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Une nouvelle « caméra » avec une vitesse d’obturation de 1 billion de seconde voit à travers la turbulence dynamique des atomes

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Une nouvelle « caméra » avec une vitesse d’obturation de 1 billion de seconde voit à travers la turbulence dynamique des atomes
À des vitesses d’obturation lentes, la structure atomique de GeTE apparaît structurée mais floue. Des expositions plus rapides révèlent un schéma complexe clair de déplacements dynamiques. Crédit : Jill Heymann/ORNL, Département américain de l’énergie

Les chercheurs ont compris que les matériaux les plus performants dans les applications énergétiques durables, telles que la conversion de la lumière solaire ou de la chaleur perdue en électricité, utilisent souvent les fluctuations collectives de groupes d’atomes au sein d’une structure beaucoup plus grande. Ce processus est souvent appelé « turbulence dynamique ».

perturbation dynamique

Comprendre la turbulence dynamique dans les matériaux peut conduire à des dispositifs thermoélectriques plus économes en énergie, tels que des réfrigérateurs à semi-conducteurs et des pompes à chaleur, ainsi qu’à une meilleure récupération de l’énergie utile de la chaleur perdue, comme les gaz d’échappement des automobiles et des centrales électriques, en la convertissant directement. en électricité. Le dispositif thermoélectrique était capable de prélever la chaleur du plutonium radioactif et de la convertir en électricité pour alimenter le rover martien lorsqu’il n’y avait pas assez de lumière solaire.

Lorsque des matériaux s’exécutent à l’intérieur d’un appareil de lecture, ils peuvent agir comme s’ils étaient vivants et dansaient – des morceaux de matière réagissant et changeant de manière étonnante et inattendue. Cette turbulence dynamique est difficile à étudier car non seulement les amas sont très petits et désordonnés, mais ils fluctuent également dans le temps. De plus, il existe un désordre « ennuyeux » non volatil dans les matériaux qui ne s’intéresse pas aux chercheurs car le désordre n’améliore pas les propriétés. Jusqu’à présent, il était impossible de distinguer la perturbation dynamique pertinente de l’arrière-plan de la perturbation statique la moins pertinente.

La nouvelle « caméra » a une vitesse d’obturation ultra-rapide d’environ 1 picoseconde

Des chercheurs de Columbia Engineering et de l’Université de Bourgogne rapportent qu’ils ont développé un nouveau type de « caméra » capable de voir les turbulences locales. Son principal avantage est la vitesse d’obturation variable : comme les amas atomiques désordonnés se déplacent, lorsque l’équipe utilisait un obturateur lent, la turbulence dynamique n’était pas apparente, mais lorsqu’elle utilisait un obturateur rapide, elle pouvait la voir. La nouvelle méthode, qu’ils appellent PDF ou vsPDF (pour fonction de distribution de paires atomiques), ne fonctionne pas comme une caméra conventionnelle – elle utilise des neutrons provenant d’une source du Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) du Département américain de l’énergie pour mesurer les positions atomiques à une vitesse d’obturation d’environ une picoseconde, soit un million (un billion) de fois plus rapide que les obturateurs d’appareil photo normaux. L’étude a été publiée le 20 février 2023 par matériaux naturels.

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« Ce n’est qu’avec ce nouvel outil vsPDF que nous pouvons vraiment voir cet aspect des matériaux », a déclaré Simon Pilling, professeur de science des matériaux, de physique appliquée et de mathématiques appliquées. « Cela nous donne une toute nouvelle façon de démêler les subtilités de ce qui se passe dans des matériaux complexes et les influences cachées qui peuvent augmenter leurs propriétés. Avec cette technique, nous pourrons observer un matériau et voir quels atomes sont dans le danse et qui est assis dehors. »

Détection de structures atomiques avec une caméra « neutron ». Crédit : Laboratoire national d’Oak Ridge

Une nouvelle théorie sur la stabilisation des fluctuations locales et la conversion de la chaleur résiduelle en électricité

L’outil vsPDF a permis aux chercheurs de trouver des symétries atomiques brisées dans GeTe, un matériau thermoélectrique important qui convertit la chaleur perdue en électricité (ou l’électricité en refroidissement). Auparavant, ils n’étaient pas en mesure de voir les déplacements, ni de montrer les fluctuations dynamiques et la vitesse à laquelle elles fluctuent. À la suite des connaissances de vsPDF, l’équipe a développé une nouvelle théorie qui montre à quel point de telles fluctuations locales peuvent se former dans GeTe et les matériaux associés. Cette compréhension mécaniste de la danse aidera les chercheurs à rechercher de nouveaux matériaux avec ces effets et à appliquer des forces externes pour influencer l’effet, conduisant à de meilleurs matériaux.

L’équipe de recherche

Belling a co-dirigé ce travail avec Simon Kemper, qui était à l’Université de Bourgogne en France au moment de l’étude. Pilling et Kemper ont travaillé avec des collègues de l’ORNL et du Laboratoire national d’Argonne (ANL), également financé par le ministère de l’Énergie. Des mesures de diffusion inélastique des neutrons de la caméra vsPDF ont été effectuées à l’ORNL ; La théorie a été faite à l’ANL.

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prochaines étapes

Billinge travaille maintenant à rendre sa méthode plus facile à utiliser et à appliquer à d’autres systèmes dynamiquement désordonnés pour la communauté des chercheurs. Actuellement, cette technologie n’est pas prête à l’emploi, mais avec un développement ultérieur, elle devrait devenir une métrique beaucoup plus standard qui peut être utilisée dans de nombreux systèmes de matériaux où la dynamique atomique est importante, de l’observation du mouvement du lithium dans les électrodes de la batterie à l’étude de la dynamique de processus pendant l’eau de Split avec la lumière du soleil.

L’étude s’intitule « La cristallographie dynamique révèle une anisotropie spontanée dans Cubic GeTe ».

Plus d’information:
Simon AJ Kimber et al, La cristallographie dynamique révèle une anisotropie spontanée dans GeTe cubique, matériaux naturels (2023). DOI : 10.1038/s41563-023-01483-7

Informations sur la revue :
matériaux naturels


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Le nouveau casque Arctis Nova 5 abordable de SteelSeries

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Le nouveau casque Arctis Nova 5 abordable de SteelSeries

Après le lancement d’une version blanche de l’Arctis Nova Pro primé, SteelSeries a annoncé le tout nouveau Arctis Nova 5 – un casque de jeu abordable mais riche en fonctionnalités qui fait partie d’une nouvelle catégorie que la marque appelle « luxe abordable ». .

Le nouvel Arctis Nova 5 s’appuie sur les prouesses de conception et d’ingénierie pour lesquelles la gamme Arctis Nova de SteelSeries est connue. Les écouteurs sont dotés de haut-parleurs magnétiques en néodyme de 40 mm avec une plage de réponse en fréquence de 20 à 22 000 Hz et prennent en charge l’audio spatial à 360 degrés, le cas échéant. Le microphone ClearCast 2 de SteelSeries – que l’on trouve dans le casque phare Arctis Nova Pro – fait son chemin dans le nouvel Arctis Nova 5, bien que dans une version mise à jour (et apparemment meilleure) que la marque appelle ClearCast 2.X. Le microphone mis à jour est doté d’un nouveau chipset qui, selon lui, offrira deux fois plus de bande passante et deux fois plus de clarté, ainsi que la prise en charge de l’audio 32 kHz/16 bits pour aider à fournir un son propre et clair dans le jeu et pendant les conversations.

Parallèlement au nouveau casque, SteelSeries lance le Nova 5 Companion, une application créée par la marque avec l’aide de développeurs de jeux, de professionnels de l’eSport et de ses propres ingénieurs du son. Il propose plus de 100 préréglages audio spécifiques au jeu entre lesquels les utilisateurs peuvent basculer à tout moment – ​​y compris pendant le jeu – avec des profils intégrés pour la plupart des titres les plus populaires comme Fortnite et Minecraft. Avec le préréglage Modern Warfare III, par exemple, les utilisateurs peuvent s’attendre à entendre des « pas améliorés », ce qui leur donne un avantage dans les scènes de combat rapproché.

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En termes de connectivité, le casque Arctis Nova a tout pour plaire : les utilisateurs peuvent choisir d’utiliser Bluetooth ou une connexion haut débit 2,4 GHz avec le dongle inclus, avec les systèmes pris en charge, notamment PC, PlayStation, Xbox, Switch, Meta Quest et plus encore. Les joueurs en session peuvent s’attendre à obtenir jusqu’à 60 heures de jeu sans fil avec une seule charge, et avec la capacité de charge rapide USB-C, il ne faut que 15 minutes pour obtenir jusqu’à six heures d’énergie vide. Il existe des commandes supra-auriculaires pour le contrôle du volume, une fonction de sourdine et les utilisateurs peuvent basculer entre Bluetooth et 2,4 GHz en un seul clic.

Disponible dès maintenant au prix de 129,99 $, il est assez difficile de contester le fait que SteelSeries qualifie ces appareils de « luxe abordable ». Pour les fonctionnalités incluses et l’attention portée aux détails dans l’ensemble du casque, il s’agit peut-être du meilleur casque de jeu que vous trouverez dans cette gamme de prix. Vous pouvez l’obtenir maintenant via SteelSeries site Web. Il est disponible en noir, ainsi que dans les versions PlayStation et Xbox qui présentent respectivement des fonctionnalités bleues et vertes.

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Le rôle central de la spectroscopie dans l’amélioration des processus

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Le rôle central de la spectroscopie dans l’amélioration des processus

Les développements technologiques rapides transforment considérablement la fabrication traditionnelle. La science des données contemporaine est à l’origine de l’émergence de la « fabrication intelligente », inspirant des changements fondamentaux dans la manière dont les processus sont développés, surveillés et évalués.1 La fabrication intelligente vise à améliorer la productivité, la durabilité et les performances économiques grâce à l’intégration transparente de tous les systèmes d’exploitation au sein des entreprises industrielles.

Crédit image : Avantis

Cet article examine le rôle de la spectroscopie dans la révolution de la fabrication intelligente, en montrant comment elle contribue à améliorer la cohérence et la qualité des produits, ainsi qu’à améliorer les processus de manière proactive.

Analyse de processus intégrée

Dans la fabrication intelligente, un flux de données précis et opportun est crucial. Les fabricants s’efforcent de surveiller chaque étape de leur processus pour garantir des résultats optimaux. Cependant, les défis importants incluent la prévention des défauts, le contrôle précis des paramètres de fabrication et le maintien de l’adaptabilité dans des environnements dynamiques.

L’analyse des processus en direct est essentielle pour relever ces défis.2 Cette approche permet de mesurer directement les paramètres clés de chaque processus en temps réel, ce qui est unique par rapport aux méthodes d’analyse en ligne traditionnelles qui utilisent des boucles d’échantillonnage. Grâce à des données continues et en temps réel, l’analyse des processus intégrée permet aux fabricants d’ajuster rapidement les paramètres, améliorant ainsi la qualité, le débit et le débit des produits.

Spectroscopie : une révolution dans l’industrie manufacturière

Au cours des 20 dernières années, des industries allant des produits pharmaceutiques aux polymères et semi-conducteurs ont adopté de plus en plus le développement de technologies de surveillance avancées pour l’analyse des processus. La spectroscopie se démarque dans le monde des technologies de détection avancées permettant des analyses de processus en direct.

La spectroscopie est une méthode d’analyse de l’interaction entre la matière et le rayonnement électromagnétique. Cela est essentiel dans la fabrication intelligente, en particulier lors de l’optimisation des processus en direct afin d’améliorer l’efficacité opérationnelle globale et la qualité des produits.

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En combinaison avec l’apprentissage automatique, les spectromètres peuvent aider à prédire et à prévenir les défauts. En utilisant des techniques spectroscopiques, les fabricants peuvent obtenir un contrôle précis des processus et garantir une qualité et une cohérence optimales des produits.

L’industrie pharmaceutique est un exemple où l’application de techniques spectroscopiques est devenue essentielle pour le contrôle qualité. Des technologies telles que la spectroscopie Raman permettent de mettre en place un suivi direct des procédés de fabrication thérapeutiques, comme les anticorps monoclonaux.3 Les spectres mesurés peuvent ensuite être utilisés pour déterminer la concentration et découvrir d’autres informations, telles que la confirmation de contaminants ou d’ingrédients actifs.

Améliorer la fabrication intelligente : le rôle central de la spectroscopie dans l'optimisation des processus

Crédit image : Avantis

D’autres exemples incluent l’optimisation et le contrôle automatisés des processus.4 A cet effet, le spectromètre détecte la signature chimique du produit recherché. Les changements dans les conditions de réaction, telles que la pression ou la température, peuvent révéler le rendement de certains types de produits. Des boucles de rétroaction peuvent être créées selon les besoins. L’utilisation d’algorithmes d’optimisation permet de déterminer un ensemble très efficace de paramètres de réaction pour obtenir des résultats de production optimaux.

Les données collectées sont informatives avec les techniques spectroscopiques concernant les concentrations, la pureté des échantillons, etc., ce qui signifie que certains paramètres peuvent être comparés pour la cohérence d’un échantillon à l’autre et le contrôle de la qualité.

Solutions de spectromètre Avantes

Avantes propose une gamme de spectromètres avancés à grande vitesse, idéaux pour l’optimisation des processus en direct, notamment le NEXOS de nouvelle génération5 Et Varius6 Dispositifs. Ces spectromètres présentent des performances optiques supérieures et des caractéristiques personnalisables, facilitant la surveillance et le contrôle de haute précision des paramètres de fabrication critiques tout en fournissant des données en temps réel.

Le spectromètre NEXOS est léger et compact, intégrant plusieurs appareils et capteurs dans des systèmes de fabrication intelligents. Les utilisateurs peuvent choisir parmi plusieurs configurations d’emplacements et de maillage pour répondre à des exigences spécifiques, ainsi qu’avec différents protocoles de communication tels que USB2, RS232, Direct Interface et SPI. Cette flexibilité permet aux fabricants de s’ajuster rapidement en fonction des données spectrales en temps réel et de répondre aux différentes spécifications des produits.

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Le Varius offre également une flexibilité inégalée, avec un nouveau couvercle de connecteur magnétique qui facilite le remplacement des encoches et améliore les performances grâce à une optimisation brevetée du siège optique. Disponible en versions compactes et standard industrielles (OEM), le Varius convient aux environnements de laboratoire et aux applications industrielles.

Les spectromètres intégrés s’intègrent parfaitement à de nombreux capteurs et dispositifs dans les systèmes de fabrication intelligents, les rendant plus fonctionnels et polyvalents. Le spectromètre peut collecter des données complètes provenant de capteurs de pression, de capteurs de température, de débitmètres et d’autres dispositifs de surveillance souvent utilisés dans la fabrication pour une meilleure précision et un meilleur contrôle. Conçus pour une intégration transparente dans les systèmes de fabrication intelligents, les spectromètres compacts Avantes offrent une solution personnalisée pour l’optimisation des processus intégrés.

Étude de cas : Gravure plasma dans l’industrie électronique

Pour illustrer les applications pratiques des solutions de spectromètre Avantes, une étude de cas pour l’industrie électronique présente leur efficacité.

Le traitement au plasma est crucial dans la fabrication de circuits intégrés (CI) et de microélectronique. Les ingénieurs utilisent la gravure au plasma pour créer des caractéristiques et des motifs complexes sur les couches semi-conductrices. Cependant, la surveillance en temps réel de ce processus est essentielle pour garantir un contrôle précis de l’enlèvement de matière, minimiser les défauts et améliorer la qualité du produit final.

Les spectromètres d’émission optique tels que l’AvaSpec-ULS4096CL-EVO d’Avantes (le prédécesseur du Nexos et du Varius) ont permis aux fabricants de surveiller les processus de gravure au plasma et de dépôt de couches robotisés en temps réel.7 Les chercheurs disposaient d’un contrôle précis sur l’élimination des matériaux des couches des circuits intégrés, leur permettant de savoir précisément quand tous les matériaux indésirables avaient été retirés (le point final). Cela a abouti à un processus strictement contrôlé qui a produit des produits de haute qualité.

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En intégrant des spectromètres à l’étude, les chercheurs ont considérablement amélioré la précision et l’efficacité de la méthode de traitement au plasma, améliorant ainsi l’assurance qualité globale et la précision de fabrication.

Conclusion

Les outils spectroscopiques directs sont essentiels à l’optimisation des processus de fabrication intelligents, améliorant l’efficacité et la qualité des produits tout en réduisant les déchets et les défauts. Les spectromètres compacts Avantes sont à la tête de cette révolution technologique, de sorte que les fabricants peuvent être sûrs qu’ils peuvent gérer les complexités de la production moderne et qu’ils sont équipés des outils nécessaires pour réussir.

Références et lectures complémentaires

  1. Institut de fabrication intelligente. Qu’est-ce que la fabrication intelligente ? -Cesmée
  2. Tschudi, J et al. Spectroscopie embarquée : du concept à la fonction. Spectroscopie appliquée 2018, Vol. 72(9) 1298-1309.
  3. Wang, J., Chen, J., Studts, J. et Wang, G. (2023). Titrage automatisé et mesure directe de la qualité du produit lors de la purification des anticorps monoclonaux thérapeutiques par spectroscopie Raman. Biotechnologie et bioingénierie, 120(11), 3288-3298. https://doi.org/10.1002/bit.28514
  4. Bédard, A., Adamo, A., Aroh, K.C., Russell, M.G., Bedermann, A.A., Torosian, J.,… Jamison, T.F. (2018). Un système reconfigurable pour l’optimisation automatisée de diverses réactions chimiques. Sciences, 361, 1220-1225. https://doi.org/
  5. Avantis. AvaSpec-NEXOS™ Découvrez le spectromètre à cœur compact de nouvelle génération. https://www.avantes.com/products/spectrometers/compactline/avaspec-nexos
  6. Avantis. Spectromètre VARIUS™. https://www.avantes.com/products/spectrometers/starline/avaspec-varius
  7. Kane, J. Applications de la spectroscopie à la surveillance du plasma. Opinions d’Optique Volume 16, Numéro 3 p. 64-67 (2019).

Ces informations ont été obtenues, examinées et adaptées à partir de documents fournis par Avantes BV.

Pour plus d’informations sur cette source, veuillez visiter Avantis B.V.

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Rafraîchissez-vous avec une boisson rafraîchissante de votre Xbox Series

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Rafraîchissez-vous avec une boisson rafraîchissante de votre Xbox Series

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