திட ஆக்சைடு செல்களில் வெள்ளி நானோஉந்திகள் தங்கள் பங்கை மாற்றுகின்றன

ஒரே ஒரு உந்தி, வேலையைப் பொறுத்து வேறுபட்டு நடக்கிறது

தென் கொரியாவின் ஆராய்ச்சியாளர்கள், திட ஆக்சைடு செல்களில் பயன்படுத்தப்படும் வெள்ளி நானோஉந்திகளில் இதுவரை உறுதிப்படுத்தப்படாத ஒரு நடத்தைையை அடையாளம் கண்டுள்ளதாக கூறுகின்றனர்: சாதனம் மின்சாரம் உற்பத்தி செய்கிறதா அல்லது ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி செய்கிறதா என்பதைப் பொறுத்து, அதே உந்தி வேறு எதிர்வினை தளங்களை நம்புவதாகத் தெரிகிறது. இந்தக் கண்டுபிடிப்பு, சுத்தமான மின்சாரம் மற்றும் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியில் பெரிய பங்கு வகிக்கத் தயாராக உள்ள உயர்-வெப்பநிலை ஆற்றல் அமைப்புகளுக்கான மின்தகடுகளை பொறியாளர்கள் வடிவமைக்கும் முறையை மாற்றக்கூடும் என்று குழு கூறுகிறது.

இந்த ஆய்வை சியோல் தேசிய பல்கலைக்கழகத்தின் பேராசிரியர்கள் WooChul Jung மற்றும் Jeong Woo Han தலைமையிலான குழு, KAIST மற்றும் Korea Basic Science Institute குழுக்களுடன் இணைந்து நடத்தியது. அறிக்கையின்படி, ஆராய்ச்சியாளர்கள் திட ஆக்சைடு செல் செயல்திறனை மேம்படுத்தும் வெள்ளி நானோஉந்திகளின் செயல்முறையைத் தெளிவுபடுத்தி, ஆக்சிஜன் எதிர்வினை தளங்களும் செயல்முறைகளும் செலின் இயக்க முறைமைக்கு ஏற்ப மாறுவதை உறுதிப்படுத்தினர்.

இந்த முடிவுகள் Energy & Environmental Science இதழில் வெளியிடப்பட்டன, மேலும் இதழ் இதனை Outside Back Cover கட்டுரையாக குறிப்பிடியது; இது அந்த ஆய்வு துறையில் குறிப்பிடத்தக்கதாகக் கருதப்பட்டதை示ிக்கிறது.

திட ஆக்சைடு செல்கள் ஏன் முக்கியம்

திட ஆக்சைடு செல்கள் என்பது ஆக்சிஜன் அயன்களின் கடத்தலை அடிப்படையாகக் கொண்ட உயர்-வெப்பநிலை மின்வேதியியல் சாதனங்கள். ஒரு செயல்முறையில் அவை மின்சாரம் உருவாக்க முடியும். மற்றொரு செயல்முறையில், அவை நீரைப் பிளந்து ஹைட்ரஜன் தயாரிக்க முடியும். இந்த மாறக்கூடிய பங்கு, தூய்மையான மின்சார அமைப்புகளையும் குறைந்த கார்பன் கொண்ட தொழில்துறை ஆற்றல் வழிகளையும் ஆதரிக்கக்கூடிய தொழில்நுட்பங்களைத் தேடும் ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு இவற்றை முக்கிய இலக்காக மாற்றியுள்ளது.

மூலப் பொருள் இந்தச் சாதனங்களை அடுத்த தலைமுறை ஆற்றல் தொழில்நுட்பமாக விவரிக்கிறது; கட்டிடங்களிலும் தொழிற்சாலைகளிலும் பரவலாக பயன்படுத்தப்படும் கூட்டு வெப்பமும் மின்சாரமும் வழங்கும் அமைப்புகளிலிருந்து, புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் அடிப்படையிலான பசுமை ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி வரை பயன்பாடுகள் உள்ளன. நடைமுறையில், இதன் பொருள் ஒரே பரந்த தளம் ஆற்றல் அமைப்பின் பல பகுதிகளில் செயல்பட முடியும்: உள்ளூர் மின்சார உற்பத்தி, வெப்ப மீட்பு, மற்றும் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி.

அந்த நெகிழ்வுதான் செயல்திறன் மேம்பாடுகளை முக்கியமாக்குகிறது. திட ஆக்சைடு செல்களில், மின்தகடு மேற்பரப்பில் நடைபெறும் ஆக்சிஜன் எதிர்வினைகளின் வேகம் மற்றும் திறன், வெளியீடு மற்றும் நீடித்த தன்மை இரண்டையும் வலுவாக பாதிக்கின்றன. ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த எதிர்வினைகளை மேலும் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்த முடிந்தால், செயல்திறனை உயர்த்தி, இழப்புகளை குறைத்து, சாதனத்தின் ஆயுளை நீட்டிக்க முடியும்.

முக்கிய கண்டுபிடிப்பு

இந்த ஆய்வு வெள்ளி, அல்லது Ag, நானோஉந்திகளை மையமாகக் கொண்டது. உந்திகள் வேதியியல் எதிர்வினைகளை வேகப்படுத்த சேர்க்கப்படுகின்றன; ஆனால் ஒரு பொருளில் அந்த எதிர்வினைகள் உண்மையில் எங்கு நடைபெறுகின்றன என்பதும், அந்தப் பொருள் எதனால் ஆனது என்பதற்குச் சமமாக முக்கியமாக இருக்கலாம். தென் கொரியக் குழுவின் அறிக்கையின்படி, வெள்ளி ஒரு நிலையான செயல்பாட்டு உதவியாளராக நடக்கவில்லை. அதற்கு பதிலாக, அதன் செயல்படும் எதிர்வினை தளம் சாதனத்தின் பணிக்கேற்ப மாறுகிறது.

ஒரு திட ஆக்சைடு செல் மின்சாரம் உருவாக்கும் போது, ஆக்சிஜன் தொடர்பான செயல்முறைகள் ஒரு தொகுதி தளங்களில் நடைபெறுகின்றன. அதே வகை செல் ஹைட்ரஜன்-உற்பத்தி முறைக்கு மாற்றப்படும் போது, அந்த தளங்கள் மாறுகின்றன. இது, ஒரு உந்தி அமைப்பை ஒரே பொது முறையில் மேம்படுத்த வேண்டும் என்ற பொதுவான கருத்து, மாறக்கூடிய அமைப்புகளுக்கு மிக எளிமைப்படுத்தப்பட்டதாக இருக்கலாம் என்பதைக் காட்டுகிறது.

இதன் விளைவு ஒரு புதிய வடிவமைப்பு கொள்கை: பொறியாளர்கள் உந்திகளை அவற்றின் சேர்மமும் துகள் அளவுமாக மட்டுமல்லாமல், இயக்க முறைமை ஆக்சிஜன் பரிமாற்றத்திற்கான மிக முக்கியமான இடைமுகத்தை எவ்வாறு மாற்றுகிறது என்பதையும் கருத்தில் கொள்ள வேண்டியிருக்கலாம். அதே நானோஉந்தி வேறுபட்ட நிலைகளில் வேறுபட்ட செயல்முறைகளை ஆதரித்தால், செயல்திறன் சீரமைப்பு முறை-சார்ந்ததாக இருக்க வேண்டியிருக்கும்.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் என்ன உருவாக்கினர்

மூல உரையின்படி, குழு ஒரு மாதிரி தளத்தை உருவாக்கியது; இதில் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பும் சேர்மமும் கொண்ட ஒரு மின்தகட்டில் உலோக நானோகண வரிசைகள் உருவாக்கப்பட்டன. அவர்கள் பிளாட்டினம், பல்லாடியம், கோபால்ட், மற்றும் வெள்ளி ஆகியவற்றால் செய்யப்பட்ட வரிசைகளை ஒப்பிட்டு, வெவ்வேறு துகள் அளவுகளில் நிகழும் வடிவ மாற்றங்களுடன் சேர்த்து வெள்ளி-மின்தகடு இடைமுகத்தையும் ஆய்வு செய்தனர்.

இத்தகைய தளம் முக்கியமானது, ஏனெனில் இது காரணமும் விளைவும் தனித்தனியாகப் பார்க்க ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு ஒரு தெளிவான வழியை வழங்குகிறது. சிக்கலான மின்வேதியியல் சாதனங்களில் வெப்பநிலை, பொருள் சேர்மம், மேற்பரப்பு பரப்பு, இடைமுகத் தரம், மற்றும் காலப்போக்கில் சிதைவு ஆகிய பல மாறிகள் ஒரே நேரத்தில் நகர்கின்றன. அமைப்பும் சேர்மமும் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்தப்பட்டதால், மின்தகடு இடைமுகத்தில் வெள்ளி நானோஉந்தி எவ்வாறு நடக்கிறது என்பதில் குழு கவனம் செலுத்த முடிந்தது.

இந்த அறிக்கை, மின்சார உற்பத்தி முறையிலோ ஹைட்ரஜன்-உற்பத்தி முறையிலோ உள்ளதா என்பதைப் பொறுத்து, அதே வெள்ளி நானோஉந்தி வேறு எதிர்வினை தளங்களில் செயல்படுகிறது என்பதை முதல் முறையாகக் காட்டியதாக கூறுகிறது. விரிவான சோதனைகளிலும் இது நிலைத்திருந்தால், எதிர்கால மின்தகடுகளை வடிவமைக்கும் போது எங்கு தலையிட வேண்டும் என்பதற்கான மேலும் துல்லியமான வரைபடத்தை இது ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு வழங்கும்.

இது சாதன வடிவமைப்பை எப்படி மாற்றலாம்

ஆற்றல்-சாதன உருவாக்குநர்களுக்கு, இந்தக் கண்டுபிடிப்பு அறிவியல் ஆர்வத்தின் விஷயம் மட்டுமல்ல. இது நடைமுறை அமைப்புகளுக்கான மின்தகடுகள் எவ்வாறு வடிவமைக்கப்படுகின்றன என்பதையும் பாதிக்கக்கூடும். ஒரு இயக்க முறையில் மிகச் செயல்திறன் கொண்டதாகத் தோன்றும் உந்தி, அதே பொதுவான கட்டமைப்பில் அதே பொருளாக இருந்தாலும், எதிர் செயல்முறைக்கு உகந்ததாக இருக்காமல் போகலாம்.

அது ஒரு நடைமுறை வடிவமைப்பு கேள்வியை எழுப்புகிறது: மாற்றக்கூடிய திட ஆக்சைடு செல்கள், மின்சார முறையில் ஒரு எதிர்வினை தளத்தையும் ஹைட்ரஜன் முறையில் மற்றொரு தளத்தையும் திட்டமிட்டு முன்னிலைப்படுத்தும் மின்தகடு அமைப்புகளைப் பயன்படுத்த வேண்டுமா? மூல உரை அந்தக் கேள்வி முழுமையாக பதிலளிக்கப்பட்டுவிட்டதாகக் கூறவில்லை; ஆனால் எதிர்கால மேம்பாட்டு பணிகள் இதை கவனத்தில் கொள்ள வேண்டுமென்று வலுவாகக் குறிக்கிறது.

இது உயர் செயல்திறன், குறைந்த செலவுடைய பொருட்களைத் தேடும் முயற்சிக்கும் நுணுக்கத்தைச் சேர்க்கிறது. சில உந்தி அமைப்புகளில் பயன்படுத்தப்படும் சில மதிப்புமிக்க உலோகங்களைவிட வெள்ளி பொதுவாக பொருளாதார ரீதியில் அதிக ஈர்ப்புடையது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் வெள்ளி எப்போது, எங்கு மிகச் செயல்பாட்டுடன் இருக்கிறது என்பதைச் சிறப்பாகப் புரிந்துகொண்டால், அதிகச் செலவுள்ள மாற்றுகளின் மீது குறைவாக நம்பி, மேலும் திறமையான வடிவமைப்புகளை ஆதரிக்க முடியும்.

அடுத்து கவனிக்க வேண்டியது

இந்த அறிக்கை வணிகமயமாக்கல் காலக்கெடுகள் அல்லது சாதன மட்ட செயல்திறன் கணக்குகளை வழங்கவில்லை; எனவே உடனடி முக்கியத்துவம் தொழில்துறையைவிட அறிவியல் சார்ந்ததாகும். இருப்பினும், இந்த வேலை மாற்றக்கூடிய திட ஆக்சைடு செல்களை மேம்படுத்த ஒரு தெளிவான கட்டமைப்பை முன்வைக்கிறது, குறிப்பாக மின்சாரம் உற்பத்தியும் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியும் இரண்டையும் தேவையாகக் கொண்ட பயன்பாடுகளுக்கு.

எதிர்கால ஆராய்ச்சி, இந்த எதிர்வினை-தள மாற்றத்தை திட்டமிட்டு வடிவமைக்க முடியுமா, நீண்ட கால இயக்கத்தில் அந்த நடத்தை எவ்வளவு நிலைத்திருக்கிறது, மற்றும் பிற உந்திப் பொருட்களிலும் இதேபோன்ற முறை-சார்ந்த செயல்முறைகள் உள்ளனவா என்பவற்றில் கவனம் செலுத்தும். ஒரு ஆய்வறை கண்டுபிடிப்பு பரவலாகப் பயன்படும் பொறியியல் விதியாக மாறுமா என்பதை நிர்ணயிப்பவை இந்தக் கேள்விகள்தான்.

இப்போது, இந்த ஆய்வு மின்சாரமயமாக்கலும் ஹைட்ரஜனும் சந்திக்கும் இடத்தில் உள்ள ஒரு தொழில்நுட்பத்தின் தெளிவான பார்வையை வழங்குகிறது. ஆற்றல் அமைப்புகள் மேலும் சிக்கலாகி வரும் நிலையில், இயக்க முறைகளுக்கு ஏற்ப தங்களை மாற்றிக்கொள்ளக்கூடிய பொருட்கள் அதிக மதிப்புடையவையாகலாம். இந்த ஆய்வின் மையப் பாடம், அந்த மாற்றம் ஏற்கனவே நானோ அளவில் நடைபெற்று வரக்கூடும், மேலும் அதை பயன்படுத்த வடிவமைப்பாளர்களுக்கு இப்போது சிறந்த வாய்ப்பு கிடைத்துள்ளது என்பதாகும்.

இந்தக் கட்டுரை Phys.org இன் செய்தியறிக்கை அடிப்படையில் உள்ளது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.