nedelja, 07. december 2014

Magnetni monopol

Učenje, da je mogoče magnet razpoloviti in nastaneta dva magneta, en s severnim in drug z južnim polom, je seveda napačno. Kakorkoli se trudite razpoloviti magnet, vedno nastaneta dva, ki imata oba severni in južni pol. To izhaja iz lastnosti magnetnega polja, ki ga oblikujejo lastnosti kroženja in vrtenja elektronov okoli lastne osi v atomih. Je pa mogoče v materialih doseči način, da se elektroni obnašajo tako, kot da bi imeli opravka z magnetnimi monopoli.

Več:

Artificial magnetic monopoles discovered


When a magnet is divided, a new magnet with north and south poles is always created. However, a monopole, i.e. a north pole without a south pole or a south pole without a north pole has not yet been discovered. In the current edition of the journal Science, researchers from Cologne, Munich and Dresden describe the discovery of new type of artificial monopole in a solid, i.e. particles, which have similar characteristics to monopoles, but which only exist within materials.
Over the last few years, materials in which magnetic whirls, so-called skyrmions, are formed, have been examined intensively. These whirls influence the movements of the electrons in exactly the same manner as magnetic fields. For this reason, artificial magnet fields are used to describe these whirls as well as their influence on the electrons.
Even if these are not "real" magnetic fields, it is possible to measure them experimentally in the same manner as normal magnet fields as they deflect electrons.
The researchers asked questions as to the consequences of attempting to destroy the magnetic whirls. To do this, the group working under the direction of Prof. Eng from the Technischen Universität Dresden observed magnetic whirls with a magnetic force microscope: a tiny magnetic tip samples the surface of the magnets and measures the direction of the magnetization thus making the ca. 50 nanometer sized whirl visible. They were able to observe on the surface that the magnetic whirls apparently coalesce when the skyrmion phase is destroyed.
What happens, however, within the materials? Measurements taken by the group working under the direction of Prof. Pfleiderer in Munich using neutron scattering suggest that similar processes occur there, but individual whirls were not observed in this manner. For this reason, Stefan Buhrandt and Christoph Schütte working in Prof. Rosch's group at the University of Cologne conducted computer simulations. These showed that the whirls neighbouring the merging process observed on the surface in the experiment also occur within the materials.
Due to the fact that every whirl carries an artificial magnetic field, their creation or destruction occurs at the point of merging. "This means that an artificial magnetic monopole has to sit on this point," describes Prof. Rosch, "whenever two magnetic whirls merge in the experiment, an artificial magnetic monopole has flown through surface."
Magnetic monopoles have been searched for in vain in the area of particle physics for a long time. In 1931, Paul Dirac postulated the existence of a fundamental particle to explain why electrons and protons carry electrical charges of the same size. This is surprising because the elements of the protons and electrons are completely different fundamental particles. Dirac, however, argued that the existence of a single magnetic monopole would be enough to explain that the charges of all fundamental particles have to be quantized, i.e. exactly an integer multiple of an elementary charge. The newly discovered artificial monopoles fulfil exactly this quantization requirement. "It is fascinating that something as fundamental as a magnetic monopole can be realized in a piece of material," describes Stefan Buhrandt. Despite this, artificial monopoles cannot solve Dirac's problem: only electrons in solid state, but not protons, feel the artificial magnet fields.

Konoplja za energijsko učinkovito baterijo


HempGrafen (čisti ogljik zložen v zelo tanko (atomsko) plast)  je v zadnjih letih požel veliko zanimanja kot material za bodoče aplikacije v elektroniki, medicini, itd. Iz enostavne enačbe za kapacitivnost  preprostega ploščnega kondenzatorja C=er*e0*A/d, kjer je A površina plošče, d razdalja med ploščama in er relativna dielektričnost, lahko hitro ugotovimo, da je za zvečanje kapacitivnosti potrebno imeti čim večjo površino plošč in čim manjšo razdaljo med ploščama. In seveda dober vmesni material, ki se ob vnosu v električno polje močno polarizira, kar opišemo z relativno dielektričnostjo. No, grafen ima veliko površino na težo, kar 2630 m2/g, kar teoretično omogoča kapacitivnosti velikosti 550 F/g.  


Kot kaže, pa je mogoče nekaj podobnega ali celo boljše doseči iz lubja marihuane. Kdo bi si mislil? Za to ne potrebujete niti tiste, ki vsebuje THC. Zato se kondenzatorsko marihuano lahko goji kot industrijsko rastlino. Če prav razumem, so v ta namen stebla izpostavili visoki temmperaturi in potem še dodatni toplotni obdelavi in dosegli razkroj stebla in ob tem zelo tanke plasti ogljika, ki so bile precej podobne plastem grafena. Ta material so uporabili za izdelavo elektrod v kondenzatorju in dobili odlične rezultate z gostoto energije 12 W/kg. 
Začnimo torej gojiti konopljo - za dobre kondezatorje. 

Zaključna misel: včasih ima tisto, kar navidezno deluje kot popolni odpadek, s katerim si ne moremo nič pomagati in ne vemo, kako bi se ga znebili, največjo vrednost !?


Več: 


Abstract ImageIz abstrakta članka:
We created unique interconnected partially graphitic carbon nanosheets (10–30 nm in thickness) with high specific surface area (up to 2287 m2 g–1), significant volume fraction of mesoporosity (up to 58%), and good electrical conductivity (211–226 S m–1) from hemp bast fiber. The nanosheets are ideally suited for low (down to 0 °C) through high (100 °C) temperature ionic-liquid-based supercapacitor applications: At 0 °C and a current density of 10 A g–1, the electrode maintains a remarkable capacitance of 106 F g–1. At 20, 60, and 100 °C and an extreme current density of 100 A g–1, there is excellent capacitance retention (72–92%) with the specific capacitances being 113, 144, and 142 F g–1, respectively. These characteristics favorably place the materials on a Ragone chart providing among the best power–energy characteristics (on an active mass normalized basis) ever reported for an electrochemical capacitor: At a very high power density of 20 kW kg–1 and 20, 60, and 100 °C, the energy densities are 19, 34, and 40 Wh kg–1, respectively. Moreover the assembled supercapacitor device yields a maximum energy density of 12 Wh kg–1, which is higher than that of commercially available supercapacitors. By taking advantage of the complex multilayered structure of a hemp bast fiber precursor, such exquisite carbons were able to be achieved by simple hydrothermal carbonization combined with activation. This novel precursor-synthesis route presents a great potential for facile large-scale production of high-performance carbons for a variety of diverse applications including energy storage.

sreda, 03. december 2014



Zajemanje vibracijske energije s pomočjo razlike v izstopnih energijah materialov 

tudi s tem se bom nekoč ukvarjal :) Samo enega dobrega študenta rabim, pa gremo v akcijo... 
... zaenkrat pa so nas prehiteli Finci, ki so za zajemanje vibracijske energije uporabili razliko izstopnih del dveh materialov. Zanimiv članek, poln osnov elektrotehnike. Ko želimo dva različna materiala združiti želita preiti v termodinamično ravnovesje tako, da se izenačita fermijeva nivoja obeh materialov. Pri tem pride do potencialne razlike,  ta pa se odraža v spremembi koncentracije električnih nabojev na površini materialov. Časovna sprememba naboja pa ni nič drugega kot električni tok. Če torej dva materiala z različnimi izstopnimi deli gibljemo tako, da se približujeta in oddaljujeta, dobimo električni tok, ki ga je potrebno le še ustrezno usmeriti in shraniti. ....



Preberite več o tem v:
http://www.vtt.fi/news/2014/30102014_VTTlta_uusi_menetelma_sahkon_tuottamiseen.jsp?lang=en
http://www.nature.com/srep/2014/141028/srep06799/full/srep06799.html

torek, 25. junij 2013

3D PRINTANJE BATERIJ

Raziskovalcem Univerze Harward in Univerze Ilinnois (Urbana-Champaign) je uspelo s pomočjo 3D printanja izdelati miniaturne baterije, velikost manj kot je debelina lasa.  V ta namen so morali preiskusiti vrsto različnih "barvil", ki so morala imeti tudi ustrezne elektrokemijske lastnosti. V ta namen so izdelali barvilo za anodo v obliki nanodelcev z vsebnostjo litij-oksidnih delcev in podobno za katodo.
Zanimivih aplikacij za tovrstne minibaterije ne manjka.



Vir:
Researchers Print Tiny Batteries :: NASA Tech Briefs

sreda, 29. maj 2013

Mikrobaterije - majhne v velikosti a velike v moči in energiji. Nova baterijska revolucija?

Raziskovalci Univerze Illinois so uspeli izdelati izredno majhne baterije, ki pa hkrati omogočajo veliko kapaciteto in hitro polnenje in praznenje. Ravno to, kar potrebuje moderna elektronska industrija za razvoj novih mobilnih miniaturnih naprav. Izdelane mikrobaterije omogočajo gostoto moči do 7.4 mW cm−2 μm−1, kar je enako ali celo bolje od večine superkondenzatorjev in hkrati 2000x bolje kot druge mikrobaterije. Temelj izboljšave je tridimenzionalna struktura elektrod, ki so jo uspeli dobiti tako, da so najprej nanesli polistirenske mikrokroglice, ki so jih nato sintrali na 96 stopinjah ter nato elektrodeponirali nikelj. Ko so odstranili mikrokroglice je ostala 3D struktura iz niklja in veliko praznega prostora. To pa je osnova za dobro baterijo ali kondenzator. Velika aktivna površina.... 
Ion Crossing
Microbattery fabrication and design.
Viri:
Small in size, big on power: New microbatteries a boost for electronics | News Bureau | University of Illinois
http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n4/full/ncomms2747.html

sreda, 22. maj 2013

3D printanje z dodajanje električno prevodnih poti

Takšen printer imel bi tudi jaz. Počasi bo nastopil čas, ko se bo potrebno poigrati s kakšno od teh napravic. Očitno je zmogljivost 3D printerjev vedno večja, s tem, da se je izkazalo, da je mogoče naprintati tudi električno prevodne dele, pa je postala zadeva še bolj uporabna.


Figure 2 3D printing of flex sensors.

PLOS ONE: A Simple, Low-Cost Conductive Composite Material for 3D Printing of Electronic Sensors

ponedeljek, 08. april 2013

Razgradljiva (tranzientna) elektronika



Ideja je odlična: kot imamo razgradljivo embalažo, bi lahko imeli tudi razgradljivo elektroniko. Da je to izvedljivo, so pokazali raziskovalci Univerze Illinois (University of Illinois, Dr. John Rogers). Izdelali so razgradljive senzorje temperature, sončne celice, miniaturne digitalne kamere itd. Elektronika je zaščitena s posebno plastjo, ki se čez čas razkroji. Od števila zaščitnih plasti je odvisno, kako hitro se elektronika razgradi.Trenutno  so sposobni narediti zaščitne plasti, ki zdržijo več tednov, želja pa je, da bi zdržale tudi več let.

Uporabnost izdelane razgradljive elektronike so prikazali tako, da so izdelali elektronsko vezje, ki so ga vbrizgali v okuženo miško. Elektronika se je uspešno spopadla in premagala okužbo in se nato še sama razgradila (naprava je proizvajala toploto in s tem preprečevala rast bakterij).
V napravo jim je uspelo integrirati tudi piezoelektrik (cinkov oksid), ki bi lahko ob vibriranju oz. premikanju služil kot vir energije potrebne za delovanje vezja.

Viri:


American Chemical Society (ACS) (2013, April 8). New 'transient electronics' disappear when no longer needed. ScienceDaily. Retrieved April 9, 2013, from http://www.sciencedaily.com­/releases/2013/04/130408122310.htm







sreda, 27. februar 2013

Hibridni generator energije: piezoelektrik in akumulator


self-charging-power-cell
Piezoelektriki niso nič novega. Znano je, da ob stisku piezoelektrika pride do prerazporeditve naboja, kar se odraža v napetosti, ki jo lahko zaznamo na površini.  (Hkrati je možno z vzpostavitvijo napetosti med plastjo piezoelektrika doseči mehansko spremembo le tega). To je mogoče s pridom izkoristiti v  različne namene, en od vedno bolj interesantnih je sprotna generacija naboja za napajanje elektronskih naprav.
Could a tiny piezoelectric generator provide convert enough energy from walking to power y...Znanstvenikom iz Georgia Institute of Technology je uspelo še nekaj več: izdelali so t.i. hibridni element, ki hkrati vsebuje piezoelektrik, ki generira naboj in posebno membrano, ki omogoča prehod litijevih ionov le v eno smer in s tem deluje kot elektrokemijski akumulator, ki pretvarja mehansko energijo v elektrokemijsko. S tem so dve napravi združili v eni kar omogoča mnogo bolj učinkovito zbiranje in hranjenje energije.

The power cell consists of a cathode made from lithium-cobalt oxide (LiCoO2) and an anode consisting of titanium dioxide (TiO2) nanotubes grown atop a titanium film. The two electrodes are separated by a membrane made from poly(vinylidene fluoride) (PVDF) film, which generates a piezoelectric charge when placed under strain. When the power cell is mechanically compressed, the PVDF film generates a piezoelectric potential that serves as a charge pump to drive the lithium ions from the cathode side to the anode side. The energy is then stored in the anode as lithium-titanium oxide.

Vir: Researchers Develop a Self-Charging Power Cell | SciTech Daily

sreda, 30. januar 2013

Nanocevke, ki izgledajo kot niti za tkanje in hkrati kot električne žice

Nanomateriali vedno znova presenečajo z raznovrstnostjo odzivov, ki jih težko ali celo ne moremo pričakovati od "običajnih" materialov. Znanstveniki Univerze Rice, Nizozemskega podjetja Teijin Aramid, Ameriške U.S. Air Force in Izraelskega Technion Institute so nedavno v reviji Science objavili razvoj karbonskih nanocevk (CNT) s posebnimi lastnostmi. Posebnost teh nanocevk je v tem, da so hkrati fleksibilne kot niti za tkanje in imajo hkrati izjemne termične in prevodne lastnosti, podobno kot bakrene žice.  

Slika: žarnica visi na tanki nitki iz prevodnih karbonskih vlaken.





New Nanotech Fiber Looks Like Thread, Acts Like Wire :: Medical Design Briefs


četrtek, 17. januar 2013

LumEN: LUMINISCENČNI SOLARNI KONCENTRATORJI


Ideja je zajeti sončno svetlobo (sevanje) v relativno poceni material (PMMA) in jo ujeti, tako, da se odbija od površine in pride do sončnih celic, ki spremenijo svetlobo v električno energijo. Prednost je v tem, da gre v bistvu za neke vrste koncentratorje, saj je zajem sevanja na relativno veliki površini, na robu pa so lahko zelo kakovostne sončne celice z visokim izkoristkom.


LumEN: Luminescent Solar Concentrators for Sustainable On-Demand Electricity Production :: Create the Future Design Contest