Ultimate magazine theme for WordPress.

انتقال انرژی از طریق یک نانوسیم مولکولی منفرد

0

انتقال انرژی از طریق یک نانوسیم مولکولی منفرد

 

انتقال انرژی از طریق یک نانوسیم مولکولی منفرد
در سمت چپ ، بلوک ساختمان مولکولی الیاف ، شامل یک هسته تری تری آمین کربونیلبرید (قرمز) ، سه بخش آمید (آبی) و حاشیه های حجیم کایرال (خاکستری) است. خود مونتاژ در محل حفره منجر به تولید نانو الیاف منفرد فوق مولکولی می شود که می تواند در بسته های نانوالیاف فوق مولکولی مونتاژ شود.

انتقال انرژی از طریق یک نانوسیم مولکولی منفرد سیستم های فتوسنتزی در طبیعت انرژی را بسیار کارآمد به مرکز واکنش منتقل می کنند ، جایی که به یک فرم مفید برای گیاه تبدیل می شود. دانشمندان از این موضوع به عنوان الهام برای یادگیری نحوه انتقال انرژی به طور م efficientثر در الکترونیک مولکولی و سایر فناوری ها استفاده کرده اند. ریچارد هیلدنر ، فیزیکدان از دانشگاه گرونینگن و همکارانش ، انتقال انرژی را در یک سیستم مصنوعی ساخته شده از الیاف نانو بررسی کرده اند. نتایج در ژورنال انجمن شیمی آمریکا منتشر شد.

“طبیعی سیستم های فتوسنتز هیلدنر ، دانشیار دانشگاه گرونینگن توضیح می دهد که ما با استفاده از میلیاردها سال تکامل بهینه سازی شده ایم. کپی برداری از آن برای سیستم های مصنوعی بسیار دشوار است. در مجموعه های برداشت نور باکتری ها یا گیاهان ، نور به انرژی تبدیل می شود و سپس با کمترین تلفات به مرکز واکنش منتقل می شود.

بسته

پنج سال پیش ، هیلدنر و همکارانش سیستمی را توسعه دادند که در آن مولکول های دیسک شکل درون نانوالیاف با طول بیش از ۴ میکرومتر و قطر فقط ۰٫۰۰۵ میکرومتر انباشته شدند. برای مقایسه ، قطر موی انسان ۵۰ تا ۱۰۰ میکرومتر است. این سیستم می تواند مانند آنتن ها در سیستم های فتوسنتز انرژی را انتقال دهد. “اما ما بعضی اوقات می دیدیم که انتقال انرژی در وسط ما گیر کرده است چهار الیاف به طول میکرومتر. به نظر می رسد چیزی در سیستم ناپایدار است. “

برای بهبود بهره وری در انتقال انرژی ، هیلدنر و همکارانش دسته های نانوالیاف ایجاد کردند. “این همان ایده ای است که در الکترونیک معمولی مورد استفاده قرار می گیرد: سیم های مسی بسیار نازک به هم پیوسته اند تا کابل مقاوم تری ایجاد کنند.” با این حال ، معلوم شد که نانو الیاف همراه در انتقال انرژی از فیبرهای منفرد بدتر است.

انسجام

دلیل این امر پدیده ای به نام انسجام است. وقتی انرژی به مولکولهای تشکیل دهنده فیبرها وارد می شود ، یک حالت hr == href=”https://phys.org/tags/excited+st// rel=”tag” class=”textTag “> ایجاد می شود / a> یا exciton. با این حال ، این حالت هیجان زده یک بسته انرژی نیست که با یک مولکول مرتبط باشد. هیلدنر: “انرژی در چندین مولکول جدا شده و بنابراین می تواند با سرعت و کارآیی در فیبر حرکت کند.” این محلی سازی به این معنی است که انرژی مانند موجی از یک مولکول به مولکول دیگر حرکت می کند. در مقابل ، بدون انسجام ، انرژی به یک تک مولکول و باید از یک مولکول به مولکول بعدی بروید. چنین جهشی راهی بسیار کندتر برای انتقال انرژی است.

هیلدنر توضیح می دهد: “در بسته ها ، انسجام از بین می رود.” این ناشی از فشار است که بسته نرم افزاری به هر فیبر درون آن تحمیل می کند. “الیاف فشرده می شوند و این باعث می شود گروه های جانبی مولکول ها به یکدیگر برخورد کنند.” این باعث تغییر چشم انداز انرژی می شود. در یک فیبر ، انرژی حالتهای برانگیخته چندین مولکول همسایه در یک سطح است. در یک بسته نرم افزاری ، محیط محلی مولکول ها متفاوت است و منجر به تفاوت در سطح انرژی می شود.

تور دوچرخه سواری

“هیلدنر می گوید:” تصور کنید که در تور دوچرخه سواری هستید. مشخصات ارتفاع تور نشان دهنده سطح انرژی در مولکول های تشکیل دهنده الیاف است. “اگر در هلند در حال دوچرخه سواری هستید ، به دلیل مسطح بودن زمین ، به سرعت به مقصد خواهید رسید. در مقابل ، در کوه های آلپ باید خیلی اوقات در سربالایی دوچرخه سواری کنید ، که سخت است و سرعت شما را کند می کند.” بنابراین ، وقتی سطح انرژی مولکول ها در الیاف متفاوت باشد ، حمل و نقل دشوارتر می شود.

این کشف به این معنی است که ایده اصلی تیم – برای افزایش بازده انتقال انرژی با استفاده از بسته های نانوالیاف – یک شکست بود. با این حال ، آنها درسهای ارزشمندی را از این یاد گرفته اند ، که هم اکنون می تواند توسط فیزیکدانان نظری استفاده شود / a> برای محاسبه نحوه بهینه سازی انتقال در الیاف مولکولی. “همکاران من در دانشگاه گرونینگن در حال حاضر این کار را انجام می دهند. اما ما قبلاً یک چیز را می دانیم: اگر می خواهید انرژی خوبی در نانوالیاف حمل کنید ، از بسته های نرم افزاری استفاده نکنید.”

خلاصه علوم ساده

گیاهان و باکتری های فتوسنتز از طریق آنتن های مولکولی نور خورشید را می گیرند و سپس انرژی را با کمترین تلفات به مرکز واکنش منتقل می کنند. دانشمندان مایلند سیم های مولکولی بسازند که بتواند انرژی را به همان میزان کارآمد منتقل کند. دانشمندان دانشگاه گرونینگن با قرار دادن مولکول های خاصی در کنار هم ، فیبرهای ریزی ایجاد کردند. الیاف منفرد انرژی را حمل می کنند ، اگرچه گاهی اوقات عملکرد نامناسبی دارند. تصور می شد ایجاد دسته های الیاف (همانطور که با سیم کشی مس انجام می شود) این راه حل است ، اما معلوم شد که این مورد نیست. انرژی وقتی در چندین مولکول پخش می شود سریع حرکت می کند. در الیاف منفرد ، این به خوبی کار می کند اما در الیاف بسته بندی شده ، با افزایش فشار مولکول ها ، این گسترش با مشکل روبرو می شود. از این نتایج می توان برای درک بهتر انرژی حمل و نقل در امتداد سیمهای مولکولی ، که به طراحی سیمهای بهتر کمک می کند.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.