Химики сделали конденсаторы из кирпичей
Вот как они посмели? В смысле, химики эти. Взяли и из кирпичей, самых что ни на есть простых, учудили основание для супер конденсаторов. Типа, из-за пористой структуры этих самых кирпичей, можно раздуть площадь до каких-то неприличных значений, для получения большой ёмкости для накопления заряда.
Правда мы про то начали поговаривать гораздо раньше этих химиков. С нас-то какой спрос? Ни тебе званий и регалий. Медальками не бряцают. В общем, сплошь сомнительные высказывания, которые почему-то постоянно обретают материальные формы. Не сразу. Но с каким-то странным постоянством.
А собственно, про что речь, и что это за кирпичи такие:
Отсюда: Химики сделали конденсаторы из кирпичей
https://nplus1.ru/news/2020/08/11/another-brick-in-the-capacitor
Химики из США превратили красный кирпич в подложку конденсатора на основе проводящего полимера PEDOT. Подложка такого конденсатора должна иметь высокую удельную площадь поверхности и содержать в себе железо (III), которое нужно для окислительной полимеризации PEDOT - кирпич сочетает оба этих свойства, кроме того он прочный, дешевый и стабилен при высоких температурах. Конденсатор на основе нового материала выдержал 10000 циклов перезарядки, сохраняя 90 процентов своей емкости. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Обожженный красный кирпич люди умеют изготавливать уже более пяти тысяч лет - самые древние образцы обнаружены на территории Китая и относятся к периоду времен неолита. Такие кирпичи, изготавливают из глины с примесями соединений железа затем сушат и обжигают. Готовый кирпич имеет пористую структуру и состоит из оксида кремния SiO2, оксида алюминия Al2O3 и гематита α-Fe2O3 - последний и придает материалу красновато-бурый оттенок.
Американские химики под руководством Хулио Д’Арси (Julio M. D’Arcy) из Университета Вашингтона предложили использовать красный кирпич в качестве подложки для конденсаторов из пленок проводящего полимера полиэтилендиокситиофена (PEDOT). В таких конденсаторах запасание энергии происходит за счет Фарадеевских реакций в проводящем полимере, а идея использовать для их создания кирпичные подложки - с одной стороны неожиданная, а с другой очень логичная. Дело в том, что пленку PEDOT получают из соответствующего мономера 3,4 этилендиокситиофена (EDOT) с помощью окисления, а в качестве окислителя во многих работах используются соединения железа (III). Таким образом, необходимо сначала получить материал с высокой удельной площадью поверхности, затем нанести на его поверхность соединения железа, и только потом наносить пленку PEDOT. Красный кирпич - пористый материал с большим количеством соединений железа (III) - по сути является готовой (и практически бесплатной по сравнению с используемыми сейчас материалами) подложкой для создания подобных конденсаторов. Кроме того, такой материал стабилен при нагревании и без проблем выдерживает температуру в 100-200 градусов Цельсия, при которой обычно проводят нанесение пленки PEDOT.
Авторы работали с образцами обыкновенного обожженного кирпича с массовой долей гематита около восьми процентов - его разрезали на небольшие брусочки, три раза промывали дистиллированной водой, и прокаливали при температуре 160 градусов Цельсия течение часа, чтобы полностью удалить следы влаги из пор. Затем брусочки помещали в закрытый реактор, в котором также находилась емкость с концентрированной соляной кислотой и раствором EDOT в хлорбензоле и вновь нагревали до 160 градусов Цельсия. Соляная кислота и EDOT при такой температуре испаряются и медленно оседают на поверхности пористого кирпича, при этом EDOT превращается в проводящий полимер PEDOT. Пары соляной кислоты выполняют в этом процессе сразу две функции - во-первых они помогают гидролизовать гематит Fe2O3, превратив его в более реакционноспособный оксигидкроксид железа FeOOH, во-вторых - ускоряют процесс окислительной полимеризации EDOT.
После 14 часов реакции кирпичный брусок полностью менял цвет, становясь темно-синим, почти черным за счет слоя PEDOT, после этого реакцию останавливали, бруски промывали избытком метанола, чтобы удалить непрореагировавший EDOT и высушивали. Толщина полимерного покрытия зависела от концентрации EDOT и времени синтеза, авторам удалось добиться максимальной толщины слоя PEDOT в 400 микрометров, при этом длина одного полимерного волокна была в среднем 30 микрометров, а диаметр - 190 нанометров.
Нанесение проводящей полимерной пленки на кирпичную подложку
Wang et al. / Nature Communications, 2020
Готовые брусочки авторы испытали в роли конденсаторов. К ним прикрепили металлические контакты, в качестве электролита использовали водный раствор серной кислоты либо гель на основе поливинилового спирта и серной кислоты, а для защиты электродов - эпоксидую пленку. Конденсатор на основе гелевого электролита продемонстрировал емкость 1,38 фарад на кубический сантиметр, причем 90 процентов исходной емкости сохранялось после 10000 циклов перезарядки. В случае использования жидкого электролита емкостные характеристики была выше (емкость до 2,84 фарад на кубический сантиметр максимальное выдаваемое напряжение 2,6 Вольта, устройство смогло питать светодиод в течение одной минуты, как видно на видео), однако устройства оказались менее стабильными. Впрочем, авторы не проводили полной оптимизации всех составных частей конденсатора, поэтому в дальнейшем характеристики, скорее всего, можно будет улучшить.
Конечно, кирпичные электроды вряд ли будут использоваться в мобильных устройствах, однако они могут найти применение в стационарных конденсаторах - в этом случае вес устройств неважен, а вот низкая цена и отличная механическая прочность могут оказаться решающим преимуществом. Кроме того, авторы предлагают использовать кирпичные конденсаторы для строительства жилых домов или их частей - механические свойства от покрытия полимером не ухудшаются, поэтому такая стена может одновременно служить и несущей конструкцией и конденсатором. По расчетам авторов, подобная стена может иметь емкость 11500 фарад на квадратный метр поверхности.
В апреле ученые из США превратили остатки полиэтилентерефталатных бутылок в сырье для производства металл-ионных аккумуляторов. Смешав полиэтилентерефталат с гидроксидом натрия и обработав смесь микроволновым излучением, ученые сумели получить из него терефталат натрия - перспективный материал для анодов натрий-ионных аккумуляторов.
Автор: Наталия Самойлова
Прямая ссылка на статью в журнале Nature Communications: https://www.nature.com/articles/s41467-020-17708-1
Там длинно, с картинками и со всеми материала, что бралось за исходник и где.
И небольшой экскурс в былое по заданной теме:
ХРамовое железо сил небесных 2
https://pro-vladimir.livejournal.com/261250.html
Пост аж от 11.04.2016. Часть его содержания:
Из обсуждения отсюда: http://pro-vladimir.livejournal.com/259818.html?thread=3821034#t3821034
ateregulov
ну если с численным моделированием беда, то что вам мешает взять условно 50 рассчесок и париков, посоединять их в разной конфигурации и в натурном виде поэкспериментировать?
pro_vladimir
И зачесаться ими в усмерть.
А вы случаем не подскажете, вот это белокаменное основание, известняк, он же кальцит, минерал очень высокого сопротивления от 10 в пятой до 10 в двенадцатой Ом*м. Ну прям чистой воды изолятор.
В том же самом ключе красный кирпич к нему как относится? Вроде как по составу это в большинстве своём оксид кремния и оксид алюминия. А то вот сносит куда-то в полупроводники. Что там с пористостью и электропроводностью, и способность к накоплению заряда?
ateregulov
Полупроводник большого сечения можно использовать и как проводник, также пропитка может увеличить проводимость.
Заряд накапливает обычно поверхность. Таким образом, сам кирпич не особо накопитель, но если его чем-то обмазать так чтобы площадь соприкосновения разных материалов была большой за счет микрорельефа, тогда можно что-то накапливать.
pro_vladimir
Вот есть такой "ионистор" или химический конденсатор. Ёмкость конденсаторов во многом зависят от площади обкладок. И как-то так сложилось, что самая большая площадь обнаружилась у древесного угля, за счёт пор. Народ самопальные ионисторы готовит из активированного угля. То есть, пористая структура даёт приличную площадь для накопления заряда.
А вы в курсе, что сам кирпич как раз и есть особо накопитель, ибо структура у оного достаточно пористая?
Идём в гугл и начинаем копать:
Соблюдение принципов научной реставрации при восстановлении кладки Троицкой церкви села Медяны Кировской области
Например, в работе [2] при испытаниях известкового раствора показано, что прочность на отрыв почти в 4 раза выше, чем при использовании современного цементно-песчаного раствора с добавкой суперпластификатора С-3.
Исторический раствор в XVIII-XIX вв. в Кировской области и на большей части России выполнялся на основе извести. Опыт реставрационных работ, которые проводились на памятниках Москвы и Санкт-Петербурга, показал, что самые лучшие результаты показывают растворы, изготовленные из свежегашеной извести [3].
В работе [4] предложены составы для кладочного раствора на основе свежегашеной извести и песка. Соотношение компонентов составляет 1:2-1:3. Для увеличения гидравлической стойкости раствора в качестве добавок рекомендуется цемянка с размером частиц 0-3 мм в количестве до 10% по объему. Цемянку рекомендуется получать при дроблении кирпичного боя из кирпича XVII-XIX вв. Для повышения гидравлической стойкости и прочности раствора также рекомендуется добавка яичного белка (в количестве до 1,5 шт./л).
БЕЛАНОВСКАЯ Елена Вячеславовна
МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕСТАВРАЦИИ КАМЕННЫХ ПАМЯТНИКОВ АРХИТЕКТУРЫ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ
(район Волго-Балтийской системы)
Минералогический состав кирпича по результатам рентгенофазового анализа:
d=2.45; 3.34; 4.26 - β-кварц;
d=4.51 - монтмориллонит;
d=3.23; 4.1 - полевые шпаты;
d=2.69; 2.93 - примеси железа.
ОСОБЕННОСТИ ИОННОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ
МОНТМОРИЛЛОНИТОВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
2. Перспектива использования монтмориллонитов как наноматериалов [4], и в качестве исходного
материала для получения ионных сверхпроводников [5,6] также является побудительной причиной
изучения их электрических свойств.
90
Однако электропроводность монтмориллонитов практически не изучена
И получаем следующий промежуточный итог:
Известняк- "калионит" очень хороший изолятор.
Красный кирпич - "монтмориллонит" в перспективе при замесе сверхпроводник с неизученными свойствами.
"Монтмориллонит" имеет ионную проводимость.
Смотрим на фото и разглядываем структуру кладки:
А если учесть, что минеральный состав кирпичей может несколько отличатся меняя свойства, то эти колонны уже ни как не помещаются в концепцию подпорки чтоб крыша не упала. Точнее, работать несущей конструкцией , это далеко не основная функция оной. А иначе к чему такие сложности?
Как водится, все совпадения случайны.
Сложил воедино: Владимир Мамзерев. 19.10.2020
Правда мы про то начали поговаривать гораздо раньше этих химиков. С нас-то какой спрос? Ни тебе званий и регалий. Медальками не бряцают. В общем, сплошь сомнительные высказывания, которые почему-то постоянно обретают материальные формы. Не сразу. Но с каким-то странным постоянством.
А собственно, про что речь, и что это за кирпичи такие:
Отсюда: Химики сделали конденсаторы из кирпичей
https://nplus1.ru/news/2020/08/11/another-brick-in-the-capacitor
Химики из США превратили красный кирпич в подложку конденсатора на основе проводящего полимера PEDOT. Подложка такого конденсатора должна иметь высокую удельную площадь поверхности и содержать в себе железо (III), которое нужно для окислительной полимеризации PEDOT - кирпич сочетает оба этих свойства, кроме того он прочный, дешевый и стабилен при высоких температурах. Конденсатор на основе нового материала выдержал 10000 циклов перезарядки, сохраняя 90 процентов своей емкости. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Обожженный красный кирпич люди умеют изготавливать уже более пяти тысяч лет - самые древние образцы обнаружены на территории Китая и относятся к периоду времен неолита. Такие кирпичи, изготавливают из глины с примесями соединений железа затем сушат и обжигают. Готовый кирпич имеет пористую структуру и состоит из оксида кремния SiO2, оксида алюминия Al2O3 и гематита α-Fe2O3 - последний и придает материалу красновато-бурый оттенок.
Американские химики под руководством Хулио Д’Арси (Julio M. D’Arcy) из Университета Вашингтона предложили использовать красный кирпич в качестве подложки для конденсаторов из пленок проводящего полимера полиэтилендиокситиофена (PEDOT). В таких конденсаторах запасание энергии происходит за счет Фарадеевских реакций в проводящем полимере, а идея использовать для их создания кирпичные подложки - с одной стороны неожиданная, а с другой очень логичная. Дело в том, что пленку PEDOT получают из соответствующего мономера 3,4 этилендиокситиофена (EDOT) с помощью окисления, а в качестве окислителя во многих работах используются соединения железа (III). Таким образом, необходимо сначала получить материал с высокой удельной площадью поверхности, затем нанести на его поверхность соединения железа, и только потом наносить пленку PEDOT. Красный кирпич - пористый материал с большим количеством соединений железа (III) - по сути является готовой (и практически бесплатной по сравнению с используемыми сейчас материалами) подложкой для создания подобных конденсаторов. Кроме того, такой материал стабилен при нагревании и без проблем выдерживает температуру в 100-200 градусов Цельсия, при которой обычно проводят нанесение пленки PEDOT.
Авторы работали с образцами обыкновенного обожженного кирпича с массовой долей гематита около восьми процентов - его разрезали на небольшие брусочки, три раза промывали дистиллированной водой, и прокаливали при температуре 160 градусов Цельсия течение часа, чтобы полностью удалить следы влаги из пор. Затем брусочки помещали в закрытый реактор, в котором также находилась емкость с концентрированной соляной кислотой и раствором EDOT в хлорбензоле и вновь нагревали до 160 градусов Цельсия. Соляная кислота и EDOT при такой температуре испаряются и медленно оседают на поверхности пористого кирпича, при этом EDOT превращается в проводящий полимер PEDOT. Пары соляной кислоты выполняют в этом процессе сразу две функции - во-первых они помогают гидролизовать гематит Fe2O3, превратив его в более реакционноспособный оксигидкроксид железа FeOOH, во-вторых - ускоряют процесс окислительной полимеризации EDOT.
После 14 часов реакции кирпичный брусок полностью менял цвет, становясь темно-синим, почти черным за счет слоя PEDOT, после этого реакцию останавливали, бруски промывали избытком метанола, чтобы удалить непрореагировавший EDOT и высушивали. Толщина полимерного покрытия зависела от концентрации EDOT и времени синтеза, авторам удалось добиться максимальной толщины слоя PEDOT в 400 микрометров, при этом длина одного полимерного волокна была в среднем 30 микрометров, а диаметр - 190 нанометров.
Нанесение проводящей полимерной пленки на кирпичную подложку
Wang et al. / Nature Communications, 2020
Готовые брусочки авторы испытали в роли конденсаторов. К ним прикрепили металлические контакты, в качестве электролита использовали водный раствор серной кислоты либо гель на основе поливинилового спирта и серной кислоты, а для защиты электродов - эпоксидую пленку. Конденсатор на основе гелевого электролита продемонстрировал емкость 1,38 фарад на кубический сантиметр, причем 90 процентов исходной емкости сохранялось после 10000 циклов перезарядки. В случае использования жидкого электролита емкостные характеристики была выше (емкость до 2,84 фарад на кубический сантиметр максимальное выдаваемое напряжение 2,6 Вольта, устройство смогло питать светодиод в течение одной минуты, как видно на видео), однако устройства оказались менее стабильными. Впрочем, авторы не проводили полной оптимизации всех составных частей конденсатора, поэтому в дальнейшем характеристики, скорее всего, можно будет улучшить.
Конечно, кирпичные электроды вряд ли будут использоваться в мобильных устройствах, однако они могут найти применение в стационарных конденсаторах - в этом случае вес устройств неважен, а вот низкая цена и отличная механическая прочность могут оказаться решающим преимуществом. Кроме того, авторы предлагают использовать кирпичные конденсаторы для строительства жилых домов или их частей - механические свойства от покрытия полимером не ухудшаются, поэтому такая стена может одновременно служить и несущей конструкцией и конденсатором. По расчетам авторов, подобная стена может иметь емкость 11500 фарад на квадратный метр поверхности.
В апреле ученые из США превратили остатки полиэтилентерефталатных бутылок в сырье для производства металл-ионных аккумуляторов. Смешав полиэтилентерефталат с гидроксидом натрия и обработав смесь микроволновым излучением, ученые сумели получить из него терефталат натрия - перспективный материал для анодов натрий-ионных аккумуляторов.
Автор: Наталия Самойлова
Прямая ссылка на статью в журнале Nature Communications: https://www.nature.com/articles/s41467-020-17708-1
Там длинно, с картинками и со всеми материала, что бралось за исходник и где.
И небольшой экскурс в былое по заданной теме:
ХРамовое железо сил небесных 2
https://pro-vladimir.livejournal.com/261250.html
Пост аж от 11.04.2016. Часть его содержания:
Из обсуждения отсюда: http://pro-vladimir.livejournal.com/259818.html?thread=3821034#t3821034
ateregulov
ну если с численным моделированием беда, то что вам мешает взять условно 50 рассчесок и париков, посоединять их в разной конфигурации и в натурном виде поэкспериментировать?
pro_vladimir
И зачесаться ими в усмерть.
А вы случаем не подскажете, вот это белокаменное основание, известняк, он же кальцит, минерал очень высокого сопротивления от 10 в пятой до 10 в двенадцатой Ом*м. Ну прям чистой воды изолятор.
В том же самом ключе красный кирпич к нему как относится? Вроде как по составу это в большинстве своём оксид кремния и оксид алюминия. А то вот сносит куда-то в полупроводники. Что там с пористостью и электропроводностью, и способность к накоплению заряда?
ateregulov
Полупроводник большого сечения можно использовать и как проводник, также пропитка может увеличить проводимость.
Заряд накапливает обычно поверхность. Таким образом, сам кирпич не особо накопитель, но если его чем-то обмазать так чтобы площадь соприкосновения разных материалов была большой за счет микрорельефа, тогда можно что-то накапливать.
pro_vladimir
Вот есть такой "ионистор" или химический конденсатор. Ёмкость конденсаторов во многом зависят от площади обкладок. И как-то так сложилось, что самая большая площадь обнаружилась у древесного угля, за счёт пор. Народ самопальные ионисторы готовит из активированного угля. То есть, пористая структура даёт приличную площадь для накопления заряда.
А вы в курсе, что сам кирпич как раз и есть особо накопитель, ибо структура у оного достаточно пористая?
Идём в гугл и начинаем копать:
Соблюдение принципов научной реставрации при восстановлении кладки Троицкой церкви села Медяны Кировской области
Например, в работе [2] при испытаниях известкового раствора показано, что прочность на отрыв почти в 4 раза выше, чем при использовании современного цементно-песчаного раствора с добавкой суперпластификатора С-3.
Исторический раствор в XVIII-XIX вв. в Кировской области и на большей части России выполнялся на основе извести. Опыт реставрационных работ, которые проводились на памятниках Москвы и Санкт-Петербурга, показал, что самые лучшие результаты показывают растворы, изготовленные из свежегашеной извести [3].
В работе [4] предложены составы для кладочного раствора на основе свежегашеной извести и песка. Соотношение компонентов составляет 1:2-1:3. Для увеличения гидравлической стойкости раствора в качестве добавок рекомендуется цемянка с размером частиц 0-3 мм в количестве до 10% по объему. Цемянку рекомендуется получать при дроблении кирпичного боя из кирпича XVII-XIX вв. Для повышения гидравлической стойкости и прочности раствора также рекомендуется добавка яичного белка (в количестве до 1,5 шт./л).
БЕЛАНОВСКАЯ Елена Вячеславовна
МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕСТАВРАЦИИ КАМЕННЫХ ПАМЯТНИКОВ АРХИТЕКТУРЫ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ
(район Волго-Балтийской системы)
Минералогический состав кирпича по результатам рентгенофазового анализа:
d=2.45; 3.34; 4.26 - β-кварц;
d=4.51 - монтмориллонит;
d=3.23; 4.1 - полевые шпаты;
d=2.69; 2.93 - примеси железа.
ОСОБЕННОСТИ ИОННОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ
МОНТМОРИЛЛОНИТОВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
2. Перспектива использования монтмориллонитов как наноматериалов [4], и в качестве исходного
материала для получения ионных сверхпроводников [5,6] также является побудительной причиной
изучения их электрических свойств.
90
Однако электропроводность монтмориллонитов практически не изучена
И получаем следующий промежуточный итог:
Известняк- "калионит" очень хороший изолятор.
Красный кирпич - "монтмориллонит" в перспективе при замесе сверхпроводник с неизученными свойствами.
"Монтмориллонит" имеет ионную проводимость.
Смотрим на фото и разглядываем структуру кладки:
А если учесть, что минеральный состав кирпичей может несколько отличатся меняя свойства, то эти колонны уже ни как не помещаются в концепцию подпорки чтоб крыша не упала. Точнее, работать несущей конструкцией , это далеко не основная функция оной. А иначе к чему такие сложности?
Как водится, все совпадения случайны.
Сложил воедино: Владимир Мамзерев. 19.10.2020