Chemiczne Wieści (24.)

 Węże pokażą skażenie

Ostatnie badania prowadzone w Japonii, w terenach skażonych po awarii elektrowni jądrowej Fukushima, koncentrowały się na próbach znalezienia jakiegoś znacznika wskazującego na lokalny poziom skażenia ekosystemu. I okazało się, że całkiem niezłym, dużo lepszym od myszy i ptaków, są węże. Spędzają praktycznie cały czas na ziemi i lubią się zaszyć w jamach i norach. Pokonują w ciągu dnia do 65 metrów ale zwykle krążą w pewnych niedużych terytoriach. Stopień napromieniowania takiego węża odzwierciedla ilość radionuklidów dostępnych biologicznie w glebie, roślinach i w trudno dostępnych szczelinach, i norach, do których nie zajrzy radiometr. [1]

Najbardziej izolująca sól

Nowy materiał wytworzony przez badaczy z Liverpool University jest obecnie związkiem nieorganicznym o najmniejszym przewodnictwie cieplnym. 

 

Większość materiałów izolacyjnych jakie znamy, to zwykle nasycone związki organiczne, lub materiały puszyste, posiadające w strukturze dużo luk wypełnionych powietrzem, które ma niską przewodność cieplną. Tak jest ze styropianem, gdzie polistyren zamyka w sobie wiele luk wypełnionych gazem; tak jest z wełną mineralną czy gazobetonem. Teraz natomiast odkryto materiał, który będąc lity ma przewodnictwo cieplne równie małe co w przypadku powietrza.

 W badanym materiale wykorzystano dwa rodzaje związków, tworzące domeny, które połączono w kompozyt. Oba składniki tego połączenia wykazywały niskie przewodnictwo cieplne dzięki szczególnej budowie krystalicznej, która nie sprzyja przenoszeniu fononów (kwantów drgań sieci), rozpraszając je i zmniejszając ruchliwość. Ich połączenie ma jeszcze lepsze właściwości, dzięki pewnym efektom addytywnym. Jak piszą autorzy, jeśli przewodność cieplną stali zapisać jako 1 jednostkę, to tytan ma 0,1 tej przewodności, cegła 0,01; nowy materiał 0,001 a powietrze 0,0005. 

Jeden ze składowych związków powinien być dobrze znany studentom - wytrącanie oksychlorku bizmutu z roztworów chlorku jest często podawaną reakcją charakterystyczną. Jest to sól, której kryształy mają warstwową strukturę, z płaszczyzną kationów bizmutu mocno związanych z tlenem i chlorem i przedzielonych nietypowym stykiem dwóch warstw anionów chlorkowych. Aniony chlorkowe słabo ze sobą oddziałują, stąd odległość warstw na linii Bi-Cl---Cl-Bi jest dość duża. Kryształy związku  zaczynają z tego powodu wywoływać iryzację światła padającego, a ponieważ wytrącający się osad jest drobnokrystaliczny, tworzą opalizującą masę podobną do perłowej. 

Drugi składnik to półprzewodnik tlenek-selenek bizmutu, który już wcześniej znany był z niskiego przewodnictwa cieplnego. Sztuką było połączenie warstw tych obu związków w jeden, ciągły materiał, i to tak, aby były odpowiednio usytuowane przestrzennie. Oba wykazują bowiem wyraźną anizotropię właściwości i ich przewodnictwo cieplne bardzo mocno zależy od kierunku. Przy odpowiednim zgraniu obu kierunków efekty przewodnictwa wzajemnie się uzupełniły i otrzymany kompozyt ma przewodność 100-10 razy mniejszą niż składniki mieszaniny.[2]

Potencjalne zastosowania są oczywiste - lepsza izolacja tych układów, w których straty ciepła ograniczają wydajność, na przykład w silnikach cieplnych i instalacjach.

Przezroczysta farba chłodząca

Chłodzenie radiacyjne to metoda odprowadzenia ciepła przez wypromieniowanie go na zewnątrz. Znanym przykładem są radiatory w sprzętach elektronicznych, które z jednej strony odbierają ciepło od grzejącego się elementu, a z drugiej oddają je w przestrzeń. W niektórych zastosowaniach, jak odbiór ciepła z urządzenia, jest to wystarczające. Ale czasem użycie radiatorów chłodzących może być kłopotliwe. Ochłodzenie w ten sposób mocno nagrzewanej ściany budynku wymaga radiatorów, które ją w praktyce zabudują. Jednym z takich układów, które bywają czasem używane, jest warstwa z odbierającego ciepło emitera, nakryta szybką, która wypuszcza promieniowanie cieplne na zewnątrz. Ponieważ szybka ta przepuszczała i światło i ciepło, to układ tracił właściwości gdy był wystawiony na słońce, to bowiem promieniuje dość dużą część energii jako bliską podczerwień. Podczerwień ze słońca wpadnie więc do układu przez przezroczyste okienko i nagrzeje radiator. Alternatywą są powierzchnie lustrzane, które odbijają część promieniowania cieplnego i słonecznego z zewnątrz i nie pozwalają wnętrzu się nagrzać. W praktyce oznacza to, że szyby będą mocno przyciemniały widok.

Pomysł aby jakoś temu zaradzić nie był trudny i zadaniu podołali badacze z Korei. Opracowali oni warstwę, którą można nałożyć na przezroczyste materiały, która przepuszcza światło widzialne, odbija bliską podczerwień a przepuszcza podczerwień daleką. W ten sposób światło widzialne wnika do środka bez przeszkód, zaś bliska podczerwień słońca jest zatrzymywana. Z kolei wnętrze okryte taką osłoną nie jest nagrzane tak mocno, aby emitować bliską podczerwień (taką emitują ciała nagrzane do temperatury bliskiej żarzeniu się na czerwono), więc większość energii wydostanie się na zewnątrz jako podczerwień średnia i daleka. Nierównowaga radiacyjna takiego układu jest dostateczna, aby nawet w pełnym słońcu wnętrze osłony pozostawało chłodne. [3]

-------

[1] https://bioone.org/journals/ichthyology-and-herpetology/volume-109/issue-2/h2019282/Movement-Behavior-and-Habitat-Selection-of-Rat-Snakes-Elaphe-spp/10.1643/h2019282.short 

[2] https://science.sciencemag.org/content/early/2021/07/14/science.abh1619 

[3] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.202002226