به نقل از «خبرگزاری دانشجو»

طراحی و ساخت فوتوکاتالیست پلاسمونیک با کمک نانوذرات نقره

تاریخ انتشار: ۱۰ مرداد ۱۴۰۰ | کد خبر: ۳۲۶۹۰۱۶۱

پژوهشگران با ترکیبی از نانوذرات نقره و مس در نانولوله‌هایی از جنس TiO ۲ یک فوتوکاتالیست پلاسمونیک ساختند که در طیف نور مرئی – مادون قرمز جذب بالایی دارد.

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، وابستگی ما به سوخت‌های فسیلی منجر به اثرات مخربی بر کره زمین و محیط‌زیست شده است، از جمله مهمترین آن‌ها انتشار دی اکسید کربن (CO ۲) است که از عوامل اصلی ایجاد تغییرات در آب و هوا است.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

اما چگونه می‌توانیم خود را از سوخت‌های فسیلی خلاص کنیم؟ پاسخ این سوال نور خورشید است.

خورشید یک منبع انرژی تقریباً بی‌پایان برای سیاره ما است. موجودات زنده میلیارد‌ها سال از انرژی خورشیدی بهره می‌برند. اکنون می‌توانیم فتوسنتز را یک‌باره انجام دهیم. توسعه سیستم‌های مصنوعی مبتنی بر انرژی خورشیدی، یا فوتوکاتالیست‌ها، به‌عنوان موادی که از توانایی گیاهان در گرفتن انرژی خورشیدی تقلید می‌کند، انگیزه و الهام‌بخش تحقیقات زیادی در سراسر جهان شده است. یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه آلبرتا، یک فوتوکاتالیست نیمه‌هادی دو فلزی پلاسمونی را تولید کرده است.

توانایی یک ماده در هدایت الکتریسیته به چگالی الکترون‌های موجود در آن بستگی دارد. از این جنبه، نیمه‌هادی‌ها در مقایسه با فلزات و عایق‌ها، مواد متوسط هستند. فلزات دریایی دارای الکترون هستند که آزادانه بین اتم‌ها جریان دارند و آن‌ها را رسانا‌های عالی می‌کند.

 

عایق‌ها دقیقاً برعکس هستند. این وضعیت در نیمه‌هادی‌ها کاملاً متفاوت است جایی که الکترون‌ها دو سطح انرژی خاص یعنی لایه ظرفیت و لایه رسانا را اشغال می‌کنند. هنگامی که نیمه‌هادی انرژی کافی را برای پرش از این شکاف جذب می‌کند، الکترون‌ها از سطح ظرفیت می‌توانند به سطح هدایت برسند.

دی اکسید تیتانیوم (TiO ۲) که معمولاً در ضدآفتاب‌ها، پوشش‌ها (مانند تابه‌های نچسب پخت و پز) و مواد آرایشی یافت می‌شود، ماده ایده‌آل برای یک فوتوکاتالیست نیمه‌هادی است. دی اکسید تیتانیوم به‌عنوان یک گزینه کم‌هزینه بوده که نه‌تنها بسیار در دسترس است بلکه دارای سمیت کم، پایدار در محیط‌های اسیدی و مقاوم در برابر خوردگی است، در حال حاضر یک فوتوکاتالیست محبوب است که برای تولید سوخت هیدروژن، تصفیه فاضلاب، تصفیه هوا مورد استفاده قرار گرفته است. وجود همه این مزایا، تجاری‌سازی در مقیاس انبوه فناوری فوتوکاتالیست نیمه‌هادی بسیار کند بوده است.

بیشتر نیمه‌هادی‌ها از جمله TiO ۲ در درجه اول نور ماوراءبنفش را جذب می‌کنند که تنها ۴ درصد از طیف انرژی خورشیدی است. برای غلبه بر این مشکل، محققان نانوذرات فلزی را در فوتوکاتالیست‌های نیمه‌هادی جاسازی کردند. این سیستم ترکیبی حامل‌های بار بسیار پر انرژی یا الکترون‌های «داغ» را برای افزایش فعالیت فوتوکاتالیستی تولید می‌کند.

وقتی نور به نانوذره فلزی تابیده می‌شو‌د، میدان الکتریکی الکترون‌ها را به سمت یک طرف سوق می‌دهد و در نتیجه در هر دو انتهای نانوذره، بار‌های منفی و مثبت جمع می‌شود، این آرایش به نام دوقطبی است که بار‌ها مانند یک آونگ درون نانوذره فلز در حال نوسان هستند.

 

مانند تنظیم یک ساز موسیقی، اگر فرکانس تابش نانوذره را با فرکانس نوسانات بار در نانوذره فلز مطابقت دهیم می‌توان رزونانس ایجاد کرده که منجر به تراکم زیاد الکترون‌های گرم می‌شود. به این ساختار یک فوتوکاتالیست پلاسمونیک گفته می‌شود.

محققان با استفاده از نانوذرات نقره (Ag) و مس (Cu) در نانولوله‌های TiO ۲ یک فوتوکاتالیست پلاسمونیک ساختند که در طیف نور مرئی – مادون قرمز جذب بالایی دارد.

منبع: خبرگزاری دانشجو

کلیدواژه: فتوکاتالیست فناوری نانو نانوذرات نقره انرژی خورشیدی الکترون ها نیمه هادی

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت snn.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «خبرگزاری دانشجو» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۲۶۹۰۱۶۱ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

رونمایی نخستین «موتور ۶ سیلندر بنزینی» ایران‌ساخت

به گزارش «تابناک» به نقل از مرکز ارتباطات و اطلاع‌رسانی معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست جمهوری، روح الله دهقانی در مراسم رونمایی از موتور ۶ سیلندر بنزینی در پژوهشگاه شهید رضایی دانشگاه صنعتی شریف، با اشاره به توانمندی دانش‌بنیان‌ها در طراحی، تولید و بهینه‌سازی قوای محرکه عنوان کرد: قوای محرکه در حجم بالا با سوخت بنزین، یکی از انواع قوای محرکه است که در بسیاری انواع خودروها، متناسب با نیاز صنایع راهبردی کشور کاربرد دارد. این یک نیاز کاملاً راهبردی است که کشور اهمیت آن را دریافته و شرکت‌های مختلف در مسیر بومی سازی و تولید آن گام برداشته‌اند.

وی افزود: یک شرکت دانش‌بنیان توانمند متشکل از چند متخصص و عضو هیات علمی برترین دانشگاه‌های ایران و سراسر جهان در مسیر بومی سازی این موتور گام برداشته و امروز به موفقیتی چشمگیر دست یافته‌اند. بالغ بر ۴۰ نفر از برجسته‌ترین دانشگاهیان مطرح در عرصه ملی و بین‌المللی، با طرح‌ریزی یک برنامه عمیق چهار ساله در مسیر اکتساب فناوری‌های یکی از شناخته‌شده‌ترین و پرکاربردترین موتورهای ۶ سیلندر گام برداشته و موفق شدند نمونه بومی‌سازی شده این موتور را با کیفیتی بالا و منطبق با روزآمدترین استانداردها، طراحی، تولید و آزمون کنند.

دهقانی مهم‌ترین دستاورد شرکت‌های دانش‌بنیان را اثبات توانمندی کشور در توسعه فناوری ساخت انواع قوای محرکه متناسب با نیاز کشور و امکان توسعه و بهینه‌سازی آن‌ها دانست و افزود: امروز توانمندی تولید موتور ۶ سیلندر بنزینی خورجینی با حجم ۴ هزار سی‌سی که موتوری راهبردی بوده و دارای کاربری‌های متنوع صنعتی، تفریحی و نظامی است، در این مجموعه دانش‌بنیان به اثبات رسید. این جریان قوی که در این شرکت و سایر شرکت‌های دانش‌بنیان به راه‌ افتاده، باید با قوت ادامه پیدا کند و به زودی تولید انبوه و استفاده از این تولیدات را در کاربری‌های خاص خود نظاره‌گر باشیم.

رئیس بنیاد ملی نخبگان با اشاره به این‌که فناوری‌های موتور، جزو راهبردی‌ترین و کلیدی‌ترین دانش‌ها و فناوری‌ها جای دارند و سرریز این فناوری‌ها می‌تواند به توسعه و ساخت محصولات دیگری منجر شود، ادامه داد: وقتی یک شرکت از توانمندی طراحی، ساخت و ارتقای قوای محرکه‌ای با این حجم، کیفیت و سطح استاندارد برخوردار است، در واقع به سرمایه ارزشمند دانش فنی دست یافته که به مراتب از خود محصول یادشده ارزشمندتر است و قابلیت تسری به دیگر بخش‌های صنعت خودروسازی را دارد و می‌تواند زمینه‌ساز تولید و توسعه محصولات ارزشمند دیگری شود.

دهقانی به حمایت جدی معاونت علمی از کسب دانش فنی و تولید محصولات فناورانه حوزه حمل و نقل و به طور خاص ساخت انواع قوای محرکه، اشاره کرد و ادامه داد: معاونت علمی به عنوان پشتوانه اصلی این شرکت، سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه را بر عهده گرفته و در دیگر حمایت‌ها که از جنس دانشی است مانند دسترسی به فناوری‌های خاص دنیا، همراه این مجموعه دانش‌بنیان بوده است.

بر اساس این خبر، پژوهشکده فناوری‌های راهبردی شهید رضایی دانشگاه صنعتی شریف که در زمینه پژوهش‌ها و کسب دانش فنی، ارتباط میان صنعت و دانشگاه و بومی‌سازی فناوری‌های کلیدی و راهبردی فعالیت دارد، طراحی و تولید موتور ۶ سیلندر بنزینی را با توجه به نیاز صنایع کشور آغاز کرد.

به طور میانگین نیاز بخش دفاعی کشور به این قوای محرکه حدود ۱۰ هزار خودرو ‌است و با در نظر گرفتن نیاز سایر حوزه‌ها این ظرفیت به ۳۰ هزار عدد نیز می‌رسد و پژوهشگاه شهید رضایی با ورود به توسعه دانش فنی بومی قوای محرکه، مطالعه و کار بر روی خودروهای تاکتیکی و آفرود را آغاز کرد.

در این پروژه، ضمن الگوبرداری از بیش از ۱۳۰ موتور بنزینی، دستاورد ۱۳ سازنده نامی موتور در سطح جهانی بررسی و مطالعه و در نهایت موتور مبنای ۴ هزار سی‌سی ۶ سیلندر، برای بومی سازی انتخاب و پس از یک کار تحقیقاتی و فناورانه چهار ساله، نخستین نمونه از این موتور با رویکرد اثبات توانمندی تولید داخل طراحی و ساخته شد.

متخصصان در این پروژه موفق شدند به ۴۵ درصد دانش فنی بومی ساخت موتور دست پیدا کنند و ۱۰ بخش اصلی موتور با موفقیت کامل مهندسی معکوس شد. از اقدامات صورت گرفته توسط تیم تحقیقاتی و فناور پروژه موتور ۶ سیلندر بنزینی خورجینی می‌توان به طراحی و ساخت قطعات با دقت ۹ میکرون، شبیه سازی، طراحی سیستم راهگاهی و قالب های بلوک چدنی، طراحی ساخت محور بلوک موتور، ساخت بلوک آلومینیومی موتور خورجینی برای اولین بار در کشور، ساخت میل لنگ موتور خورجینی با استحکام تسلیم ۸۰۰ مگاپاسکال، ساخت میل بادامک موتور خورجینی و ساخت شاتون موتور خورجینی با یکی از بهترین انواع مواد اولیه و مبتنی بر دانش روزآمد متالورژی اشاره کرد.