند. این پوشش همچنین شانس نانوذرات را در گیرافتادن توسط گلبول‌های قرمز خون کم می‌کند و زمان گردش آنها در خون را افزایش می‌دهد.

این پژوهشگران پلی‌اتیلن گلیکول (PEG) را به عنوان یک لنگر برای 2?2- اسید دی استیک (فنیل آزاندیل) (PAD) با بار منفی به این کامپوزیت پیوند زدند تا برهم‌کنش‌های بین نانوذرات و پروتئین‌های پلاسما یا گولبول‌های قرمز را خنثی کند.

این نانوکامپوزیت‌ها به یون‌های کادمیوم موجود در خون پیوند می‌خورند و یک آهنربا برای جذب کمپلکس ایجاد شده جهت زدودن آن استفاده می‌شود

گروه «جون» و «ما» در تست‌های آزمایشگاهی 80 درصد یون‌های کادمیوم را در غلظت یک ppm در نمونه یک ml خون با استفاده از این کامپوزیت زدودند که در مقایسه با سایر یون‌های باردار مثبت مانند Ca⁺² و Zn⁺² انتخابگری خوبی داشت. از آن جایی که این کامپوزیت شدیداً ابرمغناطیسی است، جداکردن نهایی آنها آسان است.

تصور «جین» این است که این نانوکامپوزیت‌ها به یک سیاهرگ تزریق شده، به یون‌های کادمیومی موجود در خون پیوند می‌خورند و با چرخش خون در یک میدان مغناطیسی برای ربایش کمپلکس‌های نانوکامپوزیت – یون کادمیوم مغناطیسی زدوده می‌شوند. خون سم‌زدایی شده سپس به بدن برگردانده می‌شود.

این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ «Nanoscale» منتشر کرده‌اند

محققان دانشگاه کارولینای جنوبی و دانشگاه جرجیا روش جدیدی برای بهتر دیسپرس شدن نانولوله‌های کربنی درون اتانول ارائه کردند که این روش موجب افزایش مدول الاستیک نانوکامپوزیت‌های نانولوله/اپوکسی می‌شود.

یک تیم تحقیقاتی به رهبری زایدونگ از کالج مهندسی دانشگاه کارولینای جنوبی موفق به ارائه دستاورد جدیدی در به‌کارگیری از نانولوله‌های کربنی شده است. این گروه تحقیقاتی از دو روش غیرفعال‌سازی با هیدروژن و اولتراسونیک برای توزیع یکنواخت نانولوله‌های کربنی چند جداره استفاده کردند.

نتایج استفاده از نانولوله‌های کربنی و کامپوزیت‌های سبک آن در ادوات اپتوالکترونیکی، ذخیره‌ساز انرژی، مبدل‌های انرژی و دستگاه‌های جمع‌آوری انرژی بسیار عالی بوده است.

متاسفانه موضوع دیسپرس کردن نانولوله‌های کربنی به‌صورت چالشی میان محققان بوده و مانع استفاده از این مواد می‌شود. این روش جدید بسیار ارزان، ساده و زیست سازگار است، به‌طوری که می‌توان خیلی سریع آن را برای حوزه‌های مختلف استفاده کرد.

نانولوله‌های کربنی دارای ویژگی‌های منحصر به‌فرد متعددی هستند. برای مثال خواص مکانیکی و رفتارهای غیرمعمول این مواد برای محققان جالب است. با افزودن نانولوله‌ها به مواد مختلف، حتی در درصدهای بسیار اندک، محققان توانستند خواص مواد را بهبود دهند. اما کار با نانولوله‌های کربنی، که دارای خاصیت آب‌گریزی شدیدی هستند، بسیار دشوار است. نانولوله‌ها در بسیاری از حلال‌ها و پلیمرها نامحلول بوده و تمایل به کلوخه شدن دارند که این موضوع مانع بزرگی بر سر راه پوشش‌دهی سطوح با نانولوله و یا توزیع آنها درون ژل یا جامدات است.

از دیر باز اولتراسونیک ابزار مناسبی برای دیسپرس کردن نانولوله‌های کربنی بوده است. اما این روش بسیار کند است و معمولاً با قطع کردن امواج اولتراسونیک فرآیند تجمع آغاز می‌شود. پژوهشگران از ترکیب دو روش اولتراسونیک و آزادسازی تدریجی گاز هیدروژن موفق به دیسپرس کردن کامل نانولوله‌های کربنی درون اتانول شدند. این کار تقریباً دو ساعت زمان لازم دارد. فرآیند دیسپرس شدن کامل نانولوله‌ها حتی با چشم غیرمسلح نیز قابل روئیت است. اما در این پروژه از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) استفاده شد.

روشی جدید برای دیسپرس کردن نانولوله ها با استفاده از امواج اولتراسونیک در حضور هیدروژن

محققین این فرایند را اینگونه توضیح می دهند که انرژی امواج اولتراسونیک موجب شکستن پیوندهای C-C در نانولوله شده که در حضور گاز هیدروژن، پیوندهای C-H تشکیل می گردد. طیف سنجی اشعه X نیز تشکیل این پیوندها را تایید می کند. با حرارت دادن، هیدروژن ها به راحتی از نانولوله های چندجداره جدا می شوند. این در حالی است که در روش های معمول اصلاح نانولوله ها، مانند اصلاح با فلزات قلیایی یا اصلاح یونی، مقداری ناخالصی وارد ماده می گردد.

این گروه تحقیقاتی با استفاده از این روش موفق به تولید کامپوزیت‌های اپکسی- نانولوله‌ای (با یک درصد وزنی نانولوله) شدند و سپس خواص مکانیکی آن را مورد بررسی قرار دادند. مدول الاستیک این نانوکامپوزیت 100 درصد نسبت به اپوکسی خالص افزایش داشت. این درحالی است که نانوکامپوزیت دارای نانولوله در صورت عدم استفاده از جریان گاز هیدروژن تنها 40 درصد بیشتر از اپوکسی افزایش مدول الاستیک دارد.

نتایج کار این تیم در نشریه Advanced Materials منتشر شده است.

نانوتکنولوژی، فناوری نوظهورویکی از اجزای کلیدی پیشرفت های فنی قرن حاضر است.به کار گیری مواد باساختارهایی برپایه ی ابعاد نانومتری ما را به سمت توسعه وارائه ی راه حل های نوید بخش برای تولید محصولات برتردر آینده وبکارگیری پژوهش های انجام شده در این حوزه رهنمون می سازد. در قسمت اول به بیان چند نمونه از تازه ترین پژوهش های انجام شده در این حوزه پرداختیم ،در این قسمت نیز به یافته های جدید درزمینه باتریها می پردازیم . گامی به سوی باتری‌های انعطاف‌پذیر

نانوتکنولوژی، فناوری نوظهورویکی از اجزای کلیدی پیشرفت های فنی قرن حاضر است.به کار گیری مواد باساختارهایی برپایه ی ابعاد نانومتری ما را به سمت توسعه وارائه ی راه حل های نوید بخش برای تولید محصولات برتردر آینده وبکارگیری پژوهش های انجام شده در این حوزه رهنمون می سازد. در قسمت اول به بیان چند نمونه از تازه ترین پژوهش های انجام شده در این حوزه پرداختیم ،در این قسمت نیز به یافته های جدید درزمینه باتریها می پردازیم . گامی به سوی باتری‌های انعطاف‌پذیر



دانشمندانی از کره جنوبی فهمیده‌اند که با استفاده از نانوورقه‌های گرافنی، ساخت منابع تغذیه قابل خمش امکان‌پذیر خواهد بود. دیگر افزاره‌های الکترونیکی به مصارف خانگی یا ادارات محدود نیستند. ما با آنها مسافرت می‌کنیم، آنها را جابجا می‌کنیم و حتی آنها را می‌پوشیم. برای ساخت تجهیزاتی مانند نمایشگرهای لوله‌شونده و افزاره‌های قابل پوشیدن، منابع تغذیه‌ای که بخواهند آنها را تغذیه کنند نیز باید خیلی انعطاف‌پذیر باشند. چالش اصلی برای توسعه یک منبع تغذیه واقعاً خمش‌پذیر به کمبود ماده‌ای مربوط می‌شود که هم دارای خاصیت انعطاف‌پذیری بالا و هم رسانایی الکترونیکی خوب باشد. پلیمرها به طور نوعی استفاده می‌شوند، ولی آنها در دماهای نسبتاً کم از بین می‌روند و همین امر باعث می‌شود که زیاد ایده‌آل نباشند.

کیسوک کانگ از موسسه علوم و فناوری پیشرفته کره در دائجون و همکارانش با استفاده از یک الکترود هیبریدی گرافنی، باتری قابل شارژ انعطاف‌پذیری تولید کرده‌اند. کانگ می‌گوید که عملکرد این باتری امیدوارکننده است.

در این باتری، ماده کاتدی که در اینجا V2O5است، با استفاده از رسوب لیزر پالسی بر روی یک صفحه گرافنی رشد داده می‌شود و صفحه‌ای از گرافن پوشیده شده با لیتیوم نیز بعنوان آند استفاده می‌گردد. باتری بدست آمده سبک ‌وزن است و به اندازه کافی انعطاف‌پذیر است تا مورد پیچش و خمش قرار گیرد.
کانگ توضیح می‌دهد که این الکترود در مقایسه با الکترودهای غیرقابل انعطاف متداول، برای اکثر جوانب مربوط به خواص الکتروشیمیایی دارای عملکرد الکتروشیمیایی بهبود یافته‌ای است. برای مثال چگالی انرژی و توان بالاتر، و عمر چرخه بهتری دارد.
هیرویوکی نیشیده، متخصص پلیمرهای عملکردی و استفاده آنها در الکترونیک از دانشگاه واسدای ژاپن، می‌گوید: "نانوساختارهای گرادیانی ناشناخته هستند و رهیافت آنها در ساخت افزاره انعطاف‌پذیرِ لوله شونده دارای آتیه بسیار خوبی در نسل جدید ذخیره‌کننده‌های انرژی است".
کانگ امیدوار است که با استفاده از الکترولیت پلیمری یا حالت جامد بتواند این کار را جهت افزایش کارآیی این باتری و پایداری طولانی آن توسعه دهد. او معتقد است که با ترکیب این فناوری جدید با سایر مواد عملکردی می‌توان در کاربردهایی مانند کاتالیزورها، افزاره‌های فوتوولتایی و دیودهای نورگسیل آلی از آنها استفاده کرد.
این دانشمندان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را تحت عنوان "افزاره‌های ذخیره انرژی انعطاف‌پذیر مبتنی بر کاغذ گرافنی" در مجله‌ی Energy Environ. Sci. منتشر کرده‌اند.

باتری جدید از اختلاف شوری آب، برق تولید می‌کند


هنگامی که آب شیرین رودخانه‌ها داخل دریا وارد می‌شود، اختلاف غلظت نمک منجر به یک تغییر در انتروپی می‌شود. پژوهشگران در آمریکا با کمک فناوری‌نانو باتری ساخته‌اند که از اختلاف انتروپی، توان تولید می‌کند. پی‌چو و همکارانش با استفاده از الکترودهای نقره‌ای و نانومیله‌های دی‌اکسید منگنز، از این اختلاف انتروپی، انرژی را با راندمان 75درصد استخراج می‌کند. چو می‌گوید که آنها نشان داده‌اند که این ایده را واقعا می‌توان عملی کرد. گروه تحقیقاتی چو تخمین می‌زند که اگر این فناوری در همه دریاهای جهان استفاده شود، انرژی تجدید‌پذیری برابر با بطور تقریبی 2 تریلیون وات (یعنی حدود 13 درصد مصرف کل جهان) تولید می‌کند.

نانو کامپوزیت جدید عملکرد باتری ها را بهبود می دهد


پژوهشگران در سنگاپور برای رفع مشکل تحلیل رفتن و کاهش ظرفیت باتری های یون لیتیوم بعد از تعداد زیادی چرخه شارژ - تخلیه، راهبرد جدیدی شرح داده اند. این راهبرد شامل استفاده از یک ماده نانوکامپوزیتی با ساختاری شبیه نخود فرنگی و پوسته شان است، که متشکل از نانوذرات اکسید کبالت((Co3O4 درج شده در الیاف کربنی است.

نسل جدیدی از باتری ها با کمک نانوماده جدید



پژوهشگران در موسسه پلی تکنیک رنسلار نوع کاملاً جدید از نانومواد ساخته اند که با استفاده از آن می توان نسل جدیدی از باتری های یون لیتیوم قابل شارژ پر توان برای خودروهای الکتریکی، لپ تاپ ها، تلفن های همراه و دیگر افزاره های قابل حمل ساخت.
این ماده جدید به دلیل شبیه بودن شکلش به مخروطی که یک گلوله بستنی شکل روی نوکش قرار دارد، نانو گلوله ی بستنی شکل نامیده می شود و می تواند سرعت های بی نهایت بالایی از شارژ و تخلیه را تحمل کند، در حالی که سرعت های بالای شارژ و تخلیه سبب می شوند که الکترودهای مرسوم استفاده شده در باتری های یون لیتیوم امروزی، به سرعت تحلیل رفته و شکسته شوند. دلیل این توانایی های نانوماده مذکور اندازه ساختار و ترکیب بی نظیرش است.
این گروه به رهبری نیخیل کوراکتار شرح داد که چگونه یک الکترود ساخته شده از این نانوماده می تواند با سرعت هایی حدود 40 تا 60 برابر بیشتر از آندهای باتری های مرسوم شارژ و تخلیه شود، در حالی که چگالی انرژی خود را در حد قابل قبولی حفظ کند.