simplicity is prerequisite for reliability

WPI研发多层液态金属膜 优化氢气分离成本及能效

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核心提示:据外媒报道,伍斯特理工学院(Worcester Polytechnic Institute,WPI)研发了一款全新的多层液态金属膜(SLiMM),用于氢气分别(hydrogen separation)。该薄膜由三层不合材质构成,有些类似三明治。该款分别膜(Separation membrane)控制了降低氢燃料成本的关键。该薄膜由厚度为0.2毫米的液态镓层、碳化硅层及石墨层构成,液态镓层被夹在碳化硅层与石墨层中心。今朝,该团队在实验室中构建了该薄膜架构,正在测试其稳定性及氢气渗入渗出率。

盖世汽车讯 据外媒报道,伍斯特理工学院(Worcester Polytechnic Institute,WPI)研发了一款全新的多层液态金属膜(SLiMM),用于氢气分别(hydrogen separation)。该薄膜由三层不合材质构成,有些类似三明治。该款分别膜(Separation membrane)控制了降低氢燃料成本的关键。

据研究人员泄漏,该薄膜由液态金属制成,似乎在氢气分别方面,比惯例钯隔阂(palladium membranes)的能效表示要好,且其价格相对低廉,耐用性更高。

据WPI团队泄漏,在500℃、Pa0.5的前提下,镓/碳化硅(Ga/SiC)SLiMM的渗入渗出率达到2.75 x 10-7 mol/ms,比类似前提下钯(Pd)的渗入渗出率高了35倍,该产品在氢气提纯应用方面具有极大年夜的潜力。

长久以来,工程师就意识到氢能的重要性及局限性,而氢恰好是宇宙中含量最充裕的一种元素。天然情况中的氢气易于其他元素产生反响:与氧气产生反响后会生成水。为获得纯氢,务必将其于上述分子相分别。

市情上的大年夜部分氢气分别膜均采取了贵金属--钯(palladium),其氢气消融度(hydrogen solubility)及渗入渗出率都极高,这意味着氢气可随便马虎消融并穿透金属,而其他气体将被其隔离。然而,钯金属太贵了,当前售价约为900美元/盎司,且该材质较为易碎。

为此,很多化学工程师经久致力于各项研究,旨在寻找钯的替代品,但到今朝为止,尚未找到合适的替代材料。而WPI研究为其指清楚明了偏向,采取液态金属。

很多研究人员将存眷点放在降低氢气的成本上,力争在晋升钯膜品德的同时降低其厚度。业内及美国能源部投入了大年夜量资金,研发了一项新工艺,将钯与多孔钢管相结合,使钯层(palladium layer)的厚度仅为5-10毫米。

然而,将钯层做薄会晋升薄膜的流量(flux)、晋升纯氢的渗入渗出率。但若薄膜太薄,会变得易碎或存在缺点。

六年前,WPI的化学工程师Datta携其学生开端相干研究,旨在肯定液态金属是否能克服部分钯金属的局限性,特别是昂扬的成本及易碎的材料特质,如有可能的话,力争实现超强的氢气消融度及渗入渗出。

在标准操作温度下,蒸汽重整制氢体系(steam reforming systems,约500℃)内的很多金属与合金均为液态,且大年夜部分材料价格远不如钯那么昂贵。此外,若采取液态金属膜,不易产临盆品缺点或出现开裂的情况。

美国能源部向该研究团队拨付了100万美元。此后,该研究团队决定测验测验采取镓来替代钯。镓是一种无毒金属(nontoxic metal),在室温下出现液态。

尽管液态镓(liquid gallium)在氢气分别应用上前景喜人,但仍面对必定的挑衅--该团队发明,该金属将于大年夜量陶瓷材料(ceramic materials)产生反响,而后者是钯膜的支撑材料。

经由过程建模与实验,他们整顿了一份材料清单,个中涉及石墨及碳化硅等碳基材料(carbon-based material),上述材料不会与液态镓产生化学反响,但轻易被液态金属沾湿,这意味着该金属将摊开,在支撑材料(support materials)的外面形成一层薄膜。

该研究团队意识到,因为液态金属的外面张力(surface tension)可能会因为外面温度的变更及其所裸露的气体而产生改变,有可能导致泄漏,他们决定在两层资估中心插入金属,创建一种类似三明治构造的液态金属膜(SLiMM)。该薄膜由厚度为0.2毫米的液态镓层、碳化硅层及石墨层构成,液态镓层被夹在碳化硅层与石墨层中心。今朝,该团队在实验室中构建了该薄膜架构,正在测试其稳定性及氢气渗入渗出率。

意识是人脑内神经信息之间复杂的计算行动,是一种生物现象,它又若何能和量子力学这一描述微不雅世界中粒子活动规律的物理学产生接洽关系呢?

自20世纪下半叶以来,有关从大年夜脑中寻找量子效应的研究就从未停止过。在科学家看来,人脑内包含着大年夜量的生物分子和原子,由它们所构成的人脑就如量子体系,也同样遵守着量子力学规律。例如,有人从脑量子场论出发,将记忆等意识现象懂得为大年夜脑皮层场中能量子的能量交换的成果。

科学家认为,神经细胞膜中的量子在电荷振荡过程中,会凝集成具有量子相干性的同种状况,即玻色-爱因斯坦凝集态。脑量子场中皮层子和玻色子的活动就是量子信息的传递过程,它最终导致脑皮层中的量子相干态的形成。这些研究都从量子相干态或叠加态角度,将人脑内的神经活动描述为响应的量子活动。从而也向我们注解,意识不仅是纯真的生物性现象,它还和量子力学极为有关,同样可以从量子力学角度获得合理的解释。

20世纪90年代初,科学家就经由过程实验发明,神经传递分子沿着轴突的末尾,从一个神经细胞传递到另一个神经细胞的树突前端时,其传递值并不是等于1的整体事宜,而是小于1的概率性事宜,它就如量子的不肯定性机制,是一种具有量子活动规律的概率性事宜。由此认为,之所以人会具有自由意志或精力意图如许的特别意识现象,恰是由单个神经传递分子具有概率性的传递机制造成的。数量宏大年夜的量子传递行动,这必定会导致精力现象的随机性和自由性,即所谓的自由意志。

然而,OR理论也面对着一个异常棘手的问题,那就是,微管中量子叠加态持续的时光是否足够引起意识。我们知道,量子叠加态是异常脆弱的量子现象,只要稍微受到外界的干扰,就会产生坍缩而激发退相干。而我们大年夜脑是个又热又湿的生物情况,势必时刻干扰着微管中的量子叠加态。并且,在OR理论中,量子叠加态持续的时光仅仅为10-13秒,这么短的时光若何能引起意识呢?

科学家推想,与天然界华夏子的原子核具有自旋性质一样,磷原子核也同样如斯。因为原子核自旋的偏向并不是一致性的,那么,相邻波斯纳分子内的磷原子在原子核的自旋过程中就会产生量子纠缠态。而波斯纳分子集群内就存在着更为复杂和数量宏大年夜的纠缠态,当它们介入到大年夜脑内的化学反响过程中时,就会影响神经元旌旗灯号的传递行动,进而影响我们的思维和记忆等意识现象。不仅如斯,近年来,还赓续有新的研究注解生物过程中也包含着较长时光的量子相干性。总之,对量子意识的研究我们还需赐与更多的等待。

那么,量子力学解释意识问题的理论又是什么呢?科学家提出了一种新的意识理论:调谐的客不雅还道理论(OR),该理论认为,意识是微管中量子引力所引起的波函数坍缩的成果。在科学家看来,意识是量子时空构造中的产品,它和宇宙慎密接洽,而描述意识和宇宙之间关系的理论就是OR理论。

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