Connect with us

science

Le réacteur plasma en fibre de carbone permet une adaptabilité extrême sans compromis recherche

Published

on

Le réacteur plasma en fibre de carbone permet une adaptabilité extrême sans compromis  recherche

La production de céramiques et d’alliages à point de fusion extrêmement élevé pour les applications de moteurs et de corps de fusée nécessite souvent des températures non seulement très élevées, mais également parfaitement soutenues et uniformes. Un nouveau réacteur prétend pouvoir répondre à ces normes strictes grâce à une configuration à base de fibre de carbone qui produit du plasma avec des températures allant jusqu’à 8 000 K sur plusieurs centimètres cubes et qui est également stable pendant 10 minutes.

Le plasma stable, familier des enseignes au néon et des téléviseurs, exploite des pressions extrêmement basses, où la tension appliquée enlève les électrons du gaz, qui se précipitent ensuite vers l’électrode positive. Cependant, la faible masse des électrons signifie que même à des vitesses élevées, ils n’ont pas l’impulsion nécessaire pour influencer les réactions chimiques. Comme la vitesse des ions restants change peu, la température du gaz lui-même reste basse.

Pour générer un plasma à haute température, des pressions plus élevées sont nécessaires, de sorte que les collisions entre ions étroitement emballés augmentent leur vitesse. À l’aide d’une pointe pointue autour de laquelle focaliser un champ électrique, des filaments de plasma peuvent être créés à la pression atmosphérique en fournissant un chemin privilégié aux électrons – le principe derrière les paratonnerres. Cependant, ici, la température n’augmente que sur la longueur du filament. La différence de température entre les filaments du plasma et le gaz environnant rend ce plasma très instable.

« Ce que nous faisons ici, c’est une combinaison des deux », explique Liangping Hu, de l’Université du Maryland. « Nous avons des pointes donc nous avons une température élevée, mais elles se soutiennent donc nous avons de la stabilité. »

READ  La sonde Emirati Hope suit une énorme tempête de poussière sur Mars

Avantage carbone

Les chercheurs ont utilisé des fibres de carbone de chaque côté d’une cavité à plasma à pression atmosphérique. Certaines fibres de carbone tissées dans le feutre sont naturellement plates tandis que d’autres tiennent debout. Ces faisceaux de fibres courtes et droites sont essentiels à la stabilité du plasma, fournissant efficacement un réseau de paratonnerres afin que les filaments de plasma de chacun d’eux convergent, donnant une température très uniforme et élevée.

«Nous avons eu de la chance», déclare Ji-Cheng Zhao, également du Maryland. Monde de la chimie, qui met en valeur l’excellente conductivité thermique de la fibre de carbone, qui évacue efficacement la chaleur. « Même si la température du plasma est de 8 000 degrés Celsius, nous ne brûlons pas la pointe comme un fou : nous pouvons garder le plasma allumé pendant 10 minutes. »

Comme il le souligne, les gens savent depuis longtemps que les conseils sont utiles lors de la création de plasma. Les scientifiques ont également tenté de créer des sous-structures dans l’espoir de produire l’effet que l’équipe américaine a désormais obtenu. Cependant, force est de constater qu’aucun d’entre eux n’a tenté d’utiliser le carbone, qui s’est avéré être l’élément magique. Le carbone retient beaucoup moins étroitement les électrons que les métaux, de sorte que le potentiel d’émission est plus faible et qu’il présente l’une des températures de fusion les plus élevées parmi les matériaux connus – même si le carbone doit être brûlé à des températures de plasma extrêmement élevées, il survit grâce à sa chaleur élevée. Livraison. Même les longues fibres rebelles perpendiculaires à la surface du feutre jouent un rôle utile lors du démarrage du plasma. « L’essentiel est d’utiliser ces matrices de carbone », explique Hu. « Cela a pratiquement résolu tous les problèmes. »

READ  L'IA aide à étudier les premières images du télescope spatial James Webb • The Record

Lakshminarayana Rao de l’Institut indien des sciences, qui a également étudié les moyens d’exploiter le plasma mais n’a pas participé à ces recherches, a souligné l’utilité de ce développement. « Les plasmas thermiques ont une densité d’énergie élevée qui facilite les processus et le traitement des matériaux à des températures extrêmement élevées, conduisant à l’invention et aux tests de nouveaux matériaux. »

apparence

Les chercheurs ont déjà utilisé cette configuration pour fabriquer du carbonitrure de hafnium – « le matériau au point de fusion le plus élevé prévu à partir des premiers principes », souligne Zhao, et donc utile pour divers moteurs hautes performances et même des fusées. Les chercheurs ont également pu activer et désactiver le plasma, ce qui leur a permis d’exploiter cette configuration pour fabriquer un verre amorphe d’oxyde de magnésium, malgré son point de fusion très élevé de 2 850 degrés Celsius.

Ils étudient actuellement si le réacteur pourrait être utilisé pour détruire ce que l’on appelle les « produits chimiques éternels » ou PFAS. Bien que la taille de leur réacteur soit limitée par l’alimentation électrique du laboratoire, les chercheurs pensent qu’avec plus de puissance, ils pourraient l’augmenter de plusieurs centimètres carrés de largeur et de plusieurs dizaines de millimètres de profondeur.

Continue Reading
Click to comment

Leave a Reply

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

science

Une nouvelle étude met en lumière la durée de vie du requin du Groenland, un record

Published

on

Une nouvelle étude met en lumière la durée de vie du requin du Groenland, un record

Les requins du Groenland grandissent lentement (moins de Un centimètre par an(Précisément), mais ils peuvent vivre ce qui semble être éternel – du moins comparé à une durée de vie humaine. Les requins polaires peuvent vivre des siècles, avec un spécimen mesurant 16 pieds de long Il a été identifié en 2016 Ces esprits anciens semblent avoir au moins 272 ans. Ces données font de ces esprits anciens les vertébrés les plus anciens connus de la science.

Les raisons de la longévité des requins du Groenland restent un mystère, mais selon… Sciences vivantesUne étude récente présentée lors de la conférence de la Society for Experimental Biology en juillet 2024 suggère que le métabolisme animal pourrait servir d’indice.

Quelque chose de petit, Métabolisme C’est le processus par lequel les enzymes convertissent les nutriments en énergie qui est ensuite utilisée pour construire et réparer les tissus. Tendance à Ralentir avec l’âge Dans la plupart des organismes, la production d’énergie est réduite, le renouvellement et la réparation cellulaires sont entravés et les déchets sont éliminés moins efficacement des cellules.

Au niveau de son métabolisme, le requin du Groenland n’est pas comme les autres espèces. Auteurs de l’étude Les chercheurs ont prélevé des échantillons de tissus sur 23 requins et testé différentes enzymes de chacun pour calculer leurs taux métaboliques et leurs réponses à différentes températures. Ils ont ensuite mesuré le corps des requins pour déterminer leur âge, révélant des âges allant de 60 à 200 ans. Il n’y avait aucune différence dans la fonction enzymatique entre les requins d’âges différents, ce qui signifie qu’ils ne vieillissent pas de la même manière que la plupart des espèces. L’étude suggère également que le métabolisme des requins du Groenland ne ralentit pas avec le temps, ce qui contribue probablement à leur longévité.

READ  Une nouvelle source inattendue d'ondes gravitationnelles

Les chercheurs s’accordent à dire que calculer l’âge d’un requin n’est pas facile. Ils étudient généralement attacher Il est possible de mesurer l’âge d’un requin grâce à ses vertèbres vertébrales. Cependant, les requins du Groenland sont plus complexes car leurs vertèbres sont trop molles pour former des bandes. Les scientifiques ont dû faire preuve de créativité pour déterminer leur âge. En 2016, des experts ont appris qu’ils pouvaient estimer l’âge du requin du Groenland en… RadiocarboneCe processus mesure le carbone 14, un dioxyde de carbone radioactif présent dans tout organisme vivant, aux yeux des organismes marins. Les événements historiques qui ont provoqué une augmentation des niveaux de carbone 14, tels que l’augmentation des essais nucléaires après la Seconde Guerre mondiale, aident les chercheurs à estimer l’âge du requin du Groenland. Les experts ont également appris que l’âge d’un requin du Groenland peut être estimé approximativement en l’examinant. La longueur du corps.

Il n’existe actuellement aucun moyen de déterminer l’âge exact des requins, mais les scientifiques s’efforcent d’améliorer leurs méthodes de recherche.

Lisez d’autres histoires sur les créatures marines :

Continue Reading

science

De nouvelles connaissances sur les liaisons hydrogène interfaciales pourraient faire progresser l’évolution du photohydrogène

Published

on

De nouvelles connaissances sur les liaisons hydrogène interfaciales pourraient faire progresser l’évolution du photohydrogène

Schéma montrant les changements dans l’activité de réaction associés au changement d’épaisseur de la couche d’eau à la surface du photocatalyseur.2 Les taux de formation augmentent avec l’augmentation des couches d’eau jusqu’à trois couches. Lorsque plus de trois couches d’eau recouvrent la surface, les couches d’eau liquides renforcent/durcissent les réseaux de liaisons hydrogène entre les surfaces. Les réseaux de liaisons hydrogène interfaciales durcis entravent le transfert de trous couplés aux protons entre les surfaces, entraînant une diminution significative de la densité des liaisons hydrogène interfaciales.2 Taux de formation. Crédit image : Zhongqiu LIN, Toshiki Sugimoto

La photosynthèse de l’hydrogène à partir de l’eau est une technologie essentielle pour parvenir à une production durable d’hydrogène. Cependant, l’effet direct de la microstructure des molécules d’eau sur la photoréaction reste inexploré.

dans une étude, Apparence dans Journal de la Société américaine de chimieles rôles critiques de la structure des liaisons hydrogène entre les interfaces et leur dynamique, ainsi que l’environnement aqueux idéal de l’interface pour la promotion de l’hydrogène2 Un dégagement d’hydrogène photocatalytique a été détecté. Le titre de l’article est « Effets positifs et négatifs des liaisons hydrogène interfaciales sur l’évolution photochimique de l’hydrogène ».

Ces résultats fournissent des informations au niveau moléculaire qui peuvent aider à concevoir les conditions des eaux de surface afin d’améliorer les performances photosynthétiques.

La production d’hydrogène par division photocatalytique de l’eau est une solution énergétique durable de nouvelle génération en exploitant l’énergie de la lumière à température ambiante. Cependant, la conception de photocatalyseurs innovants reste un défi en raison de la compréhension limitée au niveau moléculaire des molécules d’eau de surface et de leurs réseaux de liaisons hydrogène.

Révéler les propriétés physicochimiques de ces molécules d’eau de surface est crucial pour améliorer l’efficacité photocatalytique et réaliser des percées dans la production durable d’hydrogène.

Les chercheurs (Zhongqiu Lin et al.) dirigés par Toshiki Sugimoto, professeur agrégé à l’Institut des sciences moléculaires/Université supérieure d’études avancées, SOKENDAI, ont étudié de manière approfondie l’effet des réseaux de liaisons hydrogène interfaciales utilisant différents TiO2 photocatalyseurs et a révélé un rôle essentiel pour la structure/dynamique des liaisons hydrogène interfaciales et l’environnement aqueux idéal des interfaces aqueuses interfaciales.2 développement.

Ils ont pu contrôler l’épaisseur de l’eau absorbée depuis une sous-monocouche jusqu’à plusieurs couches en ajustant avec précision la pression de la vapeur d’eau. Grâce à cette approche, ils ont réussi à prouver directement la liaison hydrogène.2 Taux de formation et microstructure des réseaux de liaisons hydrogène par spectrométrie de masse en temps réel et spectroscopie d’absorption infrarouge.

Quelle que soit la structure cristalline du dioxyde de titane2 À l’aide d’un photocatalyseur (brocite, anatase ou mélange d’anatase et de rutile), ils ont observé une augmentation linéaire de H2 Le taux de formation augmente avec l’absorption d’eau jusqu’à trois couches, ce qui indique que des molécules d’eau réactives sont présentes non seulement dans la première couche absorbée mais également dans plusieurs couches supérieures.

Effets positifs et négatifs des liaisons hydrogène interfaciales sur l'évolution photochimique de l'hydrogène

(a) Modification du taux de formation d’hydrogène par photoclivage de l’eau lorsque le nombre de couches d’eau (quantité de molécules d’eau adsorbées) est systématiquement modifié sous différentes pressions de vapeur d’eau. (b) Dépendance de la zone de la bande d’étirement O−H sur le nombre de couches d’eau (noir : zone spectrale totale, vert : zone spectrale du composant eau à l’interface, bleu : zone spectrale du liquide). composant eau). Le spectre de la composante eau à l’interface, qui présente une forme spectrale clairement différente de celle de l’eau liquide en vrac, a presque saturé l’espace au niveau de deux couches moléculaires, tandis que la composante eau de type liquide, qui présente une forme spectrale qui est presque le même que celui de l’eau liquide en vrac, augmente lorsque les molécules sont absorbées L’eau en couches plus épaisses que trois couches. (c) Modification du spectre de vibration OH du composant eau à l’interface provoquée par l’adsorption de plus de trois couches moléculaires d’eau. Droits d’auteur : Zhongqiu LIN, Toshiki Sugimoto

Cependant, le H2 Le taux de formation diminuait considérablement lorsque plus de trois couches d’eau recouvraient le dioxyde de titane.2 Surface.

Dans ce cas, les spectres infrarouges indiquaient clairement deux types d’eau différents adsorbés sur le dioxyde de titane.2 Surface : eaux de surface et eaux liquides. En raison des multiples interactions entre les molécules d’eau adsorbées, l’eau liquide adsorbée dans plus de trois couches a conduit au renforcement de la liaison hydrogène de surface, ce qui a entravé le transfert des trous couplés aux protons de surface et a considérablement réduit la liaison hydrogène de surface.2 Taux de formation.

Sur la base de ces connaissances microscopiques, leur étude suggère que le dépôt de trois couches d’eau dans un environnement de vapeur d’eau est idéal pour l’évolution photochimique de l’hydrogène.

La photocatalyse a été largement étudiée depuis plus d’un demi-siècle, en particulier dans les environnements en solution aqueuse. Dans ce contexte, cette étude représente un changement de paradigme potentiel, démontrant l’efficacité des environnements de vapeur d’eau par rapport aux systèmes de réaction en phase liquide conventionnels.

Ces résultats ouvrent de nouvelles voies de conception et d’ingénierie au niveau moléculaire de l’eau d’interface vers le développement de systèmes photocatalytiques plus innovants pour la production d’énergie renouvelable de nouvelle génération.

Plus d’information:
Zhongqiu Lin et al., Effets positifs et négatifs des liaisons hydrogène interfaciales sur l’évolution photochimique de l’hydrogène, Journal de la Société américaine de chimie (2024). DOI : 10.1021/jacs.4c04271

Fourni par les Instituts nationaux des sciences naturelles


la citation:De nouvelles connaissances sur les liaisons hydrogène interfaciales pourraient stimuler l’évolution photocatalytique de l’hydrogène (19 juillet 2024) Extrait le 19 juillet 2024 de https://phys.org/news/2024-07-insights-interfacial-hydrogen-bonds-photocatalytic .html

Ce document est soumis au droit d’auteur. Nonobstant toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie de celui-ci ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif uniquement.

READ  Une étude révèle des structures protéiques qui pourraient être responsables des origines de la vie
Continue Reading

science

La mission Juice de l’ESA survolera la Terre en août 2024

Published

on

La mission Juice de l’ESA survolera la Terre en août 2024

La sonde Jupiter de l’Agence spatiale européenne, Juice, devrait survoler la Terre et la Lune les 19 et 20 août 2024 et pourrait devenir un objet visible dans le ciel nocturne.

Dans ce que l’Agence spatiale européenne décrit comme une « double première mondiale », le Jupiter Icy Moons Explorer (JUS) effectuera le tout premier survol de la Lune et la toute première manœuvre d’assistance gravitationnelle double.

Le survol est effectué dans le cadre de la mission de Gus vers Jupiter et utilisera la gravité terrestre pour modifier la vitesse et la direction du vaisseau spatial alors qu’il se dirige vers la planète géante gazeuse.

C’est ce qu’on appelle « l’assistance gravitationnelle ».

Un diagramme montrant le voyage du vaisseau spatial Juice vers Jupiter, y compris un survol en août 2024. Cliquez sur l’image pour l’agrandir. Droits d’auteur : Agence spatiale européenne

Explication du vol de Juice Earth

La mission Juice de l’Agence spatiale européenne vise à étudier Jupiter, la plus grande planète du système solaire, et ses lunes glacées galiléennes Europe, Ganymède et Callisto.

La mission Juice a décollé de la Terre le 14 avril 2023 et a commencé son voyage vers Jupiter. Alors, que fait cette mission pendant son retour sur Terre ? Ne devrait-elle pas être en route vers là-bas ?

Envoyer un vaisseau spatial de la Terre vers un autre corps du système solaire n’est pas aussi simple que de tracer une ligne droite entre les deux et de suivre ce chemin.

Jupiter se trouve à 800 millions de kilomètres de la Terre, donc un vaisseau spatial comme Juice devrait être lancé sur une fusée puissante pour pouvoir échapper à la gravité de notre planète et commencer son voyage à travers le système solaire.

READ  La sonde Emirati Hope suit une énorme tempête de poussière sur Mars

Si Juice se dirigeait directement vers Jupiter, il lui faudrait une énorme quantité de carburant pour s’arrêter efficacement une fois atteint le système Jupiter, afin que Juice puisse entrer sur une orbite stable autour de la planète et ne pas simplement survoler.

Ce freinage peut être effectué tôt en vol en utilisant la gravité d’autres planètes pour modifier la trajectoire du vaisseau spatial, lui permettant ainsi de changer de direction et de ralentir.

Parfois, la gravité de la planète peut être utilisée pour accélérer le vaisseau spatial, permettant à la sonde de se précipiter vers l’objet en question avant de s’envoler au dernier moment.

La mission Juice de l'ESA a été lancée le 14 avril 2023. Copyright : ESA - M.  Pédos
La mission Juice de l’ESA a été lancée le 14 avril 2023. Copyright : ESA – M. Pédos

Que se passera-t-il pendant le vol ?

À mesure que Juice s’approche de la Terre, la gravité de notre planète modifiera la trajectoire de Juice dans l’espace, le ralentissant et le redirigeant sur une autre trajectoire pour un survol de Vénus en août 2025.

Le jus accélérera en passant devant Vénus, puis deux fois devant la Terre.

Alors pourquoi ne pas profiter de ce survol de la Terre et de la Lune en 2024 pour accélérer le rover Juice ?

« De manière quelque peu contre-intuitive, utiliser les survols de la Lune et de la Terre pour ralentir le véhicule à ce stade de son voyage est en réalité plus efficace que d’utiliser les survols de la Lune pour l’accélérer », explique l’Agence spatiale européenne.

Un diagramme montrant l'approche de Joss vers la Terre le 20 août 2024. Droit d'auteur : Agence spatiale européenne
Un diagramme montrant l’approche de Juice vers la Terre le 20 août 2024. Cliquez pour agrandir. Droits d’auteur : Agence spatiale européenne

« Si nous avions utilisé ce survol pour donner un coup de pouce à Joss vers Mars, nous aurions dû attendre longtemps avant le prochain survol planétaire.

READ  L'IA aide à étudier les premières images du télescope spatial James Webb • The Record

« Cette première manœuvre de « freinage » est un moyen de raccourcir le chemin à travers le système solaire interne. »

« C’est comme traverser un couloir très étroit, très rapidement, avec la manette des gaz poussée au maximum alors que la marge au bord de la route n’est que de quelques millimètres », explique Ignacio Tanco, directeur des opérations du vaisseau spatial de Juice Spacecraft.

Du 17 au 22 août, Juice sera en contact avec des stations au sol du monde entier, où les ingénieurs surveillent les données et effectuent les ajustements nécessaires.

Récompense de connaissances

Les instruments de Juice seront allumés lorsque le vaisseau spatial passera près de la Lune et de la Terre.

Cela permettra à l’équipe de tester pour la première fois la capacité des appareils à collecter des données sur un objet du système solaire dans l’espace.

Cela donne à l’équipe scientifique une bonne occasion de calibrer et d’ajuster les instruments avant que Joyce n’arrive à Jupiter.

La Terre vue de l'espace, Juice Explorer, 14 avril 2023 Copyright : ESA/Juice/JMC, CC BY-SA 3.0 IGO
La Terre depuis l’espace, capturée par la sonde spatiale JUICE, le 14 avril 2023. Crédit image : ESA/Juice/JMC, CC BY-SA 3.0 IGO

Le jus sera-t-il visible depuis le sol ?

Selon l’Agence spatiale européenne, il est peut-être possible de voir le rover Juice depuis la Terre pendant son survol, mais il lui faudra un ciel dégagé et, surtout, être au bon endroit.

L’approche la plus proche de Juice de la Terre aura lieu à 23h57 CEST le 20 août (01h57 UTC le 21 août) 2024.

L’astéroïde survolera l’Asie du Sud-Est et l’océan Pacifique, ce qui signifie que n’importe qui dans cette partie du monde pourra le voir dans le ciel nocturne.

Vous aurez besoin de jumelles puissantes ou d’un télescope si vous souhaitez apercevoir le vaisseau spatial Juice.

READ  Devenir vert : les océans de la Terre changent en raison du changement climatique

Mais ce qui est peut-être plus intéressant, c’est le point de vue de Gus sur nous, plutôt que l’inverse.

Le vaisseau spatial dispose de deux caméras d’observation à son bord et prendra des photos tout au long du survol entre la Lune et la Terre.

Nous espérons le voir largement diffusé sur ce site et sur nos réseaux sociaux.

Si vous parvenez à apercevoir (ou même une photo ?) de Juice en vol, partagez-le avec nous à [email protected].

Continue Reading

Trending

Copyright © 2023