Lună: mai 2018

Nano blocul de construcție are un arc(New nano building block takes a bow)

Nanotuburile de nitrura de bor sunt pregatite pentru a deveni blocuri eficiente pentru materialele compozite de ultima generatie si materialele polimerice bazate pe o descoperire noua la Universitatea Rice.Nanotuburile de nitrura de bor, ca și verii lor de carbon, sunt foi laminate din matrice hexagonale. Spre deosebire de nanotuburile de carbon, ele sunt hibrizi izolatori electrici, alcătuit din atomi de bor și atomi de azot alternativi.
Izolarea nanotuburilor care pot fi funcționalizate va fi un element important de construcție pentru proiectele de nanoengineering.

Posted: May 21, 2018

New nano building block takes a bow

(Nanowerk News) Boron nitride nanotubes are primed to become effective building blocks for next-generation composite and polymer materials based on a new discovery at Rice University – and a previous one.
Scientists at known-for-nano Rice have found a way to enhance a unique class of nanotubes using a chemical process pioneered at the university. The Rice lab of chemist Angel Martí took advantage of the Billups-Birch reaction process to enhance boron nitride nanotubes.
The work is described in the American Chemical Society journal ACS Applied Nano Materials(„Chemical Decoration of Boron Nitride Nanotubes Using the Billups-Birch Reaction: Toward Enhanced Thermostable Reinforced Polymer and Ceramic Nanocomposites”).
decorating electrically insulating boron nitride nanotubes with functional groups
Rice researchers have discovered a way to “decorate” electrically insulating boron nitride nanotubes with functional groups, making them more suitable for use with polymers and composite materials. (Image: Martí Research Group)
Boron nitride nanotubes, like their carbon cousins, are rolled sheets of hexagonal arrays. Unlike carbon nanotubes, they’re electrically insulating hybrids made of alternating boron and nitrogen atoms.
Insulating nanotubes that can be functionalized will be a valuable building block for nanoengineering projects, Martí said. “Carbon nanotubes have outstanding properties, but you can only get them in semiconducting or metallic conducting types,” he said. “Boron nitride nanotubes are complementary materials that can fill that gap.”
Until now, these nanotubes have steadfastly resisted functionalization, the “decorating” of structures with chemical additives that allows them to be customized for applications. The very properties that give boron nitride nanotubes strength and stability, especially at high temperatures, also make them hard to modify for their use in the production of advanced materials.
But the Billups-Birch reaction developed by Rice Professor Emeritus of Chemistry Edward Billups, which frees electrons to bind with other atoms, allowed Martí and lead author Carlos de los Reyes to give the electrically inert boron nitride nanotubes a negative charge.
That, in turn, opened them up to functionalization with other small molecules, including aliphatic carbon chains.
“Functionalizing the nanotubes modifies or tunes their properties,” Martí said. “When they’re pristine they are dispersible in water, but once we attach these alkyl chains, they are extremely hydrophobic (water-avoiding). Then, if you put them in very hydrophobic solvents like those with long-chain hydrocarbons, they are more dispersible than their pristine form.
Transmission electron microscope images show a pristine boron nitride nanotube at left and functionalized nanotube at right
Transmission electron microscope images show a pristine boron nitride nanotube at left and functionalized nanotube at right. Rice University scientists have developed a method to make insulating boron nitride nanotubes better able to use in composite materials. (Image: Martí Research Group)
“This allows us to tune the properties of the nanotubes and will make it easier to take the next step toward composites,” he said. “For that, the materials need to be compatible.”
After he discovered the phenomenon, de los Reyes spent months trying to reproduce it reliably. “There was a period where I had to do a reaction every day to achieve reproducibility,” he said. But that turned out to be an advantage, as the process only required about a day from start to finish. “That’s the advantage over other processes to functionalize carbon nanotubes. There are some that are very effective, but they may take a few days.”
The process begins with adding pure ammonia gas to the nanotubes and cooling it to -70 degrees Celsius (-94 degrees Fahrenheit). “When it combines with sodium, lithium or potassium — we use lithium — it creates a sea of electrons,” Martí said. “When the lithium dissolves in the ammonia, it expels the electrons.”
The freed electrons quickly bind with the nanotubes and provide hooks for other molecules. De los Reyes enhanced Billups-Birch when he found that adding the alkyl chains slowly, rather than all at once, improved their ability to bind.
The researchers also discovered the process is reversible. Unlike carbon nanotubes that burn away, boron nitride nanotubes can stand the heat. Placing functionalized boron nitride tubes into a furnace at 600 degrees Celsius (1,112 degrees Fahrenheit) stripped them of the added molecules and returned them to their nearly pristine state.
“We call it defunctionalization,” Martí said. “You can functionalize them for an application and then remove the chemical groups to regain the pristine material. That’s something else the material brings that is a little different.”
Source: By Mike Williams, Rice University

Noua tehnică relevă o formă 3D a interacțiunii polaritonului nanostructurii(New technique reveals 3D shape of nanostructure’s polariton interaction)

Din cauza conductivității, flexibilității, transparenței și rezistenței, grafenul are potențialul de a crea celule solare mai eficiente, circuite electrice și microcipuri mai mici și mai rapide, ecrane transparente, condensatori de înaltă densitate și baterii.Apoi am adunat informații la diferite distanțe tip eșantion și am combinat toate aceste informații stratificate împreună pentru a obține imaginea tomografică și a dezvălui structura polaritonului 3-D”.

Posted: May 21, 2018

New technique reveals 3D shape of nanostructure’s polariton interaction

(Nanowerk News) Because of its conductivity, flexibility, transparency and strength, graphene has the potential to create more efficient solar cells, smaller and faster electric circuits and microchips, transparent displays, and high density capacitors and batteries.
According to Xiaoji Xu, assistant professor in the Department of Chemistry at Lehigh University, another quality that makes nanomaterials like graphene so special is their ability to generate a physics phenomenon called a polariton.
Polaritons are quasiparticles resulting from a strong coupling of electromagnetic waves with an electric or magnetic dipole-carrying excitation–referred to by some as a light-matter coupling. Polaritons make it possible for nanostructures to confine–and compress–light around the material.
The ability to compress light is key to scaling down devices for future optical communications and computing. It could also lead to sensing at a scale below one nanometer, important for achieving biomedical advances in disease detection, prevention and treatment.
The challenge for people studying these materials, says Xu, is how to reveal–and characterize–the polaritons at the nanoscale because no conventional microscope can do that.
Now Xu and his team have found a way to reveal the 3-D shape of the polariton interaction around a nanostructure. Their technique improves upon the common spectroscopic imaging technique known as scattering-type scanning near-field optical microscopy (s-SNOM). The team’s method, called peak force scattering-type scanning near-field optical microscopy (PF-SNOM), works through a combination of peak force tapping mode and time-gated light detection.
The researchers have detailed their work in an article in Nature Communications („Tomographic and multimodal scattering-type scanning near-field optical microscopy with peak force tapping mode”).
In the paper, the authors state: „PF-SNOM enables direct sectioning of vertical near-field signals from a sample surface for both three-dimensional near-field imaging and spectroscopic analysis. Tip-induced relaxation of surface phonon polaritons are revealed and modeled by considering tip damping.”
According to the researchers, PF-SNOM also offers an improved spatial resolution of five nanometers, rather than the typical ten nanometers offered by the traditional s-SNOM.
„Our technique could be beneficial to scientists studying nanostructures enabling them to better understand how the electrical field is distributed around a given nanostructure,” says Xu.
Their PF-SNOM characterization method is not only more direct than existing techniques, it can also simultaneously obtain the polaritonic, mechanical and electrical information.
With one measurement, explains Xu, multiple modes of information can be obtained–a unique advantage.
The development of PF-SNOM grew out of the team’s study of gap mode, when two plasmonic structures approach within a few nanometers there is a huge enhancement of the plasmon intensity in the gap between the two structures as energy is transferred from one structure to the other. With their ability to narrow this gap mode response in simulations, the researchers decided to try to extend it to non-gap mode – when increasing the distance between the atomic force microscopy (AFM) probe tip and the sample.
„Using an AFM tip, we measured the scattered light as a function of tip-sample distance,” explains Wang, a PhD student in Xu’s lab and a co-author on the paper. „We then gathered information at different tip-sample distances and combined all this layered information together to obtain the tomographic image and reveal the 3-D polariton structure.”
Interestingly, when the team began their experiments they expected a different outcome. However, during the simulations, they observed a special shape of light scattering and saw there was an obvious gap mode enhancement.
„It turned out that we could section the light in different tip-samples distances and use those signals to view the near-field response at different layers and in vertical directions,” says Wang.
He adds: „Though this work was done with infrared, in principle it could also be extended to other frequencies, such as visible and terahertz.”
Source: Lehigh University

Grafenul deschide calea către comunicațiile optice rapide de mare viteză(Graphene paves the way to faster high-speed optical communications)

utorii au descoperit din nou ceva unic in ceea ce priveste grafenul: tuneabilitatea THG pe o lungime larga a lungimii de unda.Deoarece tot mai multe aplicatii sunt all-optice, aceasta lucrare deschide calea catre o multitudine de tehnologii

Posted: May 21, 2018

Graphene paves the way to faster high-speed optical communications

(Nanowerk News) Graphene, among other materials, can capture photons, combine them, and produce a more powerful optical beam. This is due to a physical phenomenon called the optical harmonic generation, which is characteristic of nonlinear materials. Nonlinear optical effects can be exploited in a variety of applications, including laser technology, material processing and telecommunications.
Although all materials should present this behaviour, the efficiency of this process is typically small and cannot be controlled externally. Now, partners of the Graphene Flagship project in Cambridge (UK), Milan, and Genova (Italy) have demonstrated for the first time that graphene not only shows a good optical response, but also how to control the strength of this effect using an electric field (Nature Nanotechnology, „Broadband, electrically tuneable, third harmonic generation in graphene”).
Third Harmonic Generation in Graphene
Electrical control of third harmonic generation (THG) can be obtained in single-layer graphene. In THG three low-frequency photons (red) sum up to generate one high-frequency (blue) photon. For this reason, THG can be used for optical frequency converters. (Image: Giancarlo Soavi, University of Cambridge)
Researches envision the creation of new graphene optical switches, which could also harness new optical frequencies to transmit data along optical cables, increasing the amount of data that can be transmitted. Currently, most commercial devices using nonlinear optics are only used in spectroscopy. Graphene could pave the way towards the fabrication of new devices for ultra-broad bandwidth applications.
„Our work shows that the third harmonic generation efficiency in graphene can be increased by over 10 times by tuning an applied electric field,” explains Giancarlo Soavi, lead author of the paper and researcher at the Cambridge Graphene Centre (University of Cambridge, UK).
„The authors found again something unique about graphene: tuneability of THG over a broad wavelength range. As more and more applications are all-optical, this work paves the way to a multitude of technologies,” said said ICREA Professor Frank Koppens from ICFO (The Institute of Photonic Sciences), Barcelona, Spain, who is the leader of the Photonics and Optoelectronics Work Package within the Graphene Flagship.
Professor Andrea C. Ferrari, Science and Technology Officer of the Graphene Flagship, and Chair of its Management Panel, added how „graphene never ceases to surprise us when it comes to optics and photonics.” He also highlights that „the Graphene Flagship has put significant investment to study and exploit the optical properties of graphene. This collaborative work could lead to optical devices working on a range of frequencies broader than ever before, thus enabling a larger volume of information to be processed or transmitted.”
Source: By Sian Fogden, Graphene Flagship

MATERIALE TEXTILE INTELIGENTE

Un exemplu de aplicaţie a materialelor care memorează forma în domeniul produselor de îmbrăcăminte este materialul numit DiAPLEX, realizat pentru prima dată de Mitsubishi Heavy Industries din Japonia, un polimer poliuretanic ce poate fi introdus în materialul textil pentru a obţine produse impermeabile la apă şi vapori în cazul în care, datorită desfăşurării unor activităţi fizice intense sau a schimbărilor climaterice bruşte. Activarea acestor materiale presupune extinderea zonelor de aer dintre straturile textile, permiţând creşterea capacităţii de izolare termică a produsului.

MATERIALE TEXTILE INTELIGENTE
Popescu Ramona-Eugenia, ing. prof. grd.I, Şcoala cu clasele I-VIII „Mihai Eminescu” Ploieşti
Abstract: Smart fabrics are ones which can change/react automatically to their surroundings. Smart fabrics (-or intelligent
textiles) are being developed to be able to sense what is happening to the wearer or its immediate surroundings.
This paper deals with the concept of smart materials, especially textile materials, addressing the categories of smart materials in terms of utility and their characteristics, exemplifying their use. Also, treated the dynamic nature of these materials, that is how the sensors detect the stimulus, processes and updates data, providing an answer to that.
Key words: e-textiles, sensor, actuator, shape memory materials, change phase materials, photochromic, conductive
1. INTRODUCERE
Noţiunea de „materiale inteligente” a fost introdusă la sfârşitul anilor 90′ pentru a desemna materiale care îşi modifică proprietăţile sub acţiunea unor stimuli, aşa cum se arată în fig.1, prin introducerea unor substanţe cu proprietăţi specifice ( aliaje metalice, polimeri, parafine, etc) în materiale de diferite naturi – textile, plastice, metalice sau aliaje metalice, materiale de construcţii, etc.
fig.1 Comportamentul dinamic al materialelor inteligente
Cele trei procese (detectare-prelucrare-actualizare) sunt încorporate separat în materialele inteligente şi trebuie unite printr-un sistem de control automat. De exemplu, la creşterea temperaturii corporale, microcapsulele cu gel încorporate în material detectează schimbarea temperaturii, gelul se topeste şi reduce temperatura pielii până la valorile normale.
Senzorii detectează semnalul dat de stimul
Procesorul analizează semnalul
Actuatorul acţionează asupra semnalului primit fie direct, fie
dintr-o unitate centrală de control
Atât natura stimulului, cât şi a răspunsului sunt diverse: dacă stimulii pot fi electrici, magnetici, mecanici, termici, etc, răspunsul poate consta în schimbarea fazei, a dimensiunilor, a proprietăţilor electrice, a aspectului, etc. Drept senzori-actuatori sunt consideraţi: materiale foto şi termosensibile ( detectează şi reacţioneză la schimbarea intensităţii luminoase, a temperaturii şi a umidităţii) , fibre optice ( transmit cele mai mici impulsuri electrice conţinând informaţii digitale),
microcapsule, micro şi nanomateriale ( fibre cu valori ale fineţii cuprinse între 5-10µm şi 10-9m).
2. CARACTERISTICILE MATERIALELOR TEXTILE INTELIGENTE
Materialele textile inteligente se obţin din fibre şi fire inteligente, utilizând nanotehnologii, senzori, procesoare, dispozitive, pentru diverse utilizări: echipament militar, articole medicale ( pentru determinarea stării de sănătate, profilaxie şi tratament), echipamente de protecţie ( pentru pompieri, muncitori în condiţii deosebite, etc), echipament sportiv ( alpinism, nataţie, atletism, etc), divertisment
( produse de îmbrăcăminte cu dispozitive muzicale încorporate), articole casnice şi industriale, etc. În funcţie de tipul reacţiei la stimului, materialele textile inteligente pot fi: pasive ( doar sesizează stimulul extern), active ( sesizează şi reacţionează la stimuli) şi foarte inteligente ( sesizează, reacţionează şi se adaptează la stimuli).
Conceptul de „materiale inteligente” are la bază proprietăţile deosebite în ceea ce priveşte durabilitatea, reglarea confortului, protecţia termică, menţinerea formei, tratarea leziunilor, masă redusă, costuri de preducţie scăzute, etc. Pe de altă parte, nu trebuie neglijat nici aspectul ecologic al producerii acestor categorii de materiale, având în vedere că se obţin din resurse regenerabile şi biodegradabile care nu afectează nici
sănătatea umană şi nici mediul.
3. GRUPE DE MATERIALE TEXTILE INTELIGENTE
Cele mai importante grupe de materiale inteligente sunt:
 Materiale tip SMM ( Shape Memory Materials – Materiale care memorează forma)
 Materiale tip PCM ( Phase Change Memory – Materiale care memorează faza)
 Materiale cromatice
 Materiale conductive
a) Materialele cu memoria formei (SMM)
Aceste materiale pot trece dintr-o formă ocupată la un moment dat la forma ocupată anterior sub acţiunea unor stimuli externi. De exemplu, monitorizarea formei sub acţiunea căldurii- memorarea formei indusă termic- are aplicaţii în domeniul textil ( produse textile destinate activităţilor sportive, pentru sezonul rece), medicale (suturi), produse şi sisteme miniaturizate, articole casnice ( filtre pentru cafea, valve pentru duşuri, etc). Există mai multe tipuri de materiale care monitorizează
forma, dintre care amintesc: aliaje ( Cu-Zn – din care se confecţionează arcuri lamelare, plate la temperatură inferioară şi arcuite la temperatură superioară; Ni-Ti ), polimeri, pelicule bimateriale laminate sau pelicule poliuretanice, acestea din urmă fiind folosite, de exemplu, pentru a realiza produse textile ce sunt, în acelaşi timp, şi impermeabile la apă, la vapori şi la aer.
În primul rând, materialul este prelucrat convenţional pentru a primi forma permanentă; ulterior, forma permanentă este deformată, stabilind forma temporară, în cadrul unui proces de programare. Procesul de programare fie constă în încălzirea eşantionului, deformarea şi răcirea probei, fie în tratarea eșantionului la temperaturi scăzute.
Jachete din polimer poliuretanic tip DiAPLEX -forme induse termic
Un exemplu de aplicaţie a materialelor care memorează forma în domeniul produselor de îmbrăcăminte este materialul numit DiAPLEX, realizat pentru prima dată de Mitsubishi Heavy Industries
din Japonia, un polimer poliuretanic ce poate fi introdus în
materialul textil pentru a obţine produse impermeabile la apă şi
vapori în cazul în care, datorită desfăşurării unor activităţi fizice
intense sau a schimbărilor climaterice bruşte.
Activarea acestor materiale presupune extinderea zonelor de aer
dintre straturile textile, permiţând creşterea capacităţii de izolare
termică a produsului. Prin includerea aliajelor între straturile
textile, diferenţa dintre straturi poate fi crescută substanţial peste
temperatura de activare, care îmbunătăţeşte considerabil protecţia
împotriva căldurii exterioare.
b) Materiale textile care îşi modifică faza ( PCM )
Aceste tipuri de materiale asigură controlul dinamic al fluxului termic, funcţionând ca o interfaţă termică cu exteriorul, având aplicaţii în diverse domenii, cum ar fi: agricultură, construcţii, industria
aerospaţială, telecomunicaţii, industria textilă ( îmbrăcăminte, lenjerie şi încălţăminte), telecomunicaţii, echipamente şi instalaţii.
Materialele PCM mai pot fi numite materiale cu energie latentă stocată, deoarece absorb sau eliberează cantităţi importante de energie
la schimbarea stării de agregare (solid- lichid, lichid-solid), fiind caracterizate de un ciclu termic, iar cele mai cunoscute astfel de substanţe sunt sărurile anorganice, amestecuri ceară – parafină, amestecurile de săruri. Cele mai importante materiale PCM sunt cele de
tip ” solid-lichid”, având grad mare de aplicabilitate în diverse domenii.
Principiul de comportare a ţesăturilor PCM re lichidă, materialul înglobează o cantitate mare de energie, iar temperatura rămâne constantă pe întreaga perioadă a procesului de topire.
Burlington Worldwide (BWW), în parteneriat cu Outlast Technologies şi Ciba, a creat un finisaj care permite ţesăturii să se adapteze la schimbările de temperatură pentru haine mai confortabile şi versatile. Tehnologia numită Smart Fabric Technology (tehnologie pentru obţinerea ţesăturilor inteligente), este bazată pe introducerea în materiale a microcapsulelor PCM numite Thermocules.
Aceste materiale absorb şi elibează căldură pentru un confort sporit, fără a compromite caracteristicile inerente ţesăturii. O parafină-PCM, de exemplu, absoarbe 20kJ /kg de căldură în timpul procesului de topire. Această cantitate de căldură este eliberată apoi în zona înconjurătoare pe durata răcirii.
Teoretic, posibilităţile de utilizare a materialelor PCM sunt nelimitate (construcţii, uniforme militare, activităţi sportive, medicale,industriale, articole pentru protecţie), totuşi trebuie să se ţină seama de anumite restricţii, cel mai important aspect fiind referitor la temperatura schimbării de fază (care este de 30-35°C –apropiată de temperatura corpului uman); alţi factori se referă la cost,toxicitate şi disponibilitate.
c) Textile electronice ( materiale conductive)
Materialele conductive combină procesele de finisare a ţesăturilor
permeabile la aer şi vapori cu inserţia de materiale metalice.
Adăugarea de nichel, cupru sau argint ca strat superficial având
diferite grosimi în materialul textil îi conferă acestuia
proprietăţi fizice şi electrice deosebite, ce pot avea numeroase
aplicaţii. De exemplu, conductivitatea termică a ţesăturilor
creşte de mii de ori după metalizarea fibrelor, pe cînd ţesăturile
obişnuite oferă o izolare termică minimă.
O altă categorie de fibre conductive o reprezintă fibra de carbon. ECT (Electric Conductive Textile- textile cu conductivitate electrică) reprezintă materiale textile din fibre de sticlă acoperite cu câţiva nanomeri de carbon ce pot fi ţesute sau tricotate cu orice tip de fibre de sticlă sau fire. Carbonul oferă conductivitate electrică, deci şi rezistenţă electrică ce poate fi utilizată drept mediu de încălzire electrică.
O altă categorie de materiale conductive o reprezintă textilele electronice care permit trecerea curentului electric prin ele sau au încorporate dispozitive electronice portabile ( microfoane, senzori,
conectori sau circuite integrate). Această categorie de materiale conductive prezintă aceleaşi caracteristici, şi anume:
Caracteristicile materialelor textile care conţin dispozitive electronice portabile
Produsele de îmbrăcăminte electronice au o nouă şi revoluţionară proprietate, şi anume permiterea schimbului de informaţii. Hainele sunt acum capabile să înregistreze, să analizeze, să stocheze, să
trimită şi să afişeze informaţii, având multiple aplicaţii: în medicină
(bandaje inteligente –monitorizarea parametrilor de sănătate şi tratarea leziunilor), securitate ( detectarea pericolului şi solicitare de ajutor),sport (monitorizarea parametrilor), armată
( uniforme care detectează mişcare, tempera-tură, evaluarea stării de sănătate), IT (tastatură textilă,interfaţă pentru calculatoare şi jocuri).
b) ţesătură de mătase cu bandă de cupru tip organza
d) Tricou inteligent
a) Jacheta muzicală cu tastatură integrată

c) Circuit inclus în ţesătură organza
e) uniformă militară inteligentă
Aplicaţii ale textilelor electronice
f) Bandaje inteligente
d) Materiale cromatice
Această categorie de materiale îşi pot schimba, anula sau radia culoarea în funcţie de stimuli externi.
În funcţie de natura stimulului extern, materialele cromatice pot fi:
Clasificarea materialelor cromatice în funcție de stimuli
Materialele fotocromatice îşi schimbă culoarea sub acţiunea luminii, având aplicaţii diverse, cel mai cunoscut fiind cel al lentilelor pentru ochelarii de soare. În domeniul textil, o importanţă deosebită
o au ţesăturile LUMINEX, produse în Italia, care au încorporate fibre-led în ţesătura obişnuită, şi care se activează la anumite intensităţi ale luminii în una din cele 5 culori disponibile (alb, galben,
roşu, albastru şi verde) (fig.11)
Material fotocromatic LUMINEX
Materialele termocromatice îşi schimbă culoarea sub acţiunea căldurii datorită prezenţei unor coloranţi termocromatici introduşi în microcapsule cu gel, care sunt activaţi la atingerea anumitor
niveluri de temperatură. Se folosesc la îmbrăcămintea de protecţie ( domenii de lucru în condiţii de vizibilitate redusă sau foarte puternică), semnalizarea traseelor de ieşire în caz de urgenţă, îmbrăcăminte pentru pompieri, realizarea jucăriilor, etc.

b) se observă ciclul de schimb

MATERIALE
CROMATICE
FOTOCROMATICE
(lumina)
TERMOCROMATICE
(căldura)
ELECTROCROMATICE
(electricitate)
PIEZOCROMATICE
( presiunea)
SOLVATOCROMATICE
( solvent lichid)
CARSOLCROMATICE
(flux de electroni)
bare a culorii unei ţesături imprimate cu Americos Thermochromic Red.  se observă imprimeul original, la o temperatură situată sub limita de
31°C; pe măsură ce materialul este încălzit cu fierul de călcat -fig
(b), acesta îşi pierde culoarea până la albirea totală- , culorile revenind la cele iniţiale, . O aplicaţie a utilizării pigmenţilor şi a coloranţilor termocromatici o reprezintă obţinerea tricoului termocromatic
a) Tricou termocromatic

b) Ciclul modificărilor cromatice la țesătura imprimată cu Americos Thermochromic Red
Aplicaţii ale materialelor textile termocromatice
Materialele electrocromatice îşi schimbă culoarea în mod repetat şi reversibil sub acţiunea electricității.
Dispozitivele electrocromatice au avantajul de a menţine culoarea fără aport constant de energie, având, de asemenea, posibilitatea de alegere a culorii
dintr-un spectru larg, limitat doar de disponibilitatea de monomeri. Un mod simplu de obţinere a materialelor textile electrocromatice este reprezentat de acoperirea nanofibrelor conductive cu cerneluri sau coloranţi; modificarea culorii se declanşează odată cu încălzirea materialului sub acţiunea curentului electric
4. CONCLUZII
Dezvoltarea tehnologiilor de obţinere a produselor textile inteligente reprezintă o sursă de referinţă unică şi esenţială pentru cercetători, specialişti în electronică, ingineri şi designeri, aceştia trebuind
să ia în considerare foarte mulţi factori – de la concept până la punctul de vânzare, astfel încât produsele să satisfacă cerinţele consumatorului. Această categorie largă de produse ar trebui să fie nu doar funcţională, ci şi estetică şi confortabilă, iar interfaţa electronică să fie uşor de utilizat.
Fabricarea de materiale textile inteligente reprezintă,deci, un domeniu cu un potenţial şi cu un viitor deosebite, cu implicaţii în domenii multiple, dintre care cele mai importante par a fi domeniile militare,
cele medicale, industriale, divertisment şi modă.

BIBLIOGRAFIE
[1] *** https://ktn.innovateuk.org/web/smart-materials/group-reports
[2] *** http://www.engi-tech.ca/products.html
[3] *** http://www.emory.edu/BUSINESS/readings/SmartTextiles.pdf

De ce se schimbă faza de gips-carton în Știri în loc de a fi în Depozitul de Acasă?(Why is Phase-Changing Drywall in the News Instead of in the Home Depot?)

ThermalCORE de la Gypsum National are piei din fibra de sticla (in loc de hartie), dar altfel nu arata altfel decat gips-cartonul standard; sferele PCM micro-încapsulate sunt mult prea mici pentru a vedea. Studiile arată că panoul de perete ThermalCORE stochează circa 22 BTU de energie termică pe picior pătrat. Ideea este că căldura de soare din timpul zilei va fi stocată în panou de perete și apoi eliberată noaptea pentru a menține spațiul cald. Aceasta va ajuta la prevenirea supraîncălzirii în timpul zilei și la reducerea costurilor de încălzire în timpul orelor de seară. În esență, este o formă de tehnologie de înaltă tehnologie a materialelor termo-masa utilizate în mod tipic în proiectarea solare pasivă (pereți din cărămidă, pardoseli etc.).

Why is Phase-Changing Drywall in the News Instead of in the Home Depot?

Lloyd Alter lloydalter

November 25, 2009
thermalcore phase changing drywall image

Americans think of themselves as innovators, but when it comes to green products they are not even in the ballpark. Take phase-changing drywall; we wrote about it almost five years ago in TreeHugger. It works by embedding „phase-changing microcapsules” from BASF and called Micronal into drywall, and is sold in Europe as KNAUF PCM Smartboard.

Now National Gypsum is making it in America; Alex Wilson of Greenbuilding Advisor saw it at Greenbuild. But they are not selling it, just doing field trials.

thermalcore phase changing drywall properties image

Alex describes how it works:

National Gypsum’s ThermalCORE has fiberglass skins (instead of paper), but otherwise looks no different than standard drywall; the micro-encapsulated PCM spheres are far too small to see. Studies show that the ThermalCORE wallboard stores about 22 BTUs of thermal energy per square foot. The idea is that warmth from the sun during the day will be stored in the wallboard, and then released at night to keep the space warm. It will both help prevent overheating during the day and help reduce heating costs during the evening hours. In essence, it’s a high-tech form of thermal-mass materials that are typically used in passive solar design (brick facing walls, tile floors, etc.).

thermalcore phase changing drywall how it works image

National Gypsum has built a nice website but says in their press release that it is not commercially available, but is going through testing in California.

thermalcore phase changing drywall built buildings image

But in Europe they have been studying it for years, and in climates like London’s and Paris’s they found that it could reduce energy consumption by up to 30%. There are architects tools and simulation softwareavailable for download.

thermalcore phase changing drywall comparison image

From Micronal brochure, download pdf here
They are marketing it with direct comparisons to other, bulkier materials. They note that one gets the effects of thermal mass without as much stuff, and that:

As part of a passive cooling concept, construction elements containing Micronal® PCM can in part or completely substitute energy consuming cooling systems. This leads not only to energy savings, but also to a reduction or elimination of in the maintenance and repair costs of the cooling systems, which normally have an average life cycle of 15 years.

thermalcore phase changing drywall london image

A simple idea with no moving parts, tested for years already-” a 16-month cyclic test involving 24 temperature cycles per day has attested to a minimum life of 30 years for the material. Its leaktightness and thermal storage characteristics remained unchanged throughout the test period.”

Why do products like this take forever to come to America, and then years more until we can actually buy it? Why is this in the news instead of in the Home Depot?

More information at Micronal

How much money can a solar roof save you in Bucuresti?

Profit from your roof space: find local deals on solar in your area, eliminate your power bill, and join the solar revolution.

Materiale pentru schimbarea fazelor: sunt ele parte din viitorul nostru energetic eficient?(Phase Change Materials: Are They Part of Our Energy Efficient Future? )

Depozitarea energiei termice în clădiri are două forme: stocarea căldurii sensibile (SHS) și
depozitarea la cald latentă (LHS). Sistemele SHS se încarcă și descarcă energie sau căldură, utilizând căldura
capacitatea materialului și o schimbare corespunzătoare a temperaturii. În schimb, sistemele LHS
energia de încărcare și evacuare prin efectuarea unei schimbări de fază. Sistemele LHS au o energie mai mare
densitate și să mențină temperatura aproape constantă în timpul procesului de încărcare și descărcare.
PCM-urile au fost studiate de zeci de ani (Castellon et al., 2007). Au fost diferite materiale
considerate pentru aplicații în construcții, cum ar fi ceara de parafină, materiale organice pe bază de biologică și
sărurile eutectice, pentru a profita de capacitățile de căldură latente ale PCM și de densitățile mari de stocare
(Zalba și colab., 2003). Spre deosebire de masa termică convențională, cum ar fi betonul sau adobe-ul, depozitul PCM
cantități similare de căldură cu o masă semnificativ mai mică. PCM-urile mențin o temperatură aproape constantă
în spațiul condiționat, în timp ce suferă o schimbare de fază. Temperaturile de topire sunt tipice
variază între 70 și 80 ° F în aplicațiile de răcire a clădirilor. Acest interval de temperatură este variat pe baza
la cerere și concepute pentru a minimiza încărcăturile de încălzire și răcire pentru clădire în timp ce

Produse PMC

Produse PCM

Produse PCM

Există acum un număr de game de PCM-uri, precum și produse pentru construcții care încorporează PCM gata de utilizare în clădirile disponibile în Țările de Jos. Unele produse și produse semifabricate potrivite pentru industria construcțiilor sunt:

Micronal este un produs semi-fabricat de la BASF, care constă din bile de parafină încapsulate într-un polimer. Microcapsulele au un diametru de aproximativ 5 microni și pot fi încorporate în ipsos, gips-carton și beton. Micronal are o căldură de fuziune de 100 kJ / kg. Temperatura de topire este de 23 ° C.

Maxit Clima este, de asemenea, un produs BASF și un exemplu de produs de construcție care încorporează un PCM. Este un tencuială prin pulverizare în care este încorporat Micronal. Aceste bile de parafină măresc masa termică a tencuielii. Un perete cu Maxit Clima de 3 cm are aceeași masă termică ca un perete de beton cu grosime de 8 cm sau un perete de gips-carton de 13 cm fără PCM.

ThermalCore este o placă de ghips care conține Micronal. Gipsul național face ca placa să fie utilizată în principal în pereți în locuințe. Modulul PCM din placă alimentează vârfurile de temperatură în timpul ciclului zi / noapte, menținând astfel camera de zi în zona de confort.


Influența PCM într-un perete de gips-carton ThermalCore pe gradientul de temperatură dintr-o cameră de zi

La fel ca Micronal, Thermusol este un produs semi-fabricat. PCM-ul în bile nu este ceară de parafină, dar în acest caz este un hidrat de sare. Producătorul / furnizor, Salca, Ootmarsum din Olanda, oferă trei tipuri de produse Thermusol ca parte a gamei standard de produse: HD28, HD32 și HD60 cu temperaturi de topire de 28, 32 și 60 ° C. Căldura de fuziune este resp. 110, 150 și 160 kJ / kg. La cerere, Thermusol poate fi produs cu o temperatură de topire cuprinsă între 5-90 ° C.

Salca însăși a folosit Thermusol în două produse complete pentru industria construcțiilor:

K-Block : un strat de două straturi de material fibros pentru absorbția (excesului) de căldură. Acest lucru poate fi slăbit pe un plafon de sistem sau pe interiorul unui acoperiș. www.salcabv.nl

Thermupod : plăcuțe pentru creșterea capacității de stocare a căldurii unui vas tampon, de exemplu. www.salcabv.nl

Tavanele climatice Autarkis constau din panouri din polipropilenă care încorporează PCM-uri. Temperatura de topire a PCM este de 21 ° C. Panourile sunt montate ca „insule” pe un plafon fix. Insulele PCM reglează apoi răcirea, încălzirea și ventilarea camerei. www.autarkis.nl 
Podelele climatice de la Autarkis, cu sediul în Almere din Olanda, sunt și panouri PCM. 50% din suprafața podelei poate fi echipată cu aceste panouri, economisind 50% din capacitatea de absorbție a căldurii a structurii podelei. www.autarkis.nl

Energain este un panou de perete de la Dupont. Este finisat cu un laminat din aluminiu. Miezul constă din copolimeri cu un PCM parafinic. Temperatura de topire este de 22 ° C, iar temperatura de solidificare este de 18 ° C. Căldura specifică de topire este de 515 kJ / m2. Panoul este relativ subțire (5.26 mm) combinat cu o greutate mică (4.5 kg / m 2 ).

Sistemul Delta Cool 24 a fost dezvoltat de Cosella-Dörken pentru a asigura un confort termic sporit în spațiile de birouri, în special pentru răcirea (extra) la încărcături interne mari de căldură, așa cum se întâmplă frecvent în birouri. Elementele – 610 x 610 x 71 mm – sunt realizate din polimeri și PCM-uri. Temperatura de topire este de 22-28 ° C, iar temperatura de solidificare este de 22 ° C. Căldura specifică de topire este de 158 kJ / kg. Asta înseamnă o capacitate de răcire de până la 44 Wh / kg.

Analiza costurilor pentru o simplă modificare a fazei de construcție a materialelor PCM din S.U.A. Climate(Cost Analysis of Simple Phase Change Material-Enhanced Building Envelopes in Southern U.S. Climates|)

În mod tradițional, designul termic al ansamblurilor de anvelope ale clădirilor se bazează pe energia staționară curge. Lucrări de proiectare pentru a sprijini dezvoltarea de case de foarte scăzut de energie arată că convenționale izolațiile nu pot fi întotdeauna cea mai rentabilă soluție energetică pentru îmbunătățirea temperaturii termice performanța plicului clădirii. Acest raport se concentrează pe construirea de plicuri care au fost îmbunătățită cu materiale de schimbare a fazei (PCM), care pot reduce simultan răcirea totală încărcări și schimbări de încărcătură de vârf.
Cercetătorii de la Centrul Fraunhofer pentru sisteme de energie durabilă au realizat o economie analiză pentru a evalua eficiența costurilor pentru plicurile simple pentru clădiri îmbunătățite cu PCM și determină nivelurile de cost țintă la care PCM-urile pot fi competitive în raport cu costurile convenționale construirea izolațiilor termice. Echipa de studiu a selectat două aplicații PCM de bază pentru analiză: aplicații PCM dispersate și produse simple de placă de construcție utilizând PCM concentrate. În în afară de descrierea activității lui Fraunhofer, acest raport rezumă rezultatele anterioare studiile experimentale și teoretice care au fost realizate în America de Nord pentru a înțelege performanța plicurilor pentru clădiri îmbunătățite prin PCM. Echipa de studiu a folosit aceste rezultate ca benchmark-uri de performanță pentru diferite configurații PCM testate în Statele Unite pentru diferite aplicații în construcții. Această lucrare nu a încercat totuși să optimizeze configurațiile PCM-urilor. Aplicații ale sistemelor de construcție în care materialele îmbunătățite cu PCM se confruntă cu interiorul clădirea depinde de sistemele HVAC sau de pre-răcire pe parcursul nopții pentru a elimina căldura absorbită de PCM în timpul zilei. Pentru aplicațiile plăcilor de gips expandate cu PCM în pereți, energia de răcire economiile variind între 7% și 20% au fost raportate anterior de mai multe grupuri de cercetare din România diferite locații din S.U.A. Urmând aceste date experimentale istorice, în această lucrare, răcire de 15% economisirea de energie a fost luată în considerare pentru aplicațiile PCM-board îmbunătățite din gips carton. Pentru PCMenhanced aplicații de gips carton în Phoenix, Arizona, echipa de studiu a estimat o amortizare perioada de 7 ani pentru PCM de entalpii între 82 și 95 Btu / lb (190 și 220 kJ / kg) cu un limita de pret de 3.00 USD / lb, luand in considerare ratele reduse de energie electrica in afara orelor de varf. În mod similar, perioada de returnare a fost stabilită pentru un nivel al prețului PCM de maximum 3,50 USD / lb. O alta constatarea lucrării a fost că aplicarea unui subțire 3/8-in. (1 cm) care conține PCM în combinație cu umpluturi de carbon sau grafit (pentru a crește conductivitatea termică) poate fi considerată o alternativă pentru îmbunătățirea performanțelor și reducerea costurilor. În cele din urmă, echipa de studiu a analizat câteva metode potențiale pentru reducerea costurilor viitoare pentru PCMenhanced aplicații pentru clădiri. În special, din perspectiva materialelor, dezvoltarea tehnologiile ulterioare ar putea juca un rol cheie în reducerea prețurilor PCM în viitor: (1) mai ieftin metode de microîncapsulare sau microparticulare pentru PCM organice, (2) microîncapsulare cu PCM anorganice și (3) PCM anorganice și biobazate mai puțin costisitoare cu entalpii mai mari

Materiale cu schimbare de faza

O soluție ușoară la problema dificilă de stocare a energiei(A soft solution to the hard problem of energy storage)

Realizăm o nouă lume a acestor materiale 2-D care pot fi utilizate pentru aplicații industriale reale, care se potrivesc cu standardul din industrie și încearcă să facă din acesta un dispozitiv real. După mai mult de un deceniu de muncă în materiale 2-D, am găsit o cale de trecere peste una dintre cele mai mari bariere în calea aplicării și de fapt creăm un sistem care este una dintre cele mai plauzibile modalități de a împinge aceste materiale în industrie „.Cercetătorii au lucrat la utilizarea materialelor bidimensionale, a nanomaterialelor subțiri atomice, ca componente pentru încărcarea mai rapidă, baterii cu durată mai lungă de funcționare și supercapacitoare

Posted: May 18, 2018

A soft solution to the hard problem of energy storage

(Nanowerk News) It’s great in the lab, but will it actually work? That’s the million-dollar question perpetually leveled at engineering researchers. For a family of layered nanomaterials, developed and studied at Drexel University — and heralded as the future of energy storage — that answer is now, yes.
For some time, researchers have been working on using two-dimensional materials, atomically thin nanomaterials, as components for faster-charging, longer-lasting batteries and supercapacitors. But the problem with the existing techniques for doing so are that when the thickness of the material layer is increased to about 100 microns — roughly the width of a human hair, which is the industry standard for energy storage devices — the materials lose their functionality.
Recently published research from Drexel and the University of Pennsylvania, shows a new technique for manipulating two-dimensional materials that allows them to be shaped into films of a practically usable thickness, while maintaining the properties that make them exceptional candidates for use in supercapacitor electrodes.
The study, published in the journal Nature („Thickness-independent capacitance of vertically aligned liquid-crystalline MXenes”), focuses on using soft materials — similar to those in the liquid crystal displays of phones and televisions — as a guide for self-assembly of MXene sheets. MXenes, are a class of nanomaterials discovered at Drexel in 2011, that are particularly well-suited for energy storage.
“Our method relies on a marriage between soft material assembly and functional 2-D nanomaterials,” said Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University and Bach professor in Drexel’s College of Engineering, who was a co-author of the research. “The resulting electrode films show rapid ion transport, outstanding rate handling, and charge storage equal to or exceeding commercial carbon electrodes.”
Soft assembly of MXene allows the 2-D materials to be stacked vertically, maintaining ion diffusion as the thickness of the material is increased
Soft assembly of MXene allows the 2-D materials to be stacked vertically, maintaining ion diffusion as the thickness of the material is increased. (click on image to enlarge)

An Open Channel
According to co-author Yu Xia, PhD, a postdoctoral fellow in Penn’s School of Engineering and Applied Science, the challenge of maintaining the energy density (how much energy the devices can store) and power density (how fast the device can charge) of a charge storing material lies in maintaining clear channels for ion movement as the materials are scaled up to larger sizes.
“The ion diffusion problem in energy storage devices,” Xia says, “including batteries and supercapacitors, has been long recognized as one of the major issues impeding the industrial development of new batteries and supercapacitors with higher energy and power density. Conventionally, 2-D materials intend to stack on top of each other like sheets of paper in a book, resulting in a prolonged ion diffusion length, which suppresses their performance when the thickness of the electrode approaches industrial standards.”
The team’s method avoids this stacking problem, which inhibits ion diffusion, by propping the MXene flakes in the electrodes vertically. At the microscopic level, it might look something like standing up toothpicks in silly putty. In addition to getting them to align vertically, their orientation can also be adjusted by moving the soft material base.
The team’s melding of soft matter assembly with hard materials yielded promising results for MXene’s future as an energy storage material.
“MXene electrodes prepared by this method show normalized capacitance which is almost independent of thickness up to at least 200 microns, which is not the case for conventionally assembled electrodes, where the MXene flakes would be aligned parallel to the electrode surface,” according to Tyler Mathis, a doctoral student in Drexel’s Department of Materials Science and Engineering and co-author of the research, who performed all electrochemical testing of the materials.

Stand and Deliver
While “soft matter self-assembly” — the process by which molecules inside a material align themselves in an orientation that researchers can manipulate — has been around since the 1970s, and is now the driving force behind television, phone and laptop displays, combining it with hard materials is a significant breakthrough.
Although a couple of research groups have been able to engineer vertical alignment of materials using a top-down process, these routes are difficult to scale up for industrial applications.
“Our process is through self-assembly,” said Shu Yang, PhD, a professor in the departments of Materials Science and Engineering, and Chemical and Biomolecular Engineering in Penn’s School of Engineering and Applied Science and a co-author of the research. “So it’s much cheaper and can be scalable over a large area. In the end, it’s the concept of using soft materials with interesting alignment and ordering through assembly to align hard materials with interesting nanostructures and functionality that is the biggest breakthrough.”
To get the 2-D material to undergo this process, the researchers used a surfactant, which can squeeze between the MXene layers to help them form a liquid crystal phase. The researchers then applied a mechanical shearing method to it, which forced the molecules to align the MXene films vertically. The vertical channels allow ions to move, or diffuse — which is the key to MXene’s properties — even as the material is scaled up in thickness.
“There’s a lot of fundamental knowledge in liquid crystals,” Yang said. “People think it’s an old technology, but we just keep rediscovering that this knowledge is actually very useful and applicable to new functional materials.”

Next in Line
Although the researchers acknowledge that there are other challenges to overcome before the method can be used in real world devices, they believe their findings provide an exciting leap forward in the field. The long-term goals are to apply the method to supercapacitor and battery electrodes for powering mobile electronic devices, electric cars, and use in renewable energy harvesting technologies.
“It’s a perfect marriage between soft matter self-assembly and nanomaterials,” Xia says. “We’re making a new world of these 2-D materials that can be used towards real industry applications, matching up with the industry standard and trying to make a real device out of it. After more than a decade of work in 2-D materials, we have found a way past one of the biggest barriers to application and are actually creating a system that is one of the most plausible ways to push these materials into industry.”
Source: Drexel University