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:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Носимый ультразвуковой пластырь UPatch для мониторинга беременности 19.06.2026

Беременность - один из самых ответственных периодов в жизни женщины, когда выявление любых отклонений может сыграть решающую роль в здоровье матери и ребенка. Современные методы мониторинга, такие как периодическое ультразвуковое исследование и кардиотокография, имеют серьезные ограничения: они дают лишь кратковременные снимки состояния и часто сопровождаются ложными тревогами. Ученые предложили инновационное решение в виде носимого ультразвукового пластыря, который способен вести непрерывное наблюдение за плодом прямо в утробе матери. Эта технология, получившая название UPatch, открывает новые возможности для раннего обнаружения осложнений и более полного понимания развития ребенка. Разработка UPatch представляет собой первый в своем роде мягкий носимый ультразвуковой датчик, способный в реальном времени фиксировать анатомические структуры плода, кровоток в сосудах и работу пуповины. Устройство компенсирует движения плода и слабые сигналы из глубоких тканей благодаря специальным ал ...>>

Планшет-бумбокс Lenovo Tab Plus Gen 2 18.06.2026

Компания Lenovo представила Tab Plus Gen 2 - обновленную версию популярной модели 2024 года. Новинка получила более крупный дисплей, усиленную аудиосистему и современное программное обеспечение, что делает ее привлекательным выбором для тех, кто любит смотреть видео, слушать музыку и работать в мобильном формате. Устройство сочетает в себе возможности планшета и портативной колонки, подчеркивая акцент на развлечениях. Одним из главных улучшений стал экран, диагональ которого выросла с 11,5 до 12,1 дюйма. Это LCD-панель с высоким разрешением 2560 х 1600 пикселей (2,5K), частотой обновления 120 Гц, поддержкой Dolby Vision и HDR10. В режиме высокой яркости дисплей способен достигать 800 нит, что обеспечивает комфортное восприятие контента даже в хорошо освещенных помещениях. Благодаря этим характеристикам изображение становится более детализированным и плавным. Особое внимание производитель уделил звуку. Аудиосистема планшета теперь включает девять динамиков JBL с поддержкой Dolby A ...>>

Случайная новость из Архива Запуск первой общедоступной сети 5G в США 17.03.2019 Оператор сотовой связи Verizon объявил о запуске первой общедоступной сети 5G в США. Начиная с 11 апреля, 5G будет доступна в Чикаго и Миннеаполисе. Первым смартфоном, доступным для пользователей в сети 5G, будет Moto Z3 с 5G Moto Mod. В конце года будут выпущены Samsung Galaxy S10 5G и LG V50 ThinQ. С абонентов Verizon будут брать дополнительные 10 долларов в месяц за доступ, цены на тарифы оператора теперь стартуют от 85 долларов в месяц. В Verizon пообещали не ограничивать объем передаваемых данных в 5G-сетях. Verizon намерена доставить 5G в более чем 30 городов в 2019 году. На MWC Barcelona 2019 представитель компании Qualcomm заявил, что в 2019 году 20 операторов мобильной связи запускают 5G на 60 рынках. В конце 2018 года первые коммерческие сети 5G запустили в США и Южной Корее.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026