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Nanomatériaux auto-assemblés pour une fabrication durable

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Nanomatériaux auto-assemblés pour une fabrication durable

À mesure que les appareils électroniques deviennent plus petits, les matériaux nécessaires à leur fabrication deviennent également plus petits. Nanosciences Il s’agit de l’étude de matériaux extrêmement petits qui trouvent des utilisations dans les applications de stockage d’énergie, d’électronique, de santé et de sécurité, etc.

Désormais, une équipe dirigée par le département américain de l'Énergie (Ministère de l'Énergie) Le Lawrence Berkeley National Laboratory a développé une nouvelle méthode d'auto-assemblage pour fabriquer plusieurs couches 2D Nano-papiers. Une nanofeuille est un matériau extrêmement petit, semblable à une lasagne, composé de très fines couches de polymères et de nanoparticules.

Ces nanofeuilles ont considérablement réduit le nombre de défauts par rapport aux méthodes précédentes, ce qui prolongera la durée de vie de certains appareils électroniques grand public. Étant donné que les nanofeuilles fabriquées avec cette nouvelle méthode sont recyclables, cette méthode peut également permettre une approche de fabrication durable qui réduit le nombre de pièces d'un appareil électronique qui doivent être éliminées dans les décharges.

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« Nos travaux surmontent un obstacle de longue date dans le domaine des nanosciences : étendre la fabrication de nanomatériaux en matériaux utiles pour les applications manufacturières et commerciales. « C'est vraiment excitant parce que cela a pris des décennies. » —Ting Xu, Laboratoire national Lawrence Berkeley

L’équipe est la première à développer avec succès un matériau barrière polyvalent et haute performance à partir de nanofeuilles auto-assemblées. Les chercheurs ont utilisé la source avancée de photons (Agence de presse algérienne), une Ministère de l'Énergie Bureau des installations pour les utilisateurs scientifiques à Ministère de l'ÉnergieLaboratoire National d'Argonne. C'était une percée Rapporté dans le magazine nature.

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« « Notre travail surmonte un obstacle de longue date dans le domaine des nanosciences : élargir la fabrication de nanomatériaux en matériaux utiles pour la fabrication et les applications commerciales », a déclaré Ting Xu, scientifique principal du Berkeley Lab, le chercheur principal qui a dirigé l'étude. « « C'est vraiment excitant parce que cela a pris des décennies. »

L’un des défis liés à l’exploitation des nanosciences pour créer des matériaux fonctionnels réside dans la nécessité d’assembler de nombreux petits éléments. Ceci afin que le nanomatériau puisse devenir suffisamment gros pour être utile. Bien que l'empilement de nanofeuilles soit l'un des moyens les plus simples de transformer des nanomatériaux en un produit, « Les « défauts d’empilement » – les espaces entre les nanofeuilles – sont inévitables lorsque l’on travaille avec des nanofeuilles existantes.

« Si vous envisagez de construire un 3D A partir de carreaux fins et plats, vous aurez des couches qui atteignent la hauteur de la structure. « Mais vous aurez également des espaces dans chaque couche où les deux carreaux se rencontrent », a déclaré la première auteure Emma Fargo, ancienne étudiante diplômée et chercheuse postdoctorale au Berkeley Lab. « « Il est tentant de réduire le nombre d'espaces en agrandissant les carreaux, mais ils deviennent plus difficiles à travailler », explique Vargo.

Le nouveau matériau nanofeuille résout le problème de l’empilement des défauts en contournant complètement l’approche des feuilles empilées séquentiellement. Au lieu de cela, l’équipe a mélangé un mélange de matériaux connus pour s’auto-assembler en petites molécules. Ils ont utilisé des couches alternées de matériaux constitutifs, en suspension dans un solvant.

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Expériences sur la source de neutrons de fragmentation, A Ministère de l'Énergie Bureau des installations pour les utilisateurs scientifiques à Ministère de l'ÉnergieLe laboratoire national d'Oak Ridge, à Oak Ridge, a aidé les chercheurs à comprendre les premières étapes grossières de l'auto-assemblage des mélanges. Au fur et à mesure que le solvant s'évapore, les petites particules s'agrègent et s'organisent spontanément en couches de matrice rugueuses. Ils se solidifient ensuite en nanofeuillets denses. De cette manière, les couches ordonnées sont formées simultanément plutôt que empilées les unes après les autres dans un processus séquentiel. Les petites pièces doivent seulement être déplacées sur de courtes distances pour être organisées et combler les espaces. Cela évite en outre les problèmes de mobilité « tuiles »et les inévitables écarts entre eux.

Les chercheurs s’attendaient à ce que le mélange complexe utilisé dans la présente étude possède deux propriétés idéales. Ils s’attendaient également à ce que le nouveau système de nanoplaques soit légèrement affecté par la chimie de surface différente. Ils ont estimé que cela permettrait au même mélange de former une barrière protectrice sur diverses surfaces, telles que l'écran de verre d'un appareil électronique ou un masque en polyester.

Pour tester les performances du matériau en tant que couche isolante dans de nombreuses applications différentes, les chercheurs ont fait appel à certaines des meilleures installations de recherche du pays.

Lors des expériences en Agence de presse algérienneLes chercheurs ont étudié comment un mélange de polymères, de petites molécules organiques et de nanoparticules forme une couche sur la paroi interne d'un capillaire de quartz lorsque le solvant s'évapore lentement dans l'air sec.

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« Merci d'avoir brillé Rayon X produit par Agence de presse algérienne et un détecteur de rayons X avancé positionné dans la ligne de lumière 8-ID-I« Nous avons pu cartographier la manière dont chaque composant s'assemble sur une large gamme d'échelles de longueur », a déclaré Qingting Zhang, scientifique d'Argonne, co-auteur de l'article.

Maintenant qu’ils ont démontré avec succès comment fabriquer facilement un matériau polyvalent et fonctionnel pour diverses applications industrielles à partir d’un seul nanomatériau, les chercheurs prévoient d’améliorer la recyclabilité du matériau. Ils ajouteront également la possibilité d'ajuster les couleurs (il est actuellement disponible en bleu) à son répertoire.

le Agence de presse algérienne En cours de mise à niveau complète. Une fois la mise à niveau terminée Agence de presse algérienne Il permettra d’étudier l’auto-assemblage des nanoparticules depuis l’échelle nanométrique jusqu’à l’échelle du dispositif, en commençant dès le début du processus d’auto-assemblage.

référence: Fargo E, Ma L, Li H et al. Composés fonctionnels par programmation de croissance de nanofeuilles basée sur l'entropie. nature. 2023;623(7988):724-731. est ce que je: 10.1038/s41586-023-06660-x

Cet article a été republié ci-dessous Matiéres. Remarque : Le matériel peut avoir été modifié en termes de longueur et de contenu. Pour plus d’informations, veuillez contacter la source susmentionnée.

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Les nuages ​​de poussière issus de l’exploitation minière en haute mer parcourent de longues distances – Recherche

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Les nuages ​​de poussière issus de l’exploitation minière en haute mer parcourent de longues distances – Recherche

Halbom a noté que l’exploitation minière en haute mer pourrait avoir lieu à des profondeurs en dessous desquelles la vie n’a pas encore été décrite.

Entre autres choses, le limon des fonds marins, qui sera remué lors de l’extraction des nodules de manganèse, constitue une préoccupation majeure. Étant donné que la vie dans les profondeurs marines est largement inconnue, l’assombrissement des eaux créera des effets totalement inconnus.

Pour ses recherches, Halbom a mené des expériences en utilisant différents instruments pour mesurer la quantité et la taille des particules en suspension dans l’eau. Au fond du Clarion-Clipperton Tract, une vaste zone située au fond de l’océan Pacifique, elle a effectué des mesures avec ces instruments avant et après avoir traîné un réseau de 500 kilogrammes de chaînes en acier sur le fond.

Le scientifique a noté : « La première chose qui attire votre attention lorsque vous effectuez des mesures dans cette zone est la clarté inimaginable de l’eau qui est naturellement. » « Après avoir tiré les chaînes d’avant en arrière sur 500 mètres, la grande majorité des matériaux agités se sont déposés en seulement quelques centaines de mètres. Cependant, nous avons également constaté qu’une petite partie des matériaux de fond agités était encore visible à des centaines de mètres. le site de test. » mètres au-dessus du fond et l’eau était plus sombre que d’habitude sur de longues distances depuis le site de test.

Dans une étude de suivi, à laquelle Halbom n’a pas participé, des « nuages ​​​​de poussière » étaient visibles même jusqu’à cinq kilomètres du site d’essai.

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Les entreprises qui se disputent des concessions pour extraire des minéraux des fonds marins exploitent les résultats de ces expériences préliminaires comme une indication de l’impact réduit de l’exploitation minière en eaux profondes sur la vie au fond des mers. Cependant, cela est injustifié, a déclaré Henko de Stegter, co-promoteur des recherches de Halbom et océanographe à l’Institut royal néerlandais de recherche marine.

« Certes, sur la base de cette recherche doctorale et également des recherches ultérieures, nous savons que la grande majorité de la poussière se dépose rapidement », a-t-il ajouté. « Mais si l’on prend en compte la pureté habituelle de cette eau et de cette vie. en haute mer dépend d’une nourriture extrêmement rare dans l’eau, « Cette dernière partie peut avoir un impact important ».

Halbom et De Stegter appellent à davantage de recherches avant de faire des déclarations fermes sur l’impact de l’exploitation minière en haute mer.

« Il est vraiment trop tôt pour dire à ce stade à quel point ce dernier morceau de poussière qui pourrait se propager sur de si grandes distances pourrait être nocif ou nocif », a souligné De Stegter.

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Un concept de fusée à plasma pulsé financé par la NASA vise à envoyer des astronautes sur Mars d’ici deux mois

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Un concept de fusée à plasma pulsé financé par la NASA vise à envoyer des astronautes sur Mars d’ici deux mois

Un système de fusée innovant pourrait révolutionner les futures missions spatiales lointaines vers Mars, en réduisant leur nombre temps de voyage Sur la Planète Rouge pour quelques mois seulement.

L’objectif de faire atterrir des humains sur Mars a présenté une myriade de défis, notamment la nécessité de transporter rapidement de grosses charges utiles vers et depuis la planète lointaine, ce qui, selon l’emplacement de la Terre et de Mars, prendrait environ deux ans pour un aller-retour en utilisant technologie de propulsion actuelle.

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Les scientifiques pensent avoir découvert la source des « circuits radio individuels »

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Les scientifiques pensent avoir découvert la source des « circuits radio individuels »

Au cours des cinq dernières années, les astronomes ont découvert un nouveau type de phénomène astronomique qui existe à grande échelle, plus grande que des galaxies entières. Appelés ORC (circuits radio individuels), ils ressemblent à des anneaux géants d’ondes radio s’étendant vers l’extérieur comme une onde de choc.

Jusqu’à présent, les ORC n’ont jamais été observés à d’autres longueurs d’onde que la radio, mais selon une nouvelle… papier Libérés le 30 avril 2024, les astronomes ont capturé pour la première fois des rayons X associés à ORC.

Cette découverte fournit de nouveaux indices sur ce qui pourrait se cacher derrière la création de l’ORC.

Alors que de nombreux événements astronomiques, tels que les explosions de supernova, peuvent laisser des restes circulaires, les ORC semblent nécessiter une explication différente.

« L’énergie nécessaire pour produire une émission radio aussi étendue est très puissante », a déclaré Israa Bulbul, auteur principal de la nouvelle recherche. « Certaines simulations peuvent reproduire leurs formes mais pas leurs densités. Aucune simulation n’explique comment les ORC sont créés. »

Les ORC peuvent être difficiles à étudier, en partie parce qu’ils ne sont généralement visibles qu’aux longueurs d’onde radio. Ils n’ont jamais été associés à des émissions de rayons X ou d’infrarouges, et il n’y a aucun signe d’eux aux longueurs d’onde optiques.

Parfois, les ORC entourent une galaxie visible, mais pas toujours (huit ont été découverts jusqu’à présent autour de galaxies elliptiques connues).

À l’aide du télescope XMM-Newton de l’ESA, Bulbul et son équipe ont observé l’un des ORC connus les plus proches, un objet appelé Cloverleaf, et ont découvert une composante de rayons X frappante de cet objet.

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Cette image multi-longueurs d’onde de l’ORC Cloverleaf (circuit radio unique) combine les observations de lumière visible de l’ancienne enquête DESI (Dark Energy Spectral Analyser) en blanc et jaune, les rayons X de XMM-Newton en bleu et la radio d’ASKAP (Australien). Carré) Matrice de kilomètres Pathfinder) en rouge. (X. Zhang et M. Kluge/MPE/B. Koribalski/CSIRO)

« C’est la première fois que quelqu’un voit l’émission de rayons X associée à un ORC », a déclaré Bulbul. « C’était la clé manquante pour percer le secret de la Formation Cloverleaf. »

Une radiographie d’une feuille de trèfle montre un gaz qui a été chauffé et déplacé par un processus. Dans ce cas, les émissions de rayons X révèlent deux amas de galaxies (environ une douzaine de galaxies au total) qui ont commencé à fusionner à l’intérieur de la feuille de trèfle, chauffant le gaz à 15 millions de degrés Fahrenheit.

Les fusions chaotiques de galaxies sont intéressantes, mais elles ne peuvent pas expliquer à elles seules une feuille de trèfle. Les fusions de galaxies se produisent dans tout l’univers, tandis que les ORC sont un phénomène rare. Il y a quelque chose d’unique qui se passe pour créer quelque chose comme Cloverleaf.

« Les processus de fusion constituent l’épine dorsale de la formation de la structure, mais il y a quelque chose de spécial dans ce système qui déclenche l’émission radio », a déclaré Bulbul. « Nous ne pouvons pas savoir de quoi il s’agit pour l’instant, nous avons donc besoin de données plus nombreuses et plus approfondies provenant à la fois des radiotélescopes et des télescopes à rayons X. »

Cela ne veut pas dire que les astronomes n’ont aucune idée.

« Un aperçu fascinant du signal radio puissant est que les trous noirs supermassifs résidents ont connu des épisodes d’activité intense dans le passé et que les électrons restants de cette activité ancienne ont été réaccélérés par cet événement de fusion », a déclaré Kim Weaver, scientifique du projet de la NASA, à XMM. -Newton.

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En d’autres termes, les ORC comme Cloverleaf peuvent nécessiter une histoire d’origine en deux parties : de puissantes émissions provenant de trous noirs actifs et supermassifs, suivies d’ondes de choc de fusion de galaxies qui donnent un deuxième coup de pouce à ces émissions.

Cet article a été initialement publié par L’univers aujourd’hui. est en train de lire Article original.

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