Nowości

Te nowe materiały zmieniające kształt są super fajne i superszybkie

Po utracie jego wzroku na ospę w 1759 roku, w wieku 2 lat, John Gough rozwinął wyostrzony zmysł dotyku. Początkujący przyrodnik wkrótce nauczył się rozpoznawać rośliny za pomocą dotyku, dotykając ich włosów dolną wargą oraz pręcików i słupków językiem. Kiedy więc jako dorosły szybko rozciągnął kawałek naturalnej gumy i poczuł nagłe ciepło na wargach – i późniejszy chłód, gdy się rozluźniły – uzyskał to, co uznał za najbardziej bezpośredni i przekonujący dowód na dziwne zjawisko.

Oryginalna historia przedrukowana za zgodą Quanta Magazine, niezależna od redakcji publikacja Fundacji Simonsa, której misją jest zwiększanie zrozumienia nauki przez społeczeństwo poprzez omawianie postępów badawczych i trendów w matematyce oraz naukach fizycznych i przyrodniczych.

Opisał swoje obserwacje w 1802 r., Dostarczając pierwszy zapis, przynajmniej w języku angielskim, o zjawisku znanym obecnie jako efekt elastokaloryczny. Jest częścią szerszej kategorii efektów kalorycznych, w których jakiś zewnętrzny wyzwalacz – siła, ciśnienie, pole magnetyczne lub elektryczne – indukuje zmianę temperatury materiału.

Ale efekty kaloryczne stały się czymś więcej niż ciekawostką.

W ciągu ostatnich kilku dekad naukowcy zidentyfikowali materiały o coraz większej wartości kalorycznej. Ostatecznym celem jest budowa przyjaznych dla środowiska lodówek i klimatyzatorów – kaloryczne urządzenia chłodzące nie będą wyciekać szkodliwych czynników chłodniczych, które mogą być tysiące razy silniejsze niż dwutlenek węgla jako gaz cieplarniany. Ale lepsze urządzenia chłodzące wymagają lepszych materiałów.

Im bardziej materiał może zmieniać swoją temperaturę, tym może być bardziej wydajny. W zeszłym roku badacze zidentyfikowali dwa wyjątkowe rodzaje materiałów, które mogą zmieniać się w bezprecedensowych ilościach. Jedna reaguje na przyłożoną siłę, druga na nacisk. Oba są zdolne do zmian temperatury – w skrócie „delta T” – o dramatyczne 30 stopni Celsjusza lub więcej.

„Kto by pomyślał, że zdobędziesz materiał, który sam da ci delta T 30?” powiedział Ichiro Takeuchi, materiałoznawca z University of Maryland w College Park, który nie był częścią nowych badań. „To jest ogromne”.

Uderzenie gorąca

Gough o tym nie wiedział, ale kiedy rozciągnął swój kawałek gumy ponad dwa wieki temu, ustawił w nim długie cząsteczki. Wyrównanie zmniejszyło nieporządek w systemie – zaburzenie mierzone wielkością zwaną entropią.

Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki całkowita entropia układu zamkniętego musi wzrosnąć lub przynajmniej pozostać na stałym poziomie. Jeśli entropia konfiguracji molekularnej kauczuku maleje, to entropia musi wzrosnąć w innym miejscu.

W kawałku gumy, takim jak Gough, wzrost entropii zachodzi w ruchu wibracyjnym cząsteczek. Cząsteczki się trzęsą, a to przyspieszenie ruchu molekularnego objawia się jako ciepło – pozornie ukryte ciepło zwane ciepłem utajonym. Jeśli guma zostanie wystarczająco szybko rozciągnięta, utajone ciepło pozostaje w materiale, a jego temperatura rośnie.

Wiele materiałów ma co najmniej lekki efekt elastokaloryczny, nieco się rozgrzewając przy ściskaniu lub rozciąganiu. Jednak aby osiągnąć zmiany temperatury dostatecznie duże, aby były przydatne w układzie chłodzenia, materiał wymagałby znacznie większej odpowiedniej zmiany entropii.

Jak dotąd najlepszymi materiałami elastokalorycznymi są stopy z pamięcią kształtu. Działają z powodu zmiany fazowej, podobnej do zamarzania wody w stanie ciekłym w lód. W jednej fazie materiał może się wypaczać i pozostać wypaczony. Ale jeśli podkręcisz ciepło, struktura krystaliczna stopu przechodzi w bardziej sztywną fazę i powraca do dowolnego kształtu, jaki miał wcześniej (stąd nazwa stop z pamięcią kształtu).

Prototypowa elastokaloryczna pompa ciepła w DTU Energy.: Jaka Tušek / Nature Energy

Zostaw komentarz

Maciek Luboński
Z wykształcenia jestem kucharzem , ale to nie przeszkadza mi pisać dla Was tekstów z wielu ciekawych dziedzin , których sam jestem fanem.Piszę dużo i często nie na tak jak trzeba , ale co z tego skoro tak naprawdę liczy się pasja.

Najlepsze recenzje

Video

gallery

Facebook