Bütün hafta sahilde bir gün rüya görüyorsun. UV korumalı mayolara, güneş koruyucularına sarkıtırken ve kameranızı ve güneş gözlüklerinizi yakaladığınızda, nanoteknoloji aklınızda bulunan son şeydir. Yine de, günlük yaşamınızda ne kullandığınızı, büyük ölçüde tuttuğunuzu ve büyük ölçüde bir parçasını oluşturuyor.
NanoteknolojiÇok küçük bir mikroskopla tespit edilemeyecek kadar küçük bir maddenin çalışması ve manipülasyonu, yüzme havuzunuza ve güneş koruyucularınıza UV koruması, kamera lensinize parlama önleyici kaplama ve güneş gözlüklerine çizilmeye karşı dayanıklılık kazandırır.. Nanokristaller, bir çeşit nanoparçacık, makyaj ve plastik saklama poşetlerinden kokuya dayanıklı çoraplara ve ev gebelik testlerine kadar uzanan ürünlerde kullanılmaktadır. Ve bir gün, nanokristaller arabanıza, evinizin etrafındaki eşyalara veya caddede bulunan ofislere güç sağlayabilir.
Nanoteknoloji, olanaklı zengin bir bilim alanıdır, ancak bu ultra-mikroskobik madde, çılgın bir bilim adamının laboratuarındaki karanlık girintilerde yaratılmamıştır. Nanopartiküller doğal olarak oluşur. Deniz spreyi, volkanik kül ve dumanda bulunurlar [kaynak: Science Daily]. Bazen, nanokristaller, araç egzozu veya kaynak [kaynak: Nano] sırasında yayılan duman gibi yan ürünlerin bir parçasıdır.
Nanokristaller 1 ila 100 nanometre arasında değişir ve nano boyutta ölçülür. Bir nanometre, bir karıncadan 1 milyon kat daha küçük olan bir metrenin milyarda biridir. Yani bir nanokristal güçlü bir yakıt kaynağı olmayı nasıl başardı? Sonuçta, ortalama bir kağıt ağırlığı 100.000 nanometre kalınlığındadır, bu da karşılaştırma [source: Nano] ile çok büyüktür.
Anahtar, nanokristallerin davranışlarında yatıyor. Çoğu boyuttaki parçacıklar, ne olursa olsun, ortak bir bilimsel kurallar dizisi izlerler. Dirseklerini atasözü sofralarından uzak tutmak için topluca eğitilmişler gibi; Bu parçacıkların nasıl etkileştiği hakkında gözlem yoluyla ortaya çıkan beklentiler vardır. Ama nanokristal değil.
Nanokristaller, isyankar küçük şeylerdir. Ve tam da bu yüzden bir sonraki büyük yakıt kaynağı olabilirler [kaynak: Boysen].
Nanokristaller, beklediğimiz gibi davranmayan çoğu küçük şeyde olduğu gibi, benzersiz zorluklar yaratır. Mesela altın alın. Bu özel metali imza altın rengi için kabul ediyoruz. Altın için dönüyorsanız, küçük bir altın rengini bile rengiyle tanıyacaksınız. Yine de, bu lekeyi bir nanometre ile azaltın ve onu tanıyamayacaksınız (bir nanokristal görebilseniz bile). Mavi-yeşil ya da kırmızıya dönüşecek, çünkü çok küçük olduklarından nanokristaller neredeyse tamamen yüzey alanı. Bu daha büyük yüzey alanı oranı, metal nano-kristallerin onları yansıtmak yerine renkleri absorbe etmesine izin verir [kaynak: Boysen].
Bu küçük gerçek, partilerindeki arkadaşlarını etkileyebilirken, bu bilgi - nanokristallerin diğer maddelere göre farklı kurallar izlediği - aynı zamanda dünyanın yakıt kaynaklarını da etkileyebilir. Nanokristaller aynı malzemeden daha büyük parçacıklardan farklı nitelikler almakla kalmaz, aynı zamanda diğer elementlerle de farklı tepkiler verirler. Parçacık daha küçük, yüzeyde daha fazla atom var; Yüzeydeki daha fazla atom, yüzey alanı ne kadar büyük ve diğer elementlerle etkileşime girme yeteneği o kadar fazladır.
Bunu şöyle düşünün: Derin ama geniş olmayan bir silindir suda yüzüyorsunuz. Silindirin kenarlarına dokunarak kollarınızı ve bacaklarınızı bir denizyıldızı gibi uzatabilirsiniz. Sonra, bir basketbol sahası büyüklüğünde sığ bir havuzda turlar yapmaya karar verirsiniz. Her şey eşit olacak şekilde, sığ havuzun etrafında derin silindirik yüzerden daha fazla gezinirseniz, suyun yüzey alanıyla daha fazla temas kuracaksınız. Nanokristaller de böyle çalışır. Birçok küçük partikülü, diğer kimyasallara veya elementlere maruz kalan daha fazla yüzeye sahiptir, bu da daha fazla kimyasal reaksiyon oranına yol açabilir.
Bu daha büyük yüzey alanı nanokristalleri iyi katalizörler veya kimyasal reaksiyonlara imkan veren maddeler yapar. Katalizörler olarak kullanıldığında, nanokristaller kendi kendilerine değişiklik yapmadan kimyasal reaksiyon oranını arttırabilirler. Bu, nanokristallerin diğer katalizörlerden daha düşük sıcaklıklarda yakıtı yakıta dönüştürebileceği anlamına gelir. Tersine, nanokristaller daha düşük bir sıcaklıkta daha fazla yakıt yakmayı mümkün kılar.
Nanoteknoloji mevcut alternatif yakıt teknolojisini daha canlı hale getirebilir. Örneğin mısır, fosil olmayan alternatif bir yakıt olan etanole dönüştürülür. Ancak, mısırın filizlendiği ve sulandığı, toplandığı, nakledildiği ve daha sonra etanole dönüştürüldüğü zaman, bu işlem özellikle maliyet veya enerji açısından verimli değildir. Bir katalizör olarak nanokristaller kullanarak, bir enzim ordusu verimli ve hızlı bir şekilde ağaç yongaları veya çim gibi atık malzemeler üzerinde yiyebilir ve bunları etanole dönüştürebilir: [Nanoyu Anlamak].
Yine de sadece bir problem var. Nanopartiküller, doğal olarak ortaya çıkarken, bilinçli olarak üretilmesi daha zordur. Araştırmacılar, kitlesel olarak üretmelerine izin vermeksizin, nanopartikülleri kullanmanın bir yolunu tam olarak çözemediler. Yaptıklarında, yenilenebilir, verimli ve ucuz bir güç kaynağına sahip olabiliriz; bu da daha düşük enerji faturaları ve daha uzun motor kilometreli araçlarla sonuçlanabilir.
Kim bu ifadeyi yaptı?
1986'da K. Eric Drexler adında bir Amerikalı mühendis "Yaratılışın Motorları" nı yazdı ve nanoteknoloji terimini tanıttı.O, mucitler ve endüstrilerin hayallerini yakalamak için devam eden bir bilimsel çalışma alanının ön cephesinde idi. 2013 yılına kadar, ABD Patent Ofisi [kaynak: ABD Patent ve Marka Ofisi] ile kayıtlı "nano" kelimesiyle 40.000'den fazla patent vardı.
Bir el fenerini aç ve işte bir yakıt hücresine şahit oluyorsun. En temelde, bir yakıt hücresi, bir elektrik akımı üretmek için kimyasal bir reaksiyon kullanan bir güç kaynağıdır. El feneri içindeki batarya, kimyasallarını düzenli ve küçük bir paket haline getiren bir yakıt hücresidir. Kimyasallar tükendiğinde ve artık birbirleriyle reaksiyona giremediğinde, batarya yeniden şarj edilebilir veya atılabilir.
Dış elemanların alımına dayanan bir başka tip yakıt hücresi vardır. Tüm elemanlarının kapalı olması yerine, bir hidrojen yakıt hücresinin, elektrik [kaynak: CAFCP] üretmek için hidrojen ve oksijen gibi çevresel elemanlara erişmesi gerekir. Ve nanoteknolojinin devreye girdiği yer burası. Nanoteknolojinin uygulanması, hidrojen yakıt hücrelerinin daha verimli çalışmasını ve üretilmesinin daha ucuz hale getirilmesini sağlayabilir; Bu, bu tür alternatif enerji ile beslenen araçlar için daha düşük fiyatların yanı sıra, daha az enerji gerektiren yakıt hücrelerinin üretilmesine de neden olabilir.
Oyunda nanokristaller ile yakıt hücresi üretim maliyetleri de düşebilir. Geleneksel olarak, hidrojen yakıt hücreleri, dış elemanları enerjiye dönüştürmek için bir katalizör olarak platini kullanır. Platinum nispeten nadirdir ve enerji yoğun madencilikle çıkarılır. Platin nanokristalleri kullanarak, bir yakıt hücresi çalışması için gerekli olan pahalı platin miktarını büyük ölçüde azaltır. Bazı durumlarda, kobalt gibi daha az pahalı olan nanokristaller platin ihtiyacını tamamen ortadan kaldırmak için kullanılabilir [kaynak: Nano Anlamak].
Nanokristaller, yakıt hücresi oluşturmak için kullanılan malzemeyi de değiştirebilir. Çoğu yakıt hücresi elektrotları bağlamak için sıvı kullanır, çünkü sıvı katı bir malzemeden daha iyi bir iletkendir. Ancak katı materyalleri nanokristallerle karıştırmak suretiyle, materyaller kendileri için daha elverişli hale gelirler, bu da tasarruflu alana, artan iletkenliğe ve daha küçük yakıt hücrelerine yol açan bir sıvı iletken ihtiyacını ortadan kaldırır [kaynak: Science Daily]. Sonunda, dünyanın en küçük parçacıklarından bazılarını kullanan teknoloji, bir sonraki büyük yakıt kaynağına veya daha önceden sahip olduğumuz yakıt kaynaklarını kullanmanın en azından daha etkili bir yoluna yol açabilir.
Hidrojen Hasat
Hidrojen, Dünyadaki en bol elementlerden biridir. Sudan çıkarılabilir ve diğer yakıtlar gibi imal edilmesine gerek yoktur. Yakıt olarak kullanıldığında, su buharı tek yan üründür. Bugün, araştırmacılar, sudan hidrojen çıkarmak için yeni bir yolun peşinde. Sadece güneş ışığını ve ucuz bir nikel nanokristal katalizörünü kullanarak, işlem yavaşlamaya başlamasından birkaç hafta önce hidrojen yakıtı üretebilirler [kaynak: Dume].
İki yüzme havuzu hayal etmek, nanopartiküllerin yapısal farklılıklarını görselleştirmek için harika bir yoldur. Dar dalış havuzunuz derin olabilir, hatta daha büyük bir su içerebilir, ancak yüzey alanı geniş, sığ tur havuzundan çok daha küçüktür. Nanopartiküller de, çok fazla yüzey reaksiyonuna maruz kalmaktadır, bu da daha fazla kimyasal reaksiyon oranına yol açabilmektedir. En azından, bir dahaki sefere havuzda tembel bir öğleden sonra geçirdiğim zaman hakkında düşüneceğim şey bu.