News image News image News image News image News image News image News image News image


Небывалое вещество показало путь к хранению энергии
Новости и технологии - Технологии

небывалое вещество показало путь к хранению энергии

В области топлива все рекордсмены, кажется, известны наперёд, ведь их «полезное содержание» зависит от давно изученных химических связей. Однако если заглянуть внутрь планет, там могут найтись материалы с необычными параметрами. И хорошо, что для такого поиска не обязательно спускаться в «преисподнюю» – достаточно и возможностей лаборатории.

Удивительно, как много нового может
рассказать о себе вещество, если на
него хорошенько надавить. На снимке:
исследуемый образец под микроскопом,
оранжевые полоски – электроды,
необходимые для измерения
проводимости
(фото Minseob Kim et al./Nature Chemistry).

Специалисты из университета Вашингтона (WSU) использовали сверхвысокое давление, аналогичное существующему в недрах Земли или бездне планет-гигантов, и создали невиданный прежде материал. По удельной ёмкости это – самое высокоплотное энергетическое хранилище химического типа.

Ведущий автор исследования профессор Чхонк-Шик Ёо (Choong-Shik Yoo) говорит о новом материале так: «Это наиболее сжатая форма хранения энергии, за исключением ядерной». Нетрудно догадаться, какие перспективы сулит освоение такой «упаковки» на практике.

Как поясняет пресс-релиз WSU, химики поместили внутрь ячейки высокого давления (5 х 8 сантиметров) с алмазными наковальнями порцию дифторида ксенона (XeF2). Это вещество используется для травления кремния в микроэлектромеханических системах, а также его задействуют при синтезе сверхпроводников.

Профессор Чхонк-Шик Ёо и его студенты осматривают исследовательскую установку (фото Washington State University).

Молекула дифторида ксенона и кристаллическая решётка этого вещества в обычном состоянии (иллюстрации wikipedia.org).

В обычных условиях дифторид ксенона — твёрдый белый кристалл, диэлектрик, а его линейные молекулы находятся на сравнительно большом расстоянии друг от друга. Однако под высоким давлением картина радикально меняется: материал меняет структуру с молекулярной на атомарную, а кристаллическая решётка перестраивается, обеспечивая появление в образце металлических свойств.

При 50 гигапаскалях (500 тысяч атмосфер) XeF2 превращается в красноватый полупроводник, содержащий XeF4 (тут имеется в виду элементарная ячейка кристалла) с двумерной слоистой графитоподобной решёткой.

При сжатии выше 70 ГПа часть образца трансформируется в чёрный состав с металлическими свойствами — XeF8 (его, к слову, учёные наблюдали впервые). Решётка этого материала составлена уже из сложных многогранников, формирующих «тугие» трёхмерные связи. (Детали раскрывает статья в Nature Chemistry.)

Кристаллические решётки различных фаз фторида ксенона при 52 ГПа (a и b – виды с разных сторон), а также при 98 ГПа ©. Синие шарики – ксенон, оранжевые – фтор (иллюстрация Minseob Kim et al./Nature Chemistry).

Авторы работы изучили свойства необычного варианта фторида ксенона при давлении до миллиона атмосфер с лишним, поразившись его новым свойствам.

Химики установили, что перераспределение электронов в оболочках атомов, вызванное колоссальным давлением и сближением молекул исходного вещества, а также частичная делокализация электронов (которые тем самым смягчают силы отталкивания, действующие между атомными ядрами) обеспечивают выстраивание в таком кристалле новых химических связей.

Прозрачная фаза фторида ксенона при 3 ГПа (a), жёлтая при 47 ГПа (b), красная при 53 ГПа © и чёрная при 74 ГПа (d). Съёмка в проходящем свете. Масштабные линейки: а) 100 мкм, остальные – 50 мкм.

Справа: синие точки на графике демонстрируют два резких падения электрического сопротивления образца фторида ксенона по мере повышения давления, что соответствует переходу его в класс полупроводников и проводников соответственно (иллюстрации Minseob Kim et al./Nature Chemistry).

Особенно учёных заинтересовало то, что связи эти оказались очень сильными. Фактически в ходе опыта происходило преобразование энергии механического давления в химическую с ультравысокой плотностью.

Учёные полагают, что дальнейшее развитие этих опытов может привести к появлению нового класса энергетических материалов и топлива, необычных устройств для хранения энергии, суперокислителей для уничтожения химических и биологических агентов, к созданию новых высокотемпературных сверхпроводников.

Фторид ксенона (так называемая фаза I) при 2 ГПа, рисунок (a), его полупроводниковая фаза IV при 52 ГПа (b) и металлическая фаза V при 98 ГПа ©. d,e, f – соответствующие им карты электронной плотности, красный цвет – повышенная, синий – пониженная (иллюстрация Minseob Kim et al./Nature Chemistry).

Правда, от первых опытов по получению необычного материала до реальных устройств, которые могли бы его использовать (вроде топливных элементов или батарей), — дистанция огромного размера. Нынешняя работа пока представляет больше академический интерес.

И всё же надо вспомнить, что все великие изобретения человечества начинались с простых экспериментов. Предвидел ли, к примеру, Луиджи Гальвани, как изменит мир электричество, когда размышлял над препарированной лягушкой, у которой дёргалась лапка при соприкосновении с металлическим скальпелем?

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

Кулоновские корреляции в двухслойном гра

News image

Большинство экспериментальных исследований электронных свойств графена выполнено на однослойных образцах “толщиной” в один атом. Между те...

Вода, вода, кругом вода...а теперь её мо

News image

Природные бедствия, такие как цунами, часто заражают местные источники воды разнообразными бактериями, а существующие тесты на...

Химики решили кормить автомобили водород

News image

Учёные наметили ещё один вариант обеспечения автомобилей энергией, который благоприятен с экологической точки зрения и ко...

Аэрояхта - новый вид воздушного транспор

News image

Этот летательный аппарат развивает скорость до 200 км/час, может сесть на любое подходящее поле, взлетной по...

Стереоматериалы как будущее нанофотоники

News image

Право - и левовращающие изомеры молочной кислоты — пример стереохимии, направления химии, занимающегося изучением влияния пр...

Призрачная угроза

News image

Ничто не вечно под луной Едва ли не все полезные изобретения и научно-технические разработки не только сп...

Углеродные нанотрубки защищают и от воды

News image

Несмотря на замечательные свойства, углеродные нанотрубки (УНТ) пока еще не завоевали рынок. В большинстве случаев он...

О спиновых кубитах (новости нанотехнолог

News image

Электронные спины рассматриваются как вероятные кандидаты в носители квантовой информации. Логические состояния спинового кубита «0» и ...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Светодиоды: реальная угроза рынку света

Cветотехнический рынок уже давно поделился две группы. Первая — те, кто продвигает лампы накаливания, галогенные и люминесцентные лампы. Вторая же гр...

Создан пластик для солнечных батарей

Как сообщает портал Earth & Sky, создан пластик, который способен применяться в солнечных батареях. Ученые, рабатющие над созданием нового вида со...

Немецкий лазерный пинцет удостоен американской премии

Немецкая компания JPK Instruments (Берлин) была удостоена американской премии Prism Award for Photonics Innovation. Всего международное жюри оценивало более 135 прод...

Ученые Северной Каролины разрабатывают гибкие антенны

Антенны не только для того, чтобы слушать радио. Они используются во всем, начиная с сотовых телефонов и заканчивая GPS. Исследование го...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.