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

Grafen (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: 

- http://www.techtimes.com/articles/12963/20140814/weed-not-graphene-may-be-a-better-supercapacitor-what.htm

- http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn400731g

Iz 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.

Keywords: 

 biomass; carbon nanosheets; ionic liquid; supercapacitor; energy storage

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

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

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.... 


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

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.




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

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:

Science Daily: New 'Transient Electronics' Disappear 

When No Longer Needed

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

Hibridni generator energije: piezoelektrik in akumulator

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.
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

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

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

Vpliv vina na superprevodnost

Superprevodnost je vedno popularna tema. Ko je predmet ohlajen dovolj močno, preide v superprevodno stanje, ki je značilno po tem, da je v tem stanju njegova električna upornost enaka nič. Hkrati tak predmet ne omogoča prehajanja magnetnega polja in s tem  omogoča njegovo levitacijo v magnetnem polju. Efekt superprevodnosti ima tudi komercialno zanimive aplikacije. Kdaj drugič več o tem. Eden od glavnih problemov manjše uporabe efekta superprevodnosti je v tem, da je potrebno predmet izredno močno ohladiti, predno postane superprevoden. Zato je iskanje materialov, ki omogočajo doseganje efekta superprevodnosti pri višji temperaturi zelo popularno.

Japonska skupina raziskovalcev je (v pomanjkanju bolj racionalnih idej ali morda za zabavo) poskusila povišati t.i. kritično temperaturo tako, da so osnovni superprevodni material obdelati z vinom in tako spremeniti njegove superprevodne lastnosti. Izkaže se, da je v te namene najučinkovitejše francosko vino in sicer Beaujolais (beri "bužule") (vrsta Gamay - beri game). Preverili so seveda tudi druga fancoska vina (merlot, kabernet, pinot, sauvignon itd). A bužule je najbolši.  O tem so objavili celo resen znanstveni članek v reviji z odprtim dostopom: Tartaric acid in red wine as one of the key factors to induce superconductivity in
FeTe0.8S0.2 (http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1203/1203.4503.pdf). Raziskali so tudi vzrok za to posebnost bužuleja. In sicer naj bi se skrival v tartarični kislini (karkoli to že je), kar so dokazali tako, da so jo izolirali in nato z zmešano v vodi dobili podobne rezultate. Ne pa čisto enake, kar nakazuje, da je v magičnem bužuleju še kaj več kar vpliva na superprevodne lastnosti.
Potrebno je omeniti, da so poskusili tudi z različnimi vrstmi piva, sake, itd. Zelo verjetno pa niso poskusili naših vin, kaj šele raznih zvarkov, ki jih znamo v Sloveniji narediti iz odpadnega sadja. Torej je nekaj prostora še za naše raziskovalce superprevodnosti):


Viri:

• http://www.physorg.com/news/2011-05-red-wine-clue-superconductive-future.html
• http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1203/1203.4503.pdf
• http://www.physorg.com/news/2011-05-red-wine-clue-superconductive-future.html
• http://www.popsci.com/science/article/2012-03/light-bodied-beajoulais-creates-iron-based-superconductors

Osvetlite si šotor

Včasih je ideja stara, pa še vedno zanimiva. Vsaj zame. Na primer, že leta 2007 je ScienceDaily poročal o svetlobnih panelih, ki so fleksibilni in enostavni za uporabo. Kot primer uporabe so navedli uporabo v šotoru, kjer ima določen del šotora fleksibilno blago, ki sveti. Kako delujejo?  Gre za elektroluminiscenčne večplastne strukture, ki vsebujejo plast fosforja, ki zasveti ob naletu energetiziranega delca (ki mu ob trku preda del energije, ki preide v svetlobno). Izdelava izgleda (glej video) precej preprosta - dovolj je naprava za sitotisk.

Zakaj ta tehnologija ni bolj razširjena dandanes. Kot kaže je kar nekaj ovir na poti, da zadeva ni bolj razširjena. Prvič zahteva kar nekaj napajanja, kar ni eksplicitno omenjeno vendar, če zadeva deluje podobno kot fosforescenčni zasloni, napetost navadne baterije ne bo dovolj, da bi se fosfor predramil. Očitno tudi cena ni zanemarljiva, saj je potrebno fosforescenčno snov nanesti na transparenten material, ki mora imeti hkrati nanešeno tanko prevodno plast, itd., itd. Nekaj dobro razčlenjenih razlogov se najde v prispevku: http://www.omnexus.com/resources/editorials.aspx?id=24670 , v katerem razložijo, zakaj gre trenutno tehnologija v prid poceni LED osvetlitev.

Vir: Light up tents:  http://www.sciencedaily.com/videos/2007/0606-light_up_tents.htm

Nekateri so za hladno

Večkrat se pojavi potreba po hlajenju določenih delov naprav, ki se izredno močno segrevajo in ob pregretju lahko povzročijo poškodbe in dokočno okvaro. Obstaja seveda več načinov odvajanja toplote, enega zanimivejših sem spremljal tudi sam ob doktoratu kolega Boštjana Žagarja, ki je uporabil Peltierove elemente na kritičnih mestih naprav za vbrizgavanje plastike. Morda še bolj inovativen pristop pa prihaja iz Nase, ki so v podoben namen uporabili elektrohidrodinamski princip (EHD).
Princip EHD opisuje zgornja slika. Potrebujemo naelektrene delce, kar ni tak problem. Vzpostaviti je potrebno le električni tok med dvema elektrodama in nosilci tega toka predstavljajo nelektrene delce, na katere bo nato delovala sila. V ta neman potrebujemo še magnetno polje, sila pa deluje pravokotno tako na smer gibanja nabojev kot na smer magnetnega polja (F=QvxB). Q je električni naboj (elektrina), v hitrost, B pa magnetno polje, ki ga vzpostavimo s tokom v spodaj ležeči tuljavici, kot prikazuje slika na sredini.
Fizikalni princip je torej znan že dolgo, je pa morda pri Nasi originalna ideja, da se zadevo ne uporabi le kot pumpico pač pa kot miniaturni odvajalnik toplote. In to seveda, za miniature leteče predmete, kaj bi drugega pričakovali od njih.

In kako se realizira takšne naprave. Tako kot mnogo podobnih, z uporabo MEMS tehnologije, ki sem jo omenil že mnogokrat (in jo verjetno tudi še bom):.


Vir:

Making Hot, Way Cool New Thermal-Control Technology to be Demonstrated this Spring: http://www.nasa.gov/topics/technology/features/thermal-control-tech.html 

Sončne celice iz papirja

Vse okoli zelene energije se vedno bolj vrti okoli izrabe sončne energije. Čez deset let bo imel vsak na strehi module za proizvodnjo električne energije, če ne drugega, jo bomo uporabili za poganjanje domačih računalnikov. Ali pa če bi morda za par stopinj ohladili sobo...
Vse je seveda odvisno od cene, zato ne preseneča, da je raziskav na področju izkoriščanja sončne energije vedno več. Zanimiv se mi zdi koncept sončne celice na papirju, ki obeta izdelavo izredno poceni sončnih modulov. Italijanska tovarna Eni in znana ameriška univerza MIT imata dogovor o razvoju in komercializaciji takih materialov. Njihova posebnost je predvsem nizka cena in so zato nemenjene za tiste aplikacije, kjer ni potrebna zelo robustna in dolgotrajna raba.

V podobno smer gredo tudi Nemci (še posebno zdaj, ko so se namenili zapreti nuklearke bodo morali potiskati kar nekaj sončnega papirja) s projektom MOPS (Mass printed organic paper solar cells), ki si obetajo printanje sočnih celic kar z navadnim printerjem.

Sam imam že nekaj zamisli, kako to tehnologijo uporabiti ....
Go for it.

Vir:

Paper solar cells by 2015,  http://www.plusplasticelectronics.com/energy/paper-solar-cells-by-2015-31102.aspx

Organi na čipu - za hitrejše raziskave delovanja zdravil

En najbolj kompleksnih postopkov izdelave novih zdravil je njihovo testiranje. Znanstveniki morajo najprej testirati zdravila na (celih) živalih, kar ni poceni in še manj etično. Poleg tega ni nujno, da rezultati predvidijo vse efekte, jas lahko človeški organizem reagira specifično.

Tako so sedaj znanstveniki prišli na idejo, da testirajo zdravila na manjšem vzorcu živega organizma, ki ga vpnejo v mikročip, ki služi simulaciji okolja v katerem se bi nahajal vzorec. Če smo mikročipe, ki omogočajo detekcijo. analizo in drugo obravnavo bioloških substanc na mikročipu imenovali Laboratorij na čipu, sedaj sisteme, ki omogočajo analizo delovanja dela organizma Organi na čipu.

Znanstveniki s Harvarda so tako vzeli vzorce pljuč in jih vpeli na mikročip, ki tako delujejo kot sistem, ki diha, prenaša hranilne snovi do celic in se imunsko odziva na neznane dražljaje. Podobno so japonski znanstveniki opazovali odziv "organizma z rakastimi celicami" na čipu na zdravila.

 Taki sistemi so seveda šele na začetku raziskav, nedvomno pa se bodo spoznanja s tega področja s časom razširila in obogatila.

Več: Organs-on-a-Chip for Faster Drug Development New devices may help bring drugs to market faster

Pospeševalnik na čipu

Znani so veliki pospeševalniki delcev, kjer je radij pospeševalnika lahko več kilometrov. En večjih je npr. dobro znani CERN. Manjši pospeševalniki so npr. polmera nekaj dest ali sto metrov. En takih je v naši neposredni soseščini, pravzaprav na Slovenski zemlji v Bazovici pri Trstu, t.i. Sinhrotron Ellettra. Sedaj pa je raziskovalcem uspelo narediti tudi pospeševalnik delcev izredno majhnih dimenzij. Naredijo ga kar na čipu s t.i. MEMS tehnologijo - tehnologijo mikroobdelave silicija, ki ima za osnovo polprevodniško tehnologijo izdelave elektronskih elementov, vendar je ta tehnologija prirejena še za dodatno obdelavo osnovnega substrata (običajno silicij). Na MEMS konferenci 20011 v Cancunu, Mehika, so predstavili miniaturni pospeševalnik delcev, ki lahko ione argona pospeši do energije 1,5 keV (kilo elektronvoltov) na poti petih milimetrov, nakar je potrebno smer delca ukriviti, kar naredi naprava z vzpostavitvijo ustreznega prečnega električnega polja. V običajnih pospeševalnikih uporabljajo za pospeševanje nabojev električno polje, za ukrivljanje poti pa močne (in drage) magnete. ...

Več o tem in o zanimivih možnostih uporabe take naprave si preberite v originalnem članku:

Stanford researcher's new stretchable solar cells will power artificial electronic 'super skin, Stanford Report, February 22, 2011

Miniaturni pospeškometri iz papirja

Miniaturni pospškometri izdelani z MEMS tehnologijo mikroobdelave (Micro-Electro-Mechanical-Systems) so znani že nekaj časa. Morda najbolj znana aplikacija so zračne blazine, kjer pospeškometer zazna trk in sproži napihovanje blazine. Novejše aplikacije so v prenosnih računalnikih in telefonih, kjer skrbijo za avtomatično zaustavitev diska ob padcu, zaznavanja spremembe rotacije zaslona itd.

Še cenejši senzorji bi seveda omogočali nove aplikacije. Raziskovalcem iz Harwarda je uspelo izdelati tak poceni način izdelave miniaturnih pospeškometrov in sicer kar iz papirja. Za osnovo so vzeli kar papir za kromatografijo in z uporabo principa piezoresistivnosti (sprememba električne upornosti pri raztezku) realiziral senzorje, ki jih je mogoče izdelovati kar s pomočjo tehnike sitotiska. To pa je seveda mnogo ceneje, kot z uporabo drage mikrotehnologije.

Več: Spectrum IEEE

OKNA, KI DAJEJO ELEKTRIKO

Slej ko prej se bo to zgodilo - da bomo imeli vgrajena okna, ki bodo delovala podobno kot paneli s sončnimi celicami. Razvoj neprenehoma poteka v smer novih materialov, ki bi to omogočali. Potrebno je pač izdelati ustrezno tanek in transparenten film, ki bi imel lastnosti sončnih celic, to je, ločevanja električnega naboja med elektrodami.

Nedavno so raziskovalci iz U.S. Department of Energy's (DOE) Brookhaven National Laboratory and Los Alamos National Laboratory) poročali o izdelavi tankega filma relativno velike površine, ki omogoča absorpcijo svetlobe in separacije naboja (Xu et al., Chem Mater (2010) doi: 10.1021/cm102160m). Običajne sončne celice so iz polprevodniških materialov, zaradi cenenosti najpogosteje iz amorfnih, to je takih, ki nimajo zelo urejene kristalne strukture. Novejše raziskave, tudi omenjena, pa potekajo na področju uporabe polimerov, ki jih ustrezno obdelajo, da pridobijo polprevodniške lastnosti. Xu s sodelavci je dosegel transparentnost takega materiala s kontroliranim dodajanjem fulerenov (fulereni so molekule sestavljene iz atomov ogljika in soo oblike votle krogle ali valja- http://en.wikipedia.org/wiki/Fullerene). Dobljeni film ima strukturo satovja. To omogoča, da je material transparenten, saj so močne vezi ustvarjene le v stenah satovja, v sredini pa je materiala manj in je s tem transparenten.

Tak material jim je uspelo dobiti s pomočjo pretoka mikronskih kapljic vode preko tankega filma iz mešanice polimera in fulerenov. Kapljice so se ugreznile v strukturo iz polimerov in fulerenov in ko je po procesu voda izhlapela je ostalo omenjeno satovje.

(ne moreš da verjameš):

Vir: http://www.materialstoday.com/view/14348/power-generating-windows/

Breakthrough: Scientists harness the power of electricity in the brain

Researchers at the school and colleagues from the Swartz Center for Computational Neuroscience at the University of California, San Diego have developed technology that for the first time allows doctors and scientists to noninvasively isolate and measure electrical brain activity in moving people.
This technology is a key component of the kind of brain-computer interfaces that would allow a robotic exoskeleton controlled by a patient's thoughts to move that patient's limb, said Daniel Ferris, associate professor in the School of Kinesiology and author of a trio of papers detailing the research.

Tako nekako se začne članek na Physorg.com (http://www.physorg.com/news/2010-11-breakthrough-scientists-harness-power-electricity.html). Zelo bombastično. Problem je v tem, da je dandanes toliko novic, da jih je težko presortirati in presoditi ali so resnično usodne in izredno pomembne. Novinarji pač radi malo začinijo, popoprajo članke, da se naredi čim večji veter. Da se o zadevi govori in piše. In zelo težko je presoditi, ali je stvar resnično revolucionarna ali ne. Ko sem - res nekoliko na hitro - pogledal bolj pobliže vire, iz katerih je nastal zapis, se izkaže, da gre za zelo mukotrpne in že dolgotrajne raziskave električnih signalov, ki jih lahko merimo na površini človeškega telesa, saj milioni in milioni celic v našem telesu med sabo komunicirajo s pomočjo električnega toka. Do določene mere lahko to dogajanje zaznamo na površini telesa (še lažje pa v notranjosti) z primerno postavitvijo elektrod in merjenjem električnega potenciala. Metoda je že dolgo znano pod imenom EEG (elektroencefalografija, glej recimo Wiki: http://en.wikipedia.org/wiki/Electroencephalography), obstajajo pa tudi podobne metode npr. merjenja mišičnih odzivov (EMG - elektromiografija) ali pa tudi morda še najbolj znana EKG (elektrokardiografija), ki nam jo hitro naredijo v vsaki malo bolje opremljeni zdravniški ambulanti, če sumijo na nevarnost srčnega infarkta.

No, problem EEGja je, da izmerimo (poleg šuma) zelo veliko signalov, ki jih je potrebno nekako obdelati in povezati s tem, kaj se dogaja v npr. možganih. Tu pride prav malo matematike, obračanja matrik in podobno, recimo z metodo ICA (independant component analysis) od koder se poskuša izluščiti kakšno koristno informacijo. Zadeva je še dolgo od tega, da bi bila dorečena. Je pa res, da so senzorji vedno boljši, manjši, elektronika ima manj šuma, računalniki hitrejši, kar vse pripomore k boljšim raziskavam. Tudi na tem področju.

Bakterije in elektrika

Zelo mamljiva je zamisel, da bi nam bakterije delale elektriko. Znanstveniki ugotavljajo, da bi morda nekaj takega bilo mogoče. Raziskave nekih globokomorskih bakterij so pokazale, da v kolikor jih postavimo v okolje z malo kisika, tvorijo male poganjke/nanocevke iz proteinov, ki imajo sposobnost iskanja kisika, pri čemer so sposobne elektrone razširjati po "ožičenem" sistemu, ki ga vzpostavijo z nanocevkami. Kisik je znan kot akceptor (prejemnik) elektronov, bakterije pa naj bi "dihale" na ta način, da oddajajo elektrone. Torej naj bi sistem nanocevk deloval kot elektrofikacijski sistem, ki bi olajšal prenašanje elektronov iz enega mesta do drugega, pač, do tja, kjer se nahajajo akceptorji.

Ključne besede: bacteria go electric, nanowire biological circuit, ...