Phát triển bề mặt chống thấm nước siêu hiệu quả

/in /by

Các nhà khoa học đã phát triển bề mặt chống thấm nước tốt nhất từ trước đến nay. Bằng cách tạo cho nó một lớp phủ giống chất lỏng bất chấp các thiết kế thông thường, nước sẽ lăn khỏi bề mặt ở các góc nông hơn 500 lần so với vật liệu siêu kỵ nước khác.

Khả năng đẩy nước rất quan trọng đối với nhiều vật liệu, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô, hàng hải và hàng không vũ trụ. Nhiều bề mặt siêu kỵ nước hoạt động bằng cách giữ lại một lớp không khí hoặc chất lỏng khiến bất kỳ loại nước nào rơi vào đó sẽ vo tròn thành giọt và lăn đi dễ dàng hơn.

Nhưng công nghệ mới nổi tạo ra cái gọi là bề mặt giống chất lỏng (LLS), có các lớp phân tử có tính di động cao hoạt động giống chất lỏng nhưng được buộc chặt vào chất nền để chúng không thoát ra ngoài. Kết quả cuối cùng giống như một bề mặt được bôi trơn và nước sẽ trượt ra ngay lập tức.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học tại Đại học Aalto ở Phần Lan đã phát triển LLS mới từ các phân tử được gọi là lớp đơn lớp tự lắp ráp (SAM) phủ lên chất nền silicon. Bằng cách điều chỉnh các điều kiện như nhiệt độ và hàm lượng nước trong lò phản ứng trong quá trình sản xuất, nhóm nghiên cứu có thể kiểm soát lượng silicon mà SAM bao phủ.


Ấn tượng về nước lăn trên lớp phủ SAM siêu thấm nước mới.

Khi SAM bao phủ phần lớn bề mặt, nó trở nên siêu kỵ nước, khiến nước tạo thành các giọt và lăn đi. Bản thân điều đó được mong đợi nhưng trước sự ngạc nhiên của các nhà nghiên cứu, độ bao phủ SAM thấp cũng khiến bề mặt trơn trượt. Và nó đã làm được điều đó mà không cần có các hạt nước, vốn từ lâu đã được cho là cần thiết cho khả năng siêu kỵ nước.

Sakari Lepikko, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Thật phản trực giác khi ngay cả độ che phủ thấp cũng mang lại khả năng trơn trượt đặc biệt. Thay vào đó, chúng tôi nhận thấy nước chảy tự do giữa các phân tử của SAM ở độ bao phủ SAM thấp, trượt khỏi bề mặt. Và khi độ bao phủ của SAM cao, nước vẫn ở trên SAM và trượt đi một cách dễ dàng. Chỉ ở giữa hai trạng thái này nước mới bám vào SAM và dính lên bề mặt”.

Nhóm nghiên cứu cho biết một số phiên bản bề mặt SAM của họ là vật liệu chống thấm nước tốt nhất từng được báo cáo – các bề mặt siêu kỵ nước thường có góc trượt (góc mà nước sẽ lăn đi) thấp tới 5°. Nhưng nhóm Aalto báo cáo rằng góc trượt của họ có thể là 0,01°, nghĩa là về cơ bản nước sẽ chảy ra khỏi bất kỳ bề mặt nào không bằng phẳng hoàn hảo. Thước đo phổ biến hơn về tính kỵ nước là cái được gọi là góc tiếp xúc, được tính bằng mức độ sắc nét của các giọt nước cong hình thành trên bề mặt. Nhưng thật khó để áp dụng biện pháp đó ở đây khi bề mặt SAM cho phép nước lan ra thành màng nhưng vẫn dễ dàng lăn đi. Hấp dẫn như lớp phủ SAM, các nhà nghiên cứu thừa nhận nó vẫn khá mỏng và sẽ phân tán dễ dàng. Nhưng họ có kế hoạch tiếp tục cải thiện để cuối cùng nó có thể giúp ích trong nhiều trường hợp sử dụng công nghiệp”.

Ông Lepikko cho biết: “Những thứ như truyền nhiệt trong đường ống, làm tan băng và chống sương mù là những ứng dụng tiềm năng. Nó cũng sẽ hữu ích với vi lỏng, trong đó các giọt nhỏ cần được di chuyển xung quanh một cách trơn tru và tạo ra bề mặt tự làm sạch. Cơ chế phản trực giác của chúng tôi là một cách mới để tăng tính di động của giọt nước ở bất cứ nơi nào cần thiết”.

Hà My
https://vietq.vn/phat-trien-be-mat-chong-tham-nuoc-sieu-hieu-qua-s26-d215399.html

Năng lượng xanh – Tận dụng lông gà để sản xuất pin Hydro

/in /by

Năng lượng Hydro được đánh giá là giải pháp thay thế tiềm năng cho năng lượng hóa thạch bên cạnh điện gió và điện mặt trời. Tuy nhiên chi phí sản xuất lại là vấn đề nan giải.

Theo ông Raffaele Mezzenga – Giáo sư Thực phẩm và Vật liệu mềm tại ETH Zurich, cho biết “Hydro là nguyên tố dồi dào nhất vũ trụ, nhưng không may là trên Trái Đất thì không như vậy”. Ở đây, Hydro không tồn tại ở dạng nguyên chất nên phải trải qua quá trình sản xuất và tốn nhiều năng lượng.


Sản xuất năng lượng siêu sạch Hydro. Ảnh minh họa

Cụ thể pin nhiên liệu Hydro tạo ra điện bằng cách sử dụng màng bán thấm. Tuy nhiên, loại màng này thường được sản xuất bằng các “hóa chất vĩnh cửu” đắt đỏ, không thân thiện với môi trường, độc hại và có nguy cơ gây ung thư.

Để giải quyết vấn đề đó, nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ (ETH Zurich) và Đại học Công nghệ Nanyang Singapore (NTU) đã nghiên cứu và tìm ra phương pháp mới để sản xuất các màng này

Theo Interesting Engineering, các nhà nghiên cứu đã chiết xuất protein keratin từ lông gà thải và biến nó thành những sợi siêu nhỏ gọi là amyloid bằng quy trình thân thiện với môi trường. Sau đó, những sợi keratin siêu nhỏ này được sử dụng cho màng pin nhiên liệu.


Lông gà được nghiên cứu để làm màng bán thấm. Ảnh minh họa

Loại màng mới rất hứa hẹn vì không chỉ dùng được trong pin nhiên liệu mà còn trong quá trình điện phân (dùng điện tách nước thành Hydro và Oxy). Trong quá trình này, dòng điện một chiều truyền qua nước, khiến Oxy hình thành ở cực anode tích điện dương, trong khi Hydro thoát ra ở cực cathode tích điện âm. Nước tinh khiết không đủ dẫn điện và thường cần bổ sung axit. Tuy nhiên, loại màng mới có thể cho proton thấm qua, nhờ đó cho phép các hạt di chuyển giữa cực anode và cực cathode, giúp điện phân hiệu quả kể cả trong nước tinh khiết.

Theo thống kê hàng năm, có khoảng 40 triệu tấn lông gà bị đốt bỏ. Quá trình này không chỉ tạo ra lượng khí thải CO2 khổng lồ mà còn tạo ra những loại khí độc hại như SO2. Dùng lông gà để sản xuất năng lượng Hydro sẽ là một cách hiệu quả để xử lý rác thải từ ngành chăn nuôi gia cầm. Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức cần vượt qua trước khi Hydro trở thành nguồn năng lượng bền vững ổn định.

Bước tiếp theo, nhóm chuyên gia sẽ kiểm tra tính ổn định và độ bền của màng keratin mới và cải tiến nếu cần. Họ đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế và đang tìm kiếm các nhà đầu tư hoặc công ty để giúp tiếp tục phát triển công nghệ và thương mại hóa.

Duy Trinh (theo Interesting Engineering )
https://vietq.vn/nang-luong-xanh—tan-dung-long-ga-de-san-xuat-pin-hydro-d215339.html

Loại bê tông có khả năng sản xuất điện

/in /by

Các kỹ sư Đại học Pittsburgh (Pitt) phát triển một loại bê tông thông minh đa năng siêu nhẹ, có thể điều chỉnh đặc tính cho nhiều công trình khác nhau và tự sản xuất điện.

Siêu vật liệu mới cấu tạo từ mạng lưới polymer auxetic gia cố bên trong ma trận xi măng dẫn điện. Xi măng dẫn điện được củng cố bằng bột graphite, tạo thành điện cực. Một kích thích cơ học có thể dẫn tới điện khí hóa giữa các lớp. Bê tông do nhóm nghiên cứu của Amir Alavi, trợ lý giáo sư ngành kỹ thuật dân dụng và môi trường ở Pitt tạo ra không thể sản xuất đủ năng lượng để đưa vào lưới điện, nhưng có thể dùng để theo dõi thiệt hại bên trong công trình bê tông, ví dụ trong trường hợp động đất.

“Việc sử dụng bê tông rộng rãi trong dự án cơ sở hạ tầng đòi hỏi phát triển một thế hệ vật liệu bê tông mới tiết kiệm và bền vững về mặt môi trường nhưng vẫn cung cấp những chức năng tiên tiến. Chúng tôi tin chắc có thể đạt mọi mục tiêu trên bằng cách đưa siêu vật liệu vào phát triển vật liệu xây dựng”, Alavi cho biết.

 Mô phỏng sử dụng vật liệu bê tông thông minh trên đường cao tốc. Ảnh: Amir Alavi

Bản thân siêu vật liệu có thể được tùy chỉnh để đáp ứng nhu cầu xây dựng, thay đổi độ linh hoạt, hình dáng và độ giòn. Trong các thử nghiệm, nó có thể nén tới 15% mà vẫn duy trì độ liền khối của kết cấu.

“Dự án này tạo ra bê tông siêu vật liệu tổng hợp đầu tiên với độ nén siêu cao và khả năng sản xuất điện. Những hệ thống bê tông siêu nhẹ và dễ điều chỉnh cơ học như vậy có thể mở đường cho việc sử dụng bê tông trong nhiều ứng dụng đa dạng như vật liệu giảm xóc ở sân bay, giúp giảm tốc độ cho máy bay trên đường băng hoặc bộ cách ly địa chấn”, Alavi nói.

Nhóm nghiên cứu hy vọng loại bê tông đa năng mới có thể được sử dụng rộng rãi trong cơ sở hạ tầng. Vật liệu thông minh này thậm chí có thể cung cấp điện cho chip gắn trong đường cao tốc để hỗ trợ xe tự lái. Tuy nhiên, trong tương lai gần, các nhà khoa học sẽ cần thử nghiệm trên quy mô lớn và tìm hiểu làm thế nào để ngăn cách vật liệu với áp lực môi trường như độ ẩm, thời tiết ướt át và biến động nhiệt độ.

Bảo Lâm
https://vietq.vn/loai-be-tong-co-kha-nang-san-xuat-dien-d214142.html

Làm mát không cần điện: Phương pháp lý tưởng để kiểm soát khí hậu?

/in /by

Trong bối cảnh thế giới đang “đau đầu” với tình trạng ấm lên toàn cầu, thì công nghệ làm mát không phát thải carbon, không tiêu thụ điện, nhiều khả năng sẽ là một bước tiến đột phá.


Các thiết bị làm mát bằng bức xạ cung cấp khả năng làm mát không cần điện bằng cách tỏa nhiệt mà không bị khí quyển hấp thụ (Ảnh: KAUST).

Đối diện với một mùa hè nắng nóng khủng khiếp xảy ra vào năm 2022, và nhiệt độ cao kỷ lục được quan sát thấy ở nhiều thành phố lớn trong nửa đầu năm 2023, các quốc gia đã dần nhận thấy nhu cầu quan trọng hơn bao giờ hết về các giải pháp làm mát không dùng điện, cũng như giảm thiểu phát thải carbon.

Để giải bài toán này, các nhà nghiên cứu hàng đầu về làm mát bằng bức xạ đến từ Đại học Khoa học & Công nghệ King Abdullah (KAUST), đã đưa ra giải pháp mà theo họ là có thể “cứu” Trái Đất, đồng thời đưa chúng ta trở lại quỹ đạo cân bằng.

Theo đó, các thiết bị sẽ được xây dựng dựa trên cơ chế làm mát bằng bức xạ, cung cấp khả năng làm mát không cần điện bằng cách tỏa nhiệt trong phạm vi bước sóng hẹp – còn gọi là “cửa sổ trong suốt” của bầu khí quyển.

Tại “cửa sổ” này, nhiệt lượng không được bầu khí quyển hấp thụ như cách thông thường, mà thay vào đó, sẽ thoát thẳng ra ngoài không gian.

Đây là môi trường nơi các nguyên tử ngừng hoạt động hoàn toàn, tạo ra nhiệt độ cân bằng ở mức 0 độ tuyệt đối. Nó sẽ đóng vai trò như một bộ tản nhiệt khổng lồ và dễ dàng hấp thụ mọi nhiệt lượng tỏa ra.


Mô phỏng phương pháp làm mát bằng bức xạ, nơi nhiệt lượng được đưa ra ngoài vũ trụ để không ảnh hưởng tới bầu khí quyển (Ảnh: Bruker).

Dẫu vậy, phương pháp này vẫn gặp một số thách thức để đạt được khả năng làm mát xuống dưới nhiệt độ môi trường trong điều kiện ánh sáng mặt trời tiếp xúc trực tiếp.

Theo ông Qiaoqiang Gan, chủ nhiệm đề tài nghiên cứu, chúng ta cũng phải đồng thời giảm thiểu hiệu ứng nhiệt của sự hấp thụ năng lượng mặt trời để tối đa hóa sự phát xạ nhiệt trong “cửa sổ khí quyển”.

Ngoài ra, do phương pháp làm mát bằng bức xạ sử dụng bầu trời làm bộ tản nhiệt, nên hầu hết các thí nghiệm đều được tiến hành ở môi trường cục bộ ngoài trời.

Điều này sẽ dẫn tới những khó khăn nhất định khi chúng ta không thể kiểm soát các điều kiện thời tiết và thay đổi trong cài đặt đo lường.

Tuy nhiên, phương pháp vẫn hứa hẹn sẽ mang lại những tiềm năng lớn khi được xây dựng một chiến lược tổng thể đủ tốt và triển khai đồng bộ.

“Bằng cách tận dụng khả năng làm mát bằng bức xạ, chúng ta có thể tạo ra lượng khí thải carbon bằng 0, hoặc thậm chí âm”, ông Qiaoqiang Gan khẳng định.

Được biết, phương pháp trên đã được đưa vào kế hoạch chiến lược quốc gia của Ả Rập Saudi về Tầm nhìn 2030, và có thể tiên phong giải quyết nhu cầu làm mát cục bộ tại quốc gia này.

Theo Dân trí
https://petrotimes.vn/lam-mat-khong-can-dien-phuong-phap-ly-tuong-de-kiem-soat-khi-hau-693586.html

Thách thức với doanh nghiệp Việt Nam trước cơ chế điều chỉnh carbon xuyên biên giới

/in /by

Ngoài việc hoàn thiện cơ chế chính sách về định giá carbon, thì doanh nghiệp cũng chịu áp lực rất lớn để hoàn thiện quy trình sản xuất công nghệ xanh và thực hiện báo cáo về kiểm kê phát thải, nguồn gốc nguyên liệu sản xuất đầu vào của doanh nghiệp.

Theo kế hoạch, EU sẽ thí điểm CBAM trong giai đoạn 2023 – 2025 với 6 loại mặt hàng bao gồm sắt thép, xi măng, phân bón, nhôm, năng lượng điện và hydrogen. Trong gian đoạn thí điểm này, các doanh nghiệp xuất khẩu vào EU chưa cần trả phí mà chỉ phải kê khai/báo cáo lượng khí thải có trong hàng hóa xuất khẩu của họ. Do vậy, trong ngắn hạn thì thuế carbon của EU có thể chưa tác động ngay, chưa tác động trực tiếp đến hàng hóa của Việt Nam vào EU.

Tuy nhiên, từ 2026 trở đi và trong dài hạn, khi các biện pháp tài chính được áp dụng, các doanh nghiệp Việt Nam khi xuất khẩu hàng hóa trong danh mục chịu thuế sẽ phải trả tiền mua thêm tín chỉ, với giá cả dựa vào giá hàng tuần trên thị trường tín chỉ carbon của EU. Điều này sẽ gây bất lợi về năng lực cạnh tranh cho các doanh nghiệp xuất khẩu khi mà chi phí sản xuất cao hơn, giá thành sản phẩm sẽ tăng lên, hạn chế khả năng tiếp cận thị trường châu Âu.


Doanh nghiệp cần hoàn thiện quy trình sản xuất công nghệ xanh. Ảnh minh họa

Do đó, tác động của CBAM đến sản lượng xuất khẩu là điều chắc chắn, trước tiên là mặt hàng thép và xi măng do suất phát thải lớn (EU là thị trường nhập khẩu thép lớn thứ 2 của Việt Nam). Theo báo cáo đánh giá tác động của thuế carbon lên 3 quốc gia gồm Việt Nam, Thái Lan và Ấn Độ do World Bank thực hiện vào tháng 5/2021 loại thuế này sẽ làm tăng 36 tỷ USD chi phí mỗi năm của 3 mặt hàng xuất khẩu Việt Nam vào thị trường châu Âu (thép, xi măng và nhôm).

Trên bình diện chung, tác động của thuế carbon đối với sản lượng xuất khẩu phụ thuộc vào một số yếu tố như độ co giãn của cầu hàng hóa, sự sẵn có của hàng hóa thay thế và mức độ mà doanh nghiệp sản xuất có thể chuyển chi phí thuế sang người tiêu dùng. Cũng cần lưu ý rằng, trong tương lai, có thể có nhiều quốc gia tiếp cận theo hướng này và mở rộng sang nhiều mặt hàng khác, nên đây cũng là xu hướng mà các doanh nghiệp cần tính đến từ đầu ngay trong quá trình xây dựng, hoạch định chiến lược sản xuất.

Giải pháp giúp doanh nghiệp nâng cao năng lực cạnh tranh trước cơ chế điều chỉnh carbon

Để thích ứng với xu thế chung trên toàn cầu trong đó có cơ chế điều chỉnh carbon (CBAM), các lĩnh vực có mặt hàng nằm trong danh mục chịu thuế hay không thì đều phải có được một sự nhận thức rất rõ về các quy định, yêu cầu của thị trường mà doanh nghiệp xuất khẩu. Ví dụ, đối với nhóm hàng hóa phức tạp, để tính thuế suất, EU sẽ tính đến cả lượng phát thải của nguyên liệu đầu vào, vì thế doanh nghiệp cần phải nhận thức được việc sẽ phải có trách nhiệm kiểm kê, báo cáo chi tiết về nguyên liệu đầu vào cho quá trình sản xuất, vận chuyển và tiêu thụ chứ không chỉ dừng lại ở việc báo cáo phát thải trong quá trình sản xuất.

Tiếp đó, quy trình xanh hóa sản xuất là xu hướng bắt buộc thông qua việc chuyển đổi, đầu tư vào các công nghệ/thực hành sản xuất sạch hơn, giảm các chi phí cấu thành nên sản phẩm, đầu tư vào các biện pháp tiết kiệm năng lượng và các nguồn năng lượng tái tạo gồm điện mặt trời và điện gió để giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Điều đó có thể giúp giảm chi phí sản xuất, giảm lượng khí thải carbon trong sản phẩm của doanh nghiệp và tăng khả năng cạnh tranh về lâu dài.

Bên cạnh đó, doanh nghiệp nói riêng và các bên liên quan nói chung cần hợp tác và đối thoại với EU để đảm bảo CBAM được thực thi theo cách công bằng và bình đẳng; hợp tác với tổ chức chứng nhận thứ ba để xác minh tính chính xác về hàm lượng carbon trong báo cáo của doanh nghiệp Việt Nam.

Khánh Mai (t/h)
https://vietq.vn/thach-thuc-doi-voi-cac-doanh-nghiep-viet-nam-truoc-co-che-dieu-chinh-carbon-xuyen-bien-gioi-d213844.html

Phát triển loại robot lấy cảm hứng từ côn trùng có thể biến đổi kích thước khi đi qua không gian hẹp

/in /by

Một trong những ứng dụng được đề xuất phổ biến nhất cho robot nhỏ là tìm kiếm người sống sót bị mắc kẹt trong đống đổ nát sau thảm họa. Robot CLARI lấy cảm hứng từ côn trùng đặc biệt giỏi trong việc này vì nó có thể tự làm cho mình nhỏ hơn để chui qua những khoảng trống ngang chật hẹp.

Tên của robot là từ viết tắt của “Côn trùng robot có khớp nối có chân”, CLARI được tạo ra tại Đại học Colorado-Boulder bởi một nhóm do tiến sĩ kỹ thuật Heiko Kabutz dẫn đầu. Ông đã cộng tác với Giáo sư Kaushik Jayaram, người trước đây đã tạo ra robot lấy cảm hứng từ loài gián có khả năng tự làm phẳng để chui qua các khoảng trống thẳng đứng.

Robot có kích thước bằng một miếng sushi cuộn, cơ thể bốn chân của CLARI gần như vuông khi nhìn từ trên xuống và được tạo thành từ bốn phần nối với nhau bằng lớp da bên ngoài linh hoạt của robot. Mỗi phần bao gồm một chân cùng với bảng mạch riêng và bộ truyền động kép giúp di chuyển chân về phía trước và phía sau cũng như từ bên này sang bên kia. Điều này có nghĩa là mỗi chân có thể hoạt động độc lập với các chân khác.


Mặc dù phiên bản hiện tại của CLARI đã được cài đặt sẵn nhưng kế hoạch yêu cầu các phiên bản trong tương lai sẽ được chuyển vùng tự do (và có nhiều chân hơn).

Khi di chuyển trên bãi đất trống, CLARI vẫn ở dạng hình vuông mặc định để có tốc độ và độ ổn định tối ưu. Tuy nhiên, nếu gặp một khoảng trống quá hẹp để có thể đi qua ở dạng đó, nó có thể tự cấu hình lại thành hình dạng dài hơn, hẹp hơn. Theo những con số chuẩn xác, robot rộng khoảng 34 mm (1,3 in) khi vuông và chỉ rộng 21 mm (0,8 in) khi thu hẹp.

Mặc dù phiên bản hiện tại của CLARI được kết nối với nguồn điện và nguồn điều khiển nhưng người ta hy vọng rằng phiên bản tiếp theo của nó sẽ chạy bằng pin và được trang bị các cảm biến cho phép chúng tự động di chuyển trong các môi trường phức tạp. Các nhà khoa học cũng muốn làm cho những robot này nhỏ hơn, trang bị cho chúng nhiều chân hơn để tăng khả năng cơ động.

Tiến sĩ Kabutz cho biết: “Khi chúng tôi cố gắng bắt một con côn trùng, chúng có thể biến mất vào khoảng trống. Nhưng nếu có robot có khả năng của nhện hoặc ruồi, chúng ta có thể thêm camera hoặc cảm biến và giờ đây có thể bắt đầu khám phá những không gian mà trước đây chúng ta không thể xâm nhập”.

An Hạ
https://vietq.vn/phat-trien-loai-robot-lay-cam-hung-tu-con-trung-co-the-bien-doi-kich-thuoc-khi-di-qua-khong-gian-hep-d213820.html