Moc z plastiku, EDUKACYJNE, Swiat nauki
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
INûYNIERIA CHEMICZNA
Marks, wynalazca i szef przedsi«bior-
stwa, przewiduje, ýe iloæ Lumeloidu
potrzebna do wytwarzania 1 W energii
nie b«dzie kosztowa wi«cej niý 50 cen-
tw, podczas gdy cena obecnie stoso-
wanych ogniw s¸onecznych to 3Ð4 do-
lary za wat.
Jak wyjaænia Marks, proces w tych fo-
liach przypomina zachodzce w liæciach
reakcje fotochemiczne. Wyst«puj tam
uk¸ady barwnikowo-bia¸kowe zwane
fotosystemami, ktre uczestnicz w
przep¸ywie elektronw uwolnionych
pod wp¸ywem æwiat¸a. Podobne struk-
ýe emitowa æwiat¸o laserowe Ð spjn
wizk« fotonw o jednej d¸ugoæci fali.
W lipcu ub. r. na konferencji w Snow-
bird (Utah) trzy grupy badaczy przed-
stawi¸y rezultaty badaÄ wykazujce, ýe
te same efekty moýna uzyska, uýywa-
jc sta¸ych polimerw. ãJestem fizykiem,
nie potrafi« robi takich rzeczy Ð mwi
Z. Valy Vardeny z University of Utah,
przewodniczcy konferencji Ð ale che-
micy, ktrzy wytworzyli te materia¸y,
to genialni ludzie.Ó
Wczeæniejsze generacje p¸przewo-
dzcych polimerw nie mog¸y emito-
wa laserowego æwiat¸a
g¸wnie z dwch powo-
dw. Po pierwsze, ich
czsteczki bombardo-
wane elektronami lub
fotonami zamienia¸y
wi«kszoæ uzyskanej
energii w ciep¸o zamiast
w æwiat¸o Ð po prostu
mia¸y nisk wydajnoæ
luminescencji. Po dru-
gie, folie polimerowe
zwykle absorbowa¸y
wytworzone w nich fo-
tony, nie emitujc ich Ð
nie wykazywa¸y naj-
mniejszego wzmocnie-
nia optycznego, ktre
jest dla materia¸u lase-
rujcego miar lawino-
wego gromadzenia fo-
tonw w jednym im-
pulsie æwietlnym.
Wed¸ug VardenyÕego
nowe materia¸y zawie-
raj mniej zanieczy-
szczeÄ, maj znacznie
wi«ksz wydajnoæ lu-
minescencyjn i dzi«ki
temu znacznie wi«ksze
potencjalne moýliwoæci
akcji laserowej. W cza-
sopiæmie
Japanese Jour-
nal of Applied Physics
jego grupa opisa¸a polimer nazwany
PPV (
p
-fenylenowinylen) wykazuj-
cy 25-procentow wydajnoæ lumines-
cencyjn. Emitowane z niego czerwone
æwiat¸o sk¸ada¸o si« z fotonw o tej sa-
mej d¸ugoæci fali, ale nie tworzy¸o spj-
nej wizki.
Inna grupa biorca udzia¸ w konfe-
rencji w Snowbird opublikowa¸a w
Na-
ture
sposb na unikni«cie tego ograni-
czenia. Richard H. Friend i jego wsp¸-
pracownicy z University of Cambridge
umieæcili folie PPV w urzdzeniu zwa-
nym mikrown«k. Lustra zainstalowa-
ne w takiej mikrown«ce odbija¸y w t«
i z powrotem æwiat¸o emitowane przez
PPV, wzmacniajc je w zogniskowan
wizk« laserow.
le sobie obiecuj po p¸przewodni-
kowych polimerach Ð dziwnych ma-
teria¸ach, ktre mog jednoczeænie by
mi«kkie jak plastikowa folia i przewo-
dzi jak mied
1
. Moýliwoæci tych orga-
nicznych zwizkw zro-
dzi¸y marzenia o nowych
urzdzeniach optoelektro-
nicznych Ð od przezroczy-
stych tranzystorw po ela-
styczne diody æwiecce.
Ale jedynie nieliczne z
tych pomys¸w wysz¸y
poza laboratoria. W ubie-
g¸ym roku uczeni dodali
dwie obiecujce kandyda-
tury do swojej listy ýy-
czeÄ: baterie s¸oneczne
i lasery na ciele sta¸ym.
To, co zwraca uwag«
w tych materia¸ach Ð na-
zywanych rwnieý synte-
tycznymi metalami Ð to
ich trwa¸oæ i niýszy koszt
uzyskania w porwnaniu
z ich nieorganicznymi od-
powiednikami. W dodat-
ku ¸atwo si« je wytwarza.
Ich czsteczki Ð podobnie
jak innych polimerw Ð s
d¸ugimi ¸aÄcuchami o w«-
glowym szkielecie, zbudo-
wanymi z powtarzajcych
si« prostych jednostek
zwanych monomerami.
Aby uczyni je przewo-
dzcymi, wystarczy wbu-
dowa do nich atomy od-
dajce kaýdej jednostce
¸adunki ujemne lub dodatnie.
2
Te ¸adun-
ki umoýliwiaj przep¸yw prdu wzd¸uý
¸aÄcucha.
Naukowcy z Advanced Research De-
velopment w Athol (Massachusetts) wy-
tworzyli plastikowe ogniwa s¸oneczne,
uýywajc dwu rýnych polimerw Ð al-
koholu poliwinylowego (PVA) i poliace-
tylenu (PA). B¸ony tego kopolimeru
3
,
opatentowanego jako Lumeloid, pola-
ryzuj æwiat¸o i przynajmniej w teorii
zamieniaj je prawie w trzech czwar-
tych na energi« elektryczn Ð znacz-
cy wzrost w porwnaniu z najwyýej
20-procentow wydajnoæci wsp¸cze-
snych ogniw s¸onecznych. Lumeloid
powinien rwnieý by taÄszy i bardziej
przyjazny dla ærodowiska. Alvin M.
SILNA LUMINESCENCJA tej cienkiej folii wykonanej z PPV
niesie obietnic« konstrukcji laserw plastikowych.
tury czsteczkowe zawiera Lumeloid.
Elektrodami odprowadza si« ¸adunki
z powierzchni folii. Nast«pnym krokiem
Marksa b«dzie opracowanie uzupe¸nia-
jcego polimeru, ktry magazynowa¸-
by energi« elektryczn. ãJeæli materia¸y
fotowoltaiczne maj by konkurencyj-
ne, to musz dzia¸a dzieÄ i nocÓ Ð wy-
jaænia. Jego podwjna folia ma by
sprzedawana w rolkach, jak cynfolia,
i powinna tak si« w¸aænie zachowywa.
Prace nad plastikami, ktre zamienia-
j energi« elektryczn w æwiat¸o lasero-
we, s mniej zaawansowane, ale i tu po-
st«p jest szybki. Przed 4 laty Daniel
Moses z University of California w San-
ta Barbara og¸osi¸, ýe rozcieÄczony roz-
twr p¸przewodzcych polimerw mo-
20 å
WIAT
N
AUKI
Luty 1997
Moc z plastiku
By moýe wkrtce pojawi si«
polimerowe ogniwa i lasery
J
uý od prawie 20 lat naukowcy wie-
Trzecia grupa na konferencji w Snow-
bird, kierowana przez Alana J. Heegera
z UCSB, przetestowa¸a kilkanaæcie po-
limerw i ich mieszanin. Rezultaty tych
badaÄ opublikowane w
Science
z 27
wrzeænia ub. r. wskazuj, ýe te mate-
ria¸y zdolne s do emisji laseropo-
dobnego æwiat¸a w ca¸ym zakresie wid-
ma widzialnego Ð nawet w takich rzad-
kich wærd laserw barwach, jak od-
cienie zielonego i niebieskiego. Heeger,
zamiast stosowa mikrown«k«, tak
umieæci¸ swoje prbki, ýe otaczajce po-
wietrze zamyka¸o emitowane fotony
w polimerze, gdzie mog¸y stymulo-
wa dalsze akty emisji. ãChcieliæmy po-
kaza, ýe ca¸ grup« materia¸w charak-
teryzuje niewtpliwe wzmocnienie
optyczneÓ Ð mwi.
Obecnie najwaýniejszym zadaniem
jest znalezienie sposobu na elektryczne
zasilanie
4
tych polimerw. Jak dotd
wszystkie trzy grupy wzbudza¸y swoje
prbki za pomoc innego lasera, stoso-
wane jednak w praktyce urzdzenia
musz by zasilane prdem przep¸ywa-
jcym pomi«dzy elektrodami. To nie-
ma¸y problem. Vardeny zwraca uwag«,
ýe ¸adunki elektryczne powoduj poja-
wienie si« szkodliwych przejæ ciepl-
nych, a elektrody mog reagowa che-
micznie z foli, obniýajc luminescen-
cyjn wydajnoæ polimeru. ãTo b«dzie
trudne Ð wzdycha Heeger Ð ale jestem
optymist.Ó
Kristin Leutwyler
1
Licentia poetica
autorki. P¸przewodniki, nawet
krystaliczne, nie maj rwnie dobrego przewod-
nictwa elektrycznego (bo o takim tu mowa) jak
mied.
2
Skrt myælowy; w rzeczywistoæci ¸adunki prze-
nosz zwykle elektrony, a ¸adunek dodatni zwiza-
ny jest z atomem, ktry odda¸ jeden ze swych elek-
tronw.
3
Tak si« nazywa polimery zbudowane z rýnych
jednostek.
4
Fizycy mwi ãpompowanieÓ.
METEOROLOGIA
Tam, gdzie wiej wiatry
n za wpadanie statkw na mielizny i zatoni«cia. W naszych cza-
sach ýyroskopowe stabilizatory zmniejszaj ko¸ysanie si« statku
podczas najwi«kszych burz, a silniki dieslowskie umoýliwiaj p¸y-
wanie w bezwietrzn pogod«. Jednak mimo rozwoju techniki do dziæ
zmiany kierunkw wiatrw w strefie pasatw mog zarwno wyd¸u-
ýy czas podrýy przez oceany, jak i zwi«kszy jej koszty. Wiej-
ce nad oceanami wiatry decyduj bowiem o stanie pogody na ca-
¸ej kuli ziemskiej. Dzi«ki nowoczesnej technice naukowcy tworz
modele klimatyczne, ktre umoýliwiaj przewidywanie tras i si¸y
sztormw, a takýe prognozowanie nast«pstw globalnego ocieple-
nia powierzchniowych wd oceanicznych; pozwalaj teý zrozu-
mie przyczyn« zjawisk El-Ni
~
o zak¸cajcych normalne warunki
pogodowe. Dok¸adnoæ tych modeli zaleýy od naszej wiedzy na te-
mat si¸y i kierunkw wiatrw wiejcych nad oceanami.
Dane jednak s zbierane nieregularnie, czasem pochodz z nie-
dok¸adnych odczytw z boi meteorologicznych oraz raportw gro-
madzonych na statkach. Pod koniec wrzeænia synoptycy pok¸ado-
wi i kapitanowie statkw zostali mile zaskoczeni, gdy otrzymali
z NASA pierwsze pomiary wykonane za pomoc urzdzenia (scat-
terometer) umieszczonego na japoÄskim satelicie
Advanced Earth
Observing Satellite
. Co drugi dzieÄ
satelita ten rejestruje dane z co naj-
mniej 90% powierzchni oceanu
æwiatowego wolnej od pokrywy lo-
dowej i przesy¸a je na Ziemi«. Na
ich podstawie opracowuje si«
szczeg¸ow map« komputerow
wiatrw.
Przedzieranie si« przez chmury
i deszcz, aby okreæli kierunek
i pr«dkoæ niewidzialnych mas po-
wietrza, wymaga pewnych trikw
technicznych. Przede wszystkim
naleýy rozpatrywa zjawiska spo-
wodowane przez wiatr. Przyk¸adem
s zmarszczki na powierzchni wo-
dy, ktre operatorzy radarw od-
bieraj zazwyczaj jako szum. Wyko-
rzystuj to myæliwce odrzutowe i
zdalnie kierowane pociski; lecc ni-
sko nad wod, s trudne do wykry-
cia przez radary. Zak¸cenia te mo-
g by takýe rd¸em cennych
informacji meteorologicznych.
Wspomniane przyrzdy NASA zbie-
raj je, wysy¸ajc w kierunku po-
wierzchni oceanw impulsy radiowe o cz«stoæci najlepiej odbija-
nej przez fale o rozmiarach rz«du centymetrw. Kiedy impulsy
docieraj do wody, ulegaj niewielkiej transformacji na skutek od-
bicia i rozproszenia na pomarszczonej powierzchni.
Satelita, wyposaýony w szeæ anten d¸ugoæci 3 m kaýda, zapi-
suje te drobne zmiany powracajcych impulsw z dok¸adnoæci po-
zwalajc okreæli kierunek i pr«dkoæ przesuwania si« zmarsz-
czek, a zatem rwnieý wiatru przyczyniajcego si« do ich
powstania. Nast«pnie dane te zostaj przetworzone na Ziemi
i s¸uý do konstruowania komputerowych map pokrytych sieci
strza¸ek, ktre wskazuj pr«dkoæ oraz kierunek wiatru w 190 tys.
punktw. Po na¸oýeniu takich map na satelitarny obraz zachmurze-
nia moýna przewidywa si¸« i zasi«g sztormw, zanim osign
one dojrza¸e stadium. We wrzeæniu ub. r. NASA przedstawi¸o pro-
gnozy dotyczce wiatrw o pr«dkoæciach ponad 110 km/godz.
(ok. 30 m/s) w centrum tajfunu Violet u wybrzeýy Japonii
(poniýej)
.
Agencja planuje przesy¸anie co dwie godziny takich danych do
amerykaÄskich synoptykw, ktrzy opracowuj prognozy dla te-
renw przybrzeýnych i dla ýeglugi, by uprzedza o nie sprzyjaj-
cych warunkach atmosferycznych.
W. Wayt Gibbs
å
WIAT
N
AUKI
Luty 1997
21
S
taroýytni marynarze przeklinali kapryæny wiatr, obarczajc go wi-
[ Pobierz całość w formacie PDF ]