Séria Smart Materials od stanice NOVA

Michio Kaku

Michio Kaku je americký teoretický fyzik, futurista a veľký popularizátor vedy. Tu je malý výber z toho, čo sa mi podarilo nájsť

Vision of the Future (2008)

Je to séria troch dokumentov zaoberajúcou sa hlavne technológiami budúcnosti.

1. The Intelligence Revolution

Magnetické pole dokáže byť poriadne chladné

Tagy: magnetokalorické materiály, magnetocaloric material

Magnetické pole, okrem toho napríklad, že dokáže pôsobiť silou, dokáže svojím pôsobením otepľovať alebo ochladzovať materiál. Materiály, ktoré dokážu takto reagovať na magnetické pole sa nazývajú magnetokalorické.
Jav spojený s takouto zmenou tepla sa nazýva magnetokalorické jav. Označuje pohltenie, či výdaj tepla telesom pri zmene vonkajšieho magnetického pola. Podobným javom ako MK je elektrokalorický. Tento jav nie je však poriadne preskúmaný a jeho efektivita je pomerne nízka. V budúcnosti sa však môže využiť napríklad na chladenie počítačov.

Využitie:

Magnetokalorické chladenie má najväčšiu perspektívu využitia týchto materiálov. Oproti klasickým chladničkám, ktoré využívajú na chladenie škodlivé plyny, je magnetokalorické chladenie priateľské k životnému prostrediu, energeticky menej náročné a dokáže chladiť až do teploty niekoľko milikelvinov. 
Koncept magnetokalorického chladiaceho zariadenia na víno 

V súčasnosti sú k magnetickému chladeniu pri izbových teplotách najlepšie použiteľné zliatiny gadolínia, vykazujúce teplotné zmenu 3 až 4 K na 1 tesla (K / T).
Na začiatku 21. storočia boli objavené tzv. obrie či gigantický magnetokalorické javy u zliatin Gd5 (SixGe1-x) 4, La (FexSi1-x) 13Hx a MnFeP1-xAsx. Ako veľmi sľubné sa ukazujú aj látky, v ktorých je gadolínium čiastočne nahradené podobnými prvkami (Dy, Tb). Tieto materiály sú označované anglickou skratkou GMCE (giant magnetocaloric effect) 

Metamateriály / materiálová budúcnosť

Tagy: metamaterial, metemateriál

Určite najzujímavejšou skupinou materiálov súčasnosti sú metamateriály. Dlho som sa ani neodvážil písať o nich možno aj preto, že ich vlastnosti a schoponosti sú ako z príbehov budúcnosti. Sú to umelo vytvorené kompozity so špecifickou štruktúrov, ktorú nie je možné nájsť nikde v prírode. Tá im dáva neobvyklé elektrické, magnetické, mechanické, zvukové či optické vlastnosti

Bližšie info na wikipedii metamaterial
Kniha: Metamaterials: Theory, Design, and Applications - Tie Jun Cui, David Smith, Ruopeng Liu

Transparentné soláne články

Tagy: solárny, fotovoltaický, transparetný

Nový materiál pre fotovoltaické články má unikátnu vlastnosť – je priehľadný. Rozširujú sa tým možnosti využitia tohto spôsobu výroby elektrickej energie. Panely totiž môžu byť pripevnené na sklenených častiach budov, pričom by sa neobmedzil výhľad von.

Panely sa vyrábajú z polyméru, sú ľahké, ohybné a dajú sa vyrábať vo veľkom pri nízkých nákladoch, tvrdí trojica vedcov Yang Yang, Rui Zhu a Paul S. Weiss. Staršia verzia solárnych panelov z polymerov mala niekoľko nedostatkov. Tie sa teraz pravdepodobne podarilo odstrániť. Nový typ panelov pracuje tak, že pohlcuje predovšetkým infračervené svetlo, teda tú časť svetla, ktorá nie je ľudským okom viditeľná.

Článok je pre ľudské oko z 66 percent priehľadný. Priehľadné sú i vodiče, vyrobené zo zmesi strieborných nanovlákien a nanočastíc oxidu titaničitého. Nahradzujú tak nepriehľadné kovové elektródy, využívané v minulosti.

Casimírov efekt

Casimírov jav (Casimírov efekt, Casimárova sila) je prejavom existencie párov virtuálnych častíc vo vákuu. Nastáva v prípade, keď sa ocitnú veľmi blízko seba napríklad dve nenabité dosky, ktoré by sa vzhľadom k absencii náboja nemali navzájom silovo ovplyvňovať.

Dve rovnobežné nenabité dosky sa vzájomne priťahujú malou, ale nenulovou silou (ktorá je pre dostatočne tenké dosky podstatne väčšia, než vzájomná gravitačná príťažlivosť). Ako v okolitom prostredí, tak aj medzi týmito doskami totiž vznikajú vákuové fluktuácie (virtuálne páry častíc a antičastíc). Tie, ktoré vznikajú medzi doskami, majú obmedzený súbor možných vlnových dĺžok, pretože musia mať takú vlnovú dĺžku, aby vzdialenosť medzi doskami bola jej celočíselným násobkom. To znamená, že virtuálnych párov častíc vzniká v priestore medzi doskami o niečo menej než mimo nich, kde môžu nadobúdať ľubovoľných vlnových dĺžok.

Casimírov jav nie je obmedzený na prípad vákuovej medzery, ale vyskytuje sa aj v prípade, že medzera medzi doskami je vyplnená ľubovoľnou reálnou tekutinou. Ak budú navyše materiály dosiek a tekutina mať medzi sebou rozdielnu permitivitu, môže byť výsledný efekt Casimírovej sily tiež odpudivý.

Kým príťažlivý efekt Casimírovej sily spôsobuje v odbore nanotechnológií isté problémy, pretože vytvára nechcenú priľnavosť nanosúčiastok, odpudivý jav možno naopak veľmi vhodne využiť napríklad pre konštrukcii osadenia veľmi citlivých mikrosúčastí prístrojov (tzv. kvantová levitácia) alebo návrhy mikroprístrojov s veľmi nízkym trením.

Podľa čínskych vedcov Tian-Ming Zhao a Rong-Xin Miao je možné však pomocou metamateriálov túto silu znásobiť niekoľko miliónkrát, čo by ponúkalo už pomerne zaujímavý zdroj energie.

 

Nenetwonovská kvapalina a Reológia

Tagy:  non-newtonian fluid, nenewtonovaká kvapalina, rheology, reológia, magnetoreologický, elektroreologický

Keď sa povie kvapalina, každého napadne asi ako prvé voda. Voda ako kvapalina, ktorá tečie a má nejakú viskozitu. Je to klasická newtonovská kvapalina. Jednou z jej základných vlastností je, že deformácia je priamo úmerná napätiu, jej viskozita je nemenná. Čiže, čím väčšie napätie budeme vyvíjať na vodu, tým väčší odpor bude ona klásť.

Poznáme však aj tzv. nenewtonovské kvapaliny, ktorých viskozita sa meni v závislosti od napätia. Rozdeľujeme ich do dvoch skupín pseudoelastické a dilatantné. Vedný odbor, ktorý skúma deformačné vlastnosti aj týchto látok, obzvlášť závislosť deformácie od napätia sa nazýva reológia.
Pseudoelastické kvapaliny.
Ich viskozita s napätím klesá, teda čím silnejšie na ne pôsobíme, tým ľahšie sa deformujú. Tieto látky sú samé o sebe väčšinou veľmi viskózne a pod malým tlakom tečú pomaly, avšak so zvyšujúcim sa tlakom sú tekutejšie. Typickým príkladom je kečup alebo maliarska farba.
Dilatantné kvapaliny
Ich viskozita s napätím rastie, takže sa pri zvyšujúcom sa tlaku deformujú stále ťažšie – tieto látky sa pri pomalom miešaní správajú tekuto, ale rýchly pohyb alebo náraz ich prakticky znehybňuje a sú akoby v dočasnom tuhom stave. Typickým príkladom je hustý roztok kukuričného škrobu alebo aj „inteligentná“ plastelína.