اخبار علمی مرکز پژوهش متالورژی رازی

استفاده دانشمندان از روبات ها و هوش مصنوعی برای ساخت مواد جدید در مهار آلودگی هوا

بسیاری از فعالیت های انسانی، باعث آلوده شدن روزافزون محیط زیست می شوند و آلاینده ها را در هوا، آب و خاک آزاد می کنند. این مواد شیمیایی مضر ، هم سلامتی انسان ها و هم پایداری اکوسیستم را تهدید می کنند. طبق گزارش سازمان جهانی بهداشت، آلودگی هوا سالانه باعث مرگ 4.2 میلیون نفر می شود. برای رفع این معضل دانشمندان همواره به دنبال راه حل هایی هستند که یکی از این راه ها، دسته ای از مواد به نام فوتوکاتالیست ها هستند. این مواد زمانی که توسط نور تحریک شوند، حامل های باردار تولید می کنند. این حامل های باردار ذرات ریزی هستند که می توانند به اطراف حرکت کنند و باعث واکنش های شیمیایی شوند. در تماس با آب و یا اکسیژن، اکسیژن فعال تولید می کنند که با پیوستن به آلاینده های رایج سمی می توانند آنها را تجزیه کنند و یا به محصولات بی ضرر یا مفید تبدیل کنند.
در دانشگاه تنسی آمریکا، محققان با کمک ربات ها و هوش مصنوعی در حال ساخت و آزمایش فوتوکاتالیست های جدید با هدف کاهش آلودگی هوا هستند. از آنجا که هزاران نوع کاتالیست به طور بالقوه می توانند برای این منظور استفاده شوند، محققان این دانشگاه به دنبال راه های سریع تر برای رسیدن به بهترین گزینه برای پاکسازی هوا می باشند. آنها به جای ساختن و آزمایش نمونه ها به روش های قبلی که ممکن است هفته ها یا ماه ها به طول بیانجامد، از ربات های هوشمندی استفاده می کنند که می توانند حداقل 100 ماده مختلف را در عرض یک ساعت تولید و آزمایش کنند. این ربات ها ی کوچک با قابلیت جابجایی مایعات، می توانند مقادیر مایعات را به طور دقیق از یک مکان به مکان دیگر مخلوط و منتقل کنند. آنها توسط رایانه ای کنترل می شوند که شتاب و دقت آنها را هدایت می کند. همچنین از الگوریتم های یادگیری ماشین برای سرعت بخشیدن به تجزیه و تحلیل داده ها استفاده می شود و نیز از داده های بدست آمده برای مجموعه آزمایش های بعدی که توسط روبات ها انجام می شوند، استفاده می کنند.

منبع :Ahmadi Research Lab

تبدیل ضایعات فلزی به آلیاژهایی با ارزش و کارآمد با روش تولید فاز جامد (Solid phase alloying)

طبق مطالعه جدید محققان آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام، ضایعات فلزی آلومینیم را می توان مستقیماً بدون نیاز به فرآیندهای ذوب رایج به آلیاژهایی با کارایی بالا و با ارزش ارتقا داد. محصولات تولید شده با فرآیندهای ذوب رایج از نظر ترکیب آلیاژ و ریز ساختار و در نتیجه خواص نهایی محدود هستند. بنابراین، این محققان روش جدیدی برای بازیافت و آلیاژسازی در فاز جامد ابداع کرده اند که ضایعات آلومینیم 6063 با مس، روی و منیزیم آلیاژ شده، در نتیجه آلیاژی از آلومینیم با کارایی بالا همراه با خوشه هایی از نانو ذرات تقویت کننده تولید کردند که ترکیب و خواصی مشابه با آلیاژ آلومینیم 7075 داشته باشد. فازهای تقویت کننده Mg(CuZn)2،ƞ ، استحکام تسلیم و نهایی را تا 200 درصد افزایش می دهند.

منبع : Nature Communications volume 15, Article number: 10664 (2024)

ساخت باتری های جدید سدیم یونی مقرون به صرفه و پایدار ، جایگزینی برای باتری های لیتیوم یونی

باتری‌های لیتیوم یونی به طور گسترده در فناوری هایی مانند تلفن‌های هوشمند، لپ‌تاپ و خودروهای برقی استفاده می شوند. نگرانی‌های فزاینده‌ای در مورد آینده این نوع باتری ها وجود دارد، زیرا لیتیوم نسبتا کمیاب و گران است. محققان در دانشگاه هیوستون ماده جدیدی برای باتری‌های یون سدیم به نام فسفات وانادیم سدیم با فرمول شیمیایی Na_XV₂(PO₄)₃ ساخته‌اند که ولتاژ بالاتر و ظرفیت انرژی بیشتری را نسبت به مواد قبلی مبتنی بر سدیم ارائه می‌دهد. این ماده جدید چگالی انرژی (مقدار انرژی ذخیره شده در هر کیلوگرم ) را تا بیش از 15 درصد بهبود می بخشد. چگالی انرژی بالاتر 458 وات ساعت بر کیلوگرم در مقایسه با 396 وات ساعت بر کیلوگرم در باتری های سدیم یونی قدیمی، فناوری سدیم را به رقابت با باتری‌های لیتیوم یونی نزدیک‌تر می‌کند. سدیم تقریبا 50 برابر ارزان تر از لیتیوم است و حتی می توان آن را از آب دریا برداشت کرد که آن را به جایگزینی ای پایدارتر و آسان تر برای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ تبدیل خواهد کرد.


منبع : University of Houston

بهبود پوشش در روش لایه نشانی شیمیایی بخار ( به اختصارCVD ) با استفاده از جریانی همزمان از گاز بی اثر سنگین

لایه‌نشانی بخار شیمیایی (Chemical Vapor Deposition) روشی است که برای ایجاد لایه‌ای نازک بر روی سطح سیلیکون در ساخت و تولید تراشه‌های نیمه‌رسانا استفاده می‌شود. با کوچک‌تر شدن دستگاه‌های الکترونیکی، ساختارهای پیچیده‌تری ایجاد شده که نیاز به تشکیل لایه‌ای همگن در سطوح برآمده و فرورفته (Step Coverage) را افزایش داده است. در این روش، پارامتر SC به نسبت ضخامت لایه‌های عمیق به لایه‌های سطحی اشاره دارد. به همین منظور، محققان تزریق گاز بی‌اثر سنگین را برای بهبود پوشش مناطق برآمده و فرورفته در روش CVD پیشنهاد کرده‌اند. در این روش جدید، از جریان گاز سنگین زنون (Xe) به‌طور همزمان با گاز فرآیندی اصلی برای رسوب لایه اکسیدی مورد نظر (در اینجا اکسید بروم) استفاده شده است. این تغییر باعث ارتقای پارامتر SC از عدد 0.71 به 0.97 شده است، که نشان می‌دهد رسوب لایه اکسیدی در عمق، به ضخامت لایه سطحی نزدیک‌تر شده است. در نهایت، پیشنهاد شده که این مسیر می‌تواند برای ترکیب‌های مختلف قابل اجرا و سازگار باشد. نتایج این پژوهش اخیراً در مجله معتبر Nature Communications منتشر شده است.


منبع : Nature Communications

ابداع روش جدید برای تبدیل زباله های الکترونیکی به طلا

سالانه 50 میلیون تن زباله الکترونیکی دور ریخته می شود که تنها 20% آن بازیافت می شود. گروه تحقیقاتی دکتر عباسپور ، استاد شیمی و فناوری مواد در دانشگاه کرنل آمریکا، روشی را برای استخراج طلا از زباله های الکترونیکی ابداع کردند و سپس از این فلزات گرانبها به عنوان کاتالیزور در تبدیل گاز دی اکسید کربن (گاز گلخانه ای) به مواد آلی استفاده کردند. آنها از یک جفت ترکیب آلی کووالانسی متصل به وینیل (VCOFs) برای جذب نانوذرات طلا از مدارهای دستگاه های الکترونیکی دور ریخته شده استفاده کردند و سپس نشان دادند که این ترکیبات آلی می توانند 99.9% از طلا و مقدار بسیار کمی از فلزات دیگر از جمله نیکل و مس را استخراج می کنند. آنها از ترکیبات حاوی طلا بدست آمده برای تبدیل دی اکسید کربن به مواد شیمیایی مفید استفاده کردند که علاوه بر تولید مواد با ارزش افزوده، مزایای زیست محیطی فراوانی را خواهد داشت.

منبع : cornell

پوشش ارگانیک برای سلول های خورشیدی ، تحولی در جهت افزایش کارایی و کاهش هزینه ها

یک گروه تحقیقاتی در چین، یک پوشش آلی جدید بر روی سلول های خورشیدی دو لایه سیلیکون/ پروسکایت (Si/Pervoskite) را در مقاله جدید شان ارایه کرده اند که بازدهی سلول های خورشیدی را 31% بهبود می بخشد و در عین حال هزینه های ساخت و تولید را کاهش می دهد. در سلول های خورشیدی به واسطه تابش نورخورشید به صفحه نیمه هادی، الکترون ها از لایه انرژی خود خارج شده و حفره هایی با بار مثبت (holes) از خود به جا می گذارند. این دو حامل بار مثبت و منفی جریان الکتریکی را ایجاد می کنند. ویفرهای سیلیکونی دارای ساختاری در سطح هستند که بازتاب کمتری دارند و باعث جذب بهتر نور می شوند. با این حال، فرآیند پوشش دادن آنها با پروسکایت منجر به ایجاد نقص هایی در شبکه کریستالی شده که بر خواص الکترونیکی آنها تاثیر می گذارد. این گروه تحقیقاتی، یک ترکیب تیوفن اتیل آمونیوم با یک گروه عاملی تری فلور متیل (CF3-TEA) را به صورت اسپری ساخته اند تا یک پوشش یکنواخت بر روی پروسکایت تشکیل دهد و عیوب سطحی این لایه بر طرف گردد.

منبع : wiley

طراحی نوع جدیدی از باتری با کمک هوش مصنوعی

با افزایش روزافزون استفاده از دستگاه‌هایی که به باتری نیاز دارند، تلاش‌ها برای یافتن مواد جدید، ایمن‌تر و ارزان‌تر همچنان ادامه دارد. شناسایی مواد جدید با خواص ویژه مورد نظر، معمولاً از طریق روش‌های آزمایشگاهی و به‌کارگیری آزمون و خطا صورت می‌گیرد. اما تحقیقات جدید انجام‌شده در دانشگاه واشنگتن، به‌همراه همکاری شرکت مایکروسافت و آزمایشگاه ملی PNNL، نشان می‌دهند که هوش مصنوعی (AI) می‌تواند این فرآیند را تسریع کرده و به شناسایی مواد جدید برای باتری‌های خاص کمک کند. در این تحقیق، محققان با استفاده از هوش مصنوعی، تنها در ۸۰ ساعت، از میان ۳۲ میلیون ماده بالقوه، فهرستی متشکل از ۲۳ گزینه مناسب ایجاد کردند. سپس، یکی از این مواد برای ساخت باتری انتخاب شد که از ثبات و رسانایی مناسبی برخوردار بود. ابتدا، مواد بر اساس پایداری فیزیکی فیلتر شدند، سپس با اضافه کردن خواص الکتریکی و شیمیایی از طریق روش‌های آزمایش شده و محاسباتی، فهرست نهایی کاهش یافت. همچنین، مواد کمیاب، سمی و گران‌قیمت از فهرست حذف شدند. در نهایت، محققان یک الکترولیت جدید پیشنهاد کردند که مشابه الکترولیت‌های موجود از لیتیم، ایترم و کلر ساخته شده است، با این تفاوت که مقادیری از لیتیم با سدیم جایگزین شده‌اند که از نظر قیمت بسیار مقرون به‌صرفه‌تر و در دسترس‌تر است

منبع : asminternational