Įdomus medžiagos elgesys gali paskatinti sukurti įrenginius, maitinamus daug energijos turinčiais geliais.
Veikiamas energijos šaltinio, pavyzdžiui, šviesos, šis skystis virsta daug energijos turinčiu juodu geliu, kuris gali išlaikyti energiją mėnesius. Samuel I. Stupp / Šiaurės vakarų universitetas
Įkvėpti to, kaip ląstelės juda ir dalijasi, inžinieriai ir medžiagų mokslininkai sukūrė naują skystį, kuris gali kaupti energiją, kurią jis gauna iš šaltinių, įskaitant šviesą, fiziškai susijungdamas į gelį. Šioje drebučių pavidalo būsenoje medžiaga veikia šiek tiek kaip baterija, išlaikanti energiją mėnesius, kuri vėliau gali būti išlaisvinta pagal poreikį, kai yra veikiama deguonies.
Praėjusią savaitę žurnale „Chem“ paskelbtas koncepcijos įrodymo tyrimas užsimena apie ateitį, kurioje viena bemetalė medžiaga gali rinkti, kaupti ir naudoti energiją. Jei tai bus įrodyta, skystis galėtų atverti naujus būdus kaupti ir panaudoti elektrą arba sukurti puslaidininkius prietaisams, kuriuose tradicinės metalinės medžiagos gali turėti trūkumų, pavyzdžiui, medicininiams implantams. Medžiagos elgesys yra „neįprastas“, – sako Frankas Crespilho, San Paulo universiteto chemijos profesorius, kuris nedalyvavo šiame tyrime.
Naujoji medžiaga įkvėpta citoskeleto, nuolat savaime besirenkančio ir išardomo baltymų gijų tinklo ląstelėje, kuris leidžia jai judėti ir dalytis, elgesio. Norėdami tai imituoti dirbtinėje sistemoje, mokslininkai, vadovaujami Samuelio Stuppo, chemiko iš Šiaurės vakarų universiteto, sukūrė molekulę, sudarytą iš dviejų komponentų: aminonaftaleno aromatinio vieneto (ANI), kuris reaguoja į šviesą, ir metilviologeno (MV), kuris gali kaupti elektronus. Medžiaga iš pradžių yra geltonas skystis, tačiau kai į ją patenka šviesa, molekulės ANI komponentas sugeria energiją ir atiduoda elektronus savo MV komponentui. Iš esmės šie persiskirstę elektronai veikia kaip savotiški klijai: sugerdamos energiją, molekulės persitvarko į stabilius, juostelės formos agregatus, paversdamos geltoną skystį juodu geliu, kuriame elektronai gali būti saugomi didelės energijos konfigūracijoje mėnesius.
Kai gelis yra veikiamas deguonies, jis vėl suskyla į skystį, išlaisvindamas elektronus. Šio proceso metu išsiskirianti energija gali būti naudojama cheminėms reakcijoms sukelti, todėl skystis gali veikti kaip baterija, o skystis gali būti paruoštas „įkrauti“ ir vėl naudoti. „Tai tarsi šviesos įdėjimas į butelį“, – sako Stuppas.
Jis aiškina, kad jau egzistuoja dirbtinės fotosintezės įrenginiai, galintys paversti šviesą chemine energija. Pavyzdžiui, įrenginiai, žinomi kaip fotoelektrolitinės ląstelės, jau naudoja šviesą vandeniui skaidyti į vandenilio ir deguonies dujas, kurias galima rekombinuoti ir deginti kaip kurą. Tačiau, pasak Stuppo, vienkomponentė medžiaga, kuri taip pat gali grįžtamai kaupti šią energiją vėlesniam naudojimui pagal poreikį, yra nauja. Be to, medžiaga ne tik kaupia energiją iš šviesos: ji taip pat gali kaupti energiją iš elektros, cheminio kuro ir net rentgeno spindulių.
Medžiaga dar tik kūrimo stadijoje, todėl Stuppas ir Crespilho atsargiai svarsto, kaip ji galiausiai galėtų būti panaudota. Nepaisant to, junginio gebėjimas kaupti ir išlaisvinti energiją pagal poreikį galėtų padaryti jį naudingą ateities energijos kaupimui, galbūt išmaniųjų laikrodžių ar kitų lengvų nešiojamų prietaisų maitinimui.
Lanksti elektronika yra dar vienas potencialus panaudojimo būdas. Kadangi medžiagos gelio versija veikia kaip puslaidininkis, ji galėtų būti alternatyva siliciui tose srityse, kur gali būti naudingi nemetaliniai puslaidininkiai, pavyzdžiui, tam tikrų rūšių medicininiuose implantuose ar jutikliuose.
Crespilho įspėja, kad ši nauja medžiaga toli gražu nėra praktiška energijos kaupimo sistema. Pasak jo, norint įrodyti jos pritaikomumą realiame pasaulyje, ji turėtų išlaikyti tokius bandymus, kokius šiandien atlieka įkraunamos baterijos, pavyzdžiui, įvertinti jos galią ir stabilumą per daugelį įkrovimo ir iškrovimo ciklų. Tačiau, priduria jis, jei ši medžiaga bus toliau tobulinama, ji galėtų žymėti laukiamą lūžio tašką nuo praėjusio energetikos technologijų amžiaus: eros, kurioje dominavo iš metalų ir neorganinių medžiagų pagamintos medžiagos.
Naujojo tipo languose skystis leidžia pakeisti jų šviesos laidumą
Įrenginys, išgaunantis energiją iš žemo dažnio virpesių
Siūlai, gaminantys elektros energiją