Ион-проводящие мембраны из дерева

22.07.2021

Ученые из США покрыли обычную древесину гидрогелем и превратили ее в ион-селективный материал. Мембраны из такого материала пропускают только положительно заряженные ионы, что можно использовать для получения электроэнергии на границе пресной и соленой воды. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.

Ученые из Университета Мэриленда под руководством Ляня Бина Ху (Liangbing Hu) сумели сделать ион-селективные мембраны из более доступного материала - древесины. Древесина это композитный материал, который состоит из волокон целлюлозы в матрице более жесткого полимера лигнина. Древесина имеет пористую структуру, а за счет отрицательных зарядов на поверхности обладает даже некоторыми ион-селективными свойствами - пропускает преимущественно положительно заряженные ионы. Однако поры в древесине слишком велики, а ион-селективность древесины ниже, чем у искусственных материалов. Кроме того, древесина - анизотропный материал, то есть ее свойства сильно отличаются в зависимости от направления. Проводимость выше у пористых поперечных срезов, а прочность - у продольных срезов (а еще площадь поперечных срезов ограничена диаметром дерева, в то время как продольные срезы могут иметь гораздо большую площадь). И наконец, древесина недостаточно стабильна: при долгом контакте с водой ее волокна постепенно набухают и структура материала нарушается. Ученые попробовали улучшить свойства древесины с помощью покрытия из полимерного гидрогеля.

Гидрогель содержит карбоксильные группы, которые в водной среде отдают протон и превращаются в отрицательно заряженный фрагмент СOO-. Покрыв дерево гидрогелем, ученые намеревались повысить плотность отрицательных зарядов на поверхности материала. Так и получилось - измерение дзета потенциала показало, что концентрация отрицательных зарядов на поверхности материала возросла почти в два раза - с минус 1,49 до минус 2,53 милликулон на квадратный метр. В результате ионная проводимость мембран увеличилась на два порядка по сравнению с необработанной древесиной. У поперечных срезов проводимость была все еще выше, чем у продольных, но совсем ненамного - 1,29 миллисименс на сантиметр по сравнению с 0,97 миллисименс на сантиметр. А еще добавки гидрогеля сделали мембраны прочнее - предел прочности продольных срезов увеличился с 16,9 до 52,7 мегапаскалей, а поперечных - с 1,8 до 10,7 мегапаскалей. Авторы полагают, что причина в образовании дополнительных водородных связей между волокнами целлюлозы.

По соотношению прочность-проводимость новые мембраны из продольных оказались лучше, чем большинство известных аналогов. Но главное их преимущество - низкая цена и масштабируемость. Древесина это недорогой и возобновляемый материал, а использование продольных срезов позволит делать мембраны площадью в несколько квадратных метров, которые можно будет использовать для получения энергии в большом масштабе.

<< Назад: Защита электросетей от кибератак 23.07.2021

>> Вперед: Маска для лица с микрофоном и динамиками 22.07.2021

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Робот LG CLOiD 06.01.2026

LG представила своего нового работа CLOiD. Его возможности выходят за рамки простого выполнения команд - он способен адаптироваться к образу жизни владельца и управлять подключенными бытовыми приборами. LG CLOiD объединяет два ключевых направления корейской компании: платформу роботизированной помощи LG Q9 и экосистему умного дома LG ThinQ. На демонстрации робот показал, что умеет готовить завтрак: доставать молоко из холодильника, помещать круассан в духовку и выполнять другие кулинарные задачи. Кроме того, CLOiD может самостоятельно запускать стирку, после сушки складывать одежду и раскладывать ее по шкафу. Таким образом, робот подстраивается под повседневные привычки хозяев и может управлять всеми совместимыми устройствами, подключенными к сети. Конструкция LG CLOiD специально адаптирована для работы в жилых помещениях. Основной блок робота соединен с телом, оснащенным двумя шарнирными руками-манипуляторами, а базируется он на колесной платформе с функцией автономной навигации ...>>

Твердотельные батареи без потерь от замерзания ионов 05.01.2026

Энергетика и электроника сегодня все больше зависят от надежных и безопасных источников энергии. Твердотельные батареи рассматриваются как ключ к следующему этапу развития портативных и стационарных устройств, однако традиционные подходы сталкиваются с фундаментальной проблемой: при затвердевании электролита движение ионов замедляется или полностью останавливается. Новое исследование ученых из Оксфордского университета и их партнеров может изменить это представление и открыть путь к созданию безопасных и эффективных твердых аккумуляторов. В своей работе исследователи разработали новый класс органических электролитов, которые сохраняют высокую ионную проводимость независимо от состояния - жидкого, жидкокристаллического или твердого. Такие материалы получили название "электролиты, независимые от состояния" (state-independent electrolytes, SIE). Аспирантка Джульетт Барклай, первый автор исследования, отмечает, что это доказывает возможность проектировать органические молекулы так, чтоб ...>>

Случайная новость из Архива Исследовательская экспедиция отправилась на Луну 07.09.2013 Зонд под названием LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) был запущен сегодня с космодрома на острове Уоллопс (штат Виргиния) ракетой "Минотавр-5". Экспедиция создана с целью изучения атмосферы Луны и окололунной пыли. Возможно, исследование даст ключ к разгадке событий, произошедших с астронавтами "Аполлона- 17". Напомним, командир космического корабля Юджин Сернан (Eugene Cernan) рассказывал про яркие свечения, начинающиеся незадолго до восхода солнца. "Я думаю, что сейчас самое подходящее время для полета на Луну, пока она еще не изучена и вызывает огромный интерес, - поделилась мыслями в своем интервью для Space.com Сара Ноубл (Sarah Noble), ученый из программы LADEE. - А по поводу сияний, замеченных 40 лет назад экспедицией "Аполлона- 17", скажу, что у нас есть теория на этот счет. Причиной этому могла послужить лунная пыль, которая выбрасывается над поверхностью Луны и левитирует вследствие электростатического заряда, а ультрафиолетовая радиация придает ей свечение". Кроме исследования спутника Земли, ученые впервые опробуют лазерную передачу данных на огромной дистанции. Такой способ намного быстрее радиосвязи. Максимальная скорость может достигать 600 Мбит/c. После посадки научные работы запланированы на 100 дней.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026