توسعه کاتالیزور نانو ساختار دو فلزی با کاربرد مؤثر در پیل‌های سوختیمحققین رشته مواد از دانشگاه واشنگتن شهر سنت‌لوئیس تکنیکی را برای کاتالیزور پیل‌سوختی دو فلزی توسعه داده‌اند. این کاتالیزور محکم، کارآمد و 2 تا 5 برابر بیشتر از کاتالیزورهای تجاری موجود مؤثر بوده و همچنین برای کاربردهای غیر از پیل سوختی نیز باارزش است.پژوهشگران این دانشگاه، با همکاری آزمایشگاه ملی بروک‌هاون (Brookhaven)، به توسعه این کاتالیزور پرداخته‌اند. کاتالیزور مذکور شامل هسته‌ای از جنس پالادیوم است که شاخه‌ها یا بازوهایی درخت مانند از جنس پلاتین، روی آن تثبیت شده‌اند. به گونه‌ای که در نهایت این نانوساختار شامل هسته‌ای 9 نانومتری از جنس پالادیوم و شاخه‌های پلاتینی 7 نانومتری می‌باشد. سپس محققین کاتالیزور را با استفاده از ویتامین C (L-ascorbic acid) در محلول آبی سنتز نموداند.
طبق گفته محققین، این نانوساختار در دمای اتاق و در طی فرآیند واکنش کاهش اکسیژن، نسبت به جدیدترین تکنولوژی کاتالیزور پلاتین تجاری 5/2 برابر مؤثرتر است (بر اسا جرم پلاتین) و همچنین 5 برابر از کاتالیزورهای تجاری معمولی مؤثرتر می‌باشد. همچنین در دمای 60 درجه سانتی‌گراد (دمای عملیاتی اغلب پیل‌های سوختی)، عملکرد نانوساختارها تقریباً به میزان تعیین شده توسط وزارت انرژی آمریکا می‌رسد.
زیا (Xia)، استاد مهندسی بیوپزشکی دانشگاه واشنگتن و مدیر تیم تحقیقاتی دانشگاه واشنگتن و آزمایشگاه ملی بروکهاون گفت: «دو راه جهت مؤثر نمودن کاتالیزور وجود دارد. یکی از آن‌ها کنترل اندازه کاتالیزور و کوچک نمودن آن است که موجب افزایش سطح ویژه آن بر روی ماده پایه می‌شود، و دیگری تغییر آرایش اتم‌ها بر روی سطح می‌باشد. ما هر دو کار را انجام داده‌ایم. اتم‌های سطحی می‌توانند آرایش چهاروجهی یا شش‌وجهی داشته باشند که ما شبکه شش‌وجهی را انتخاب نموده‌ایم زیرا این آرایش جهت واکنش کاهش اکسیژن دو برابر بهتر از آرایش چهاروجهی است.
همچنین وی افزود: «امروزه، روش رشد دادن هسته‌ها درون محلول، تکنیک مناسبی برای منترل دقیق شکل و ترکیب نانوساختارهای فلزی به‌شمار می‌رود. زمانی که ماده‌ای به این کوچکی داشته باشیم، اتم‌ها تمایل به تجمع دارند و در نتیجه می‌توانند موجب کاهش سطح ویژه شوند. دلیل اصلی کارآمد بودن روش ما، توانایی ثابت نگهداشتن بازوهای پلاتینی می‌باشد، به گونه‌ای که این بازوها به اطراف حرکت نمی‌کنند و به این طریق به پایداری آن می‌افزایند. همچنین با آرایش اتم‌ها بر روی هر شاخه، فعالیت آن افزایش یافته است»
زیا و همکاران در حال جستجو برای امکان افزودن سایر فلزهای ارزشمند مثل طلا به کاتالیزورهای دوفلزی و در نتیجه تبدیل آن به کاتالیزور سه‌فلزی می‌باشند. طلا قادر است مونوکسیدکربن را، که یک محصول جانبی واکنش کاهش در برخی پیل‌های سوختی است، اکسید نموده و کاتالیزور را در برابر مسموم شدن توسط مونوکسیدکربن مقاوم نماید.

توده ذرات ریز، به طور معمول در کنار هم خنثی هستند. اما به محض برخورد صاعقه،‌ با جریان یافتن بار الکتریکی درون ابر ذرات، این ذرات باردار شده و باعث تخلیه الکتریکی می‌شوند.

یکی از سوال‌هایی که مدت‌ها در فیزیک بی‌جواب مانده،‌ این است که چگونه ابری از ذرات می‌تواند جریان الکتریکی را از خود عبور دهد و در موارد برخورد صاعقه باعث تخلیه بار الکتریکی آن بشود.

بر اساس مشاهدات، وقتی ذرات ماسه یا سایر ذرات ریز به هم می‌رسند، به نوعی بار الکتریکی تولید می‌کنند،‌ گاهی از این طریق در طوفان‌های غبار یا غبار برخاسته از خاکستر آتشفشان‌ها،‌ تخلیه بار صاعقه دیده می‌شود.

چگونگی این رویداد تا مدت‌ها برای دانشمندان یک معما بود. اما مطالعه جدیدی نشان داده که درست مانند حرکت بار الکتریکی درون ابر، در هنگام برخورد صاعقه با توده‌های ذرات ریز، بار مثبت رو به پایین جریان می‌یابد و بار منفی رو به بالا.

به گزارش وایرد، این یافته جدید می‌تواند در بسیاری مسائل عملکردی کمک کننده باشد. برای مثال در چسبندگی ذرات غبار باردار به صفحه‌های خورشیدی و یا در تخلیه بار الکتریکی‌های خطرناکی که گاهی هنگام فرود هلیگوپتر در صحرا اتفاق می‌افتد.

به گفته هانس هرمان، محقق مواد در زوریخ، ابرهای غبار در سیلوهای نگهداری دانه‌ها و حبوبات و در صنعت داروسازی مشکل ایجاد می‌کند و گاهی باعث روی دادن انفجار در آن‌ها می‌شود.

هرمان وقتی به این موضوع علاقه‌مند شد که زدن صاعقه به تپه‌های شنی را تماشا می‌کرد. وی در این باره می‌گوید: «فکر کردم معمولا وقتی ذرات به هم می‌رسند خنثی می‌شوند. پس چه طور ممکن است که بار الکتریکی در این ذرات این طور زیاد شود؟»

هرمان برای رسیدن به پاسخ به اتفاق همکارانش یک مدل طراحی کرد. بر اساس این مدل، ذرات قبل از برخورد صاعقه خنثی هستند اما تحت تاثیر زمینه الکتریکی محیط،‌ قطبی‌شده‌اند؛‌ قطب منفی رو به بالا و قطب مثبت رو به پایین (نسبت به زمین). به محض برخورد، ذرات یکدیگر را خنثی می‌کنند اما تا از هم جدا می‌شوند، هر کدام مجددا قطبی می‌شوند و این بار، بار الکتریکی بیشتری دارند.

پژوهشگران با مدل‌های رایانه‌ای و آزمایش روی ذرات مختلف به آزمودن فرضیه خود پرداختند. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که این فرایند به اندازه ذرات هم بستگی دارد، ذرات کوچک‌تر بیشتر بار منفی می‌گیرند و ذرات بزرگ‌تر بیشتر بار مثبت.

برای جلوگیری از جریان یافتن بار الکتریکی در میان ابری از ذرات، یک مانع لازم است که برای مثال باعث شود برخی ذرات بار مثبت بگیرند و برخی دیگر بار منفی.

فرضیه ذراتی که از نظر اندازه با هم یکی نباشند،‌ در این شرایط ممکن است جواب بدهد. در مورد ذرات هم‌اندازه هم، دست کم این فرضیه به یک سوال دیرینه جواب می‌دهد.

با این که معماهای بسیار در این مورد باقی مانده است، ‌مانند این که زمینه الکتریکی محیط از کجا می‌آید.

اما این پژوهشگران از نتیجه کار خود بسیار خرسندند و آن را آغازی برای حل بسیاری مسائل و مشکلات کاربردی می‌دانند.

دانشمندان به تازگی موفق به ایجاد تحول جدید در ترانزیستورهای گرافنی شده‌اند.

فیزیکدانان در آمریکا سریع‌ترین ترانزیستور گرافنی را با یک فرکانس قطع‌کردن ???‌گیگا هرتزی، ساخته‌اند. این دانشمندان می‌گویند که می‌توان این افزاره را کوچک‌تر و بهینه‌ کرد، به‌طوری که حتی از افزاره‌های مرسوم ساخته‌شده از سیلیکون، پیشی بگیرد. این ترانزیستور می‌تواند کاربردهایی در ارتباطات میکروموجی و سیستم‌های تصویربرداری داشته باشد.

گرافن به‌دلیل اینکه الکترون‌ها می‌توانند در سرتاسر آن با سرعت بسیار بالایی حرکت کنند، برای استفاده در افزاره‌های الکترونیکی نویدبخش می‌باشد.

حرکت سریع الکترون‌ها در گرافن به این دلیل است که آنها شبیه ذرات نسبیتی بدون جرم، عمل می‌کنند. این خاصیت و دیگر خواص مکانیکی و فیزیکی غیرمعمول، بدین معنی است که می‌توان این ماده‌ی شگفت‌انگیز را در الکترونیک جایگزین سیلیکون کرد و برای ساخت ترانزیستور‌هایی سریع‌تر از ترانزیستور‌های امروزی، استفاده کرد.

یو- مینگ لین، پائدون آووریس و همکارانش در مرکز تحقیقاتی واتسون IBM با گرم‌کردن یک ویفر کاربید سیلیکون (SiC) برای تولید یک لایه سطحی از اتم‌های کربن به شکل گرافن، ساخت ترانزیستور اثر میدانی (FET) خود را شروع کردند.

آنها سپس الکترودهای خروجی و منبع را که باهم موازی بودند، روی این گرافن ترسیب کردند؛ به‌طوری که کانال‌هایی از گرافنی که در معرض قرار داشت، بین این الکترود‌ها باقی ماندند.

در مرحله بعد یک لایه عایق نازک روی این گرافن در معرض، بدون تأثیر گذاشتن بر خواص الکترونیکی آن، ترسیب داده شد. این مرحله در واقع ابداع این محققان است.

برای انجام این ترسیب، این گروه ابتدا برای حفاظت از گرافن یک لایه‌ی ?? نانومتری از پلی‌هیدروکسی‌استایرن (یک پلیمر استفاده شده در فرآوری نیمه‌رسانای تجاری) روی آن ایجاد کردند.

سپس یک لایه اکسیدی مرسوم ترسیب داده و روی آن یک الکترود گیت فلزی قرار دادند.

این فیزیکدانان می‌گویند که طول این گیت حدوداً ??? نانومتر است، اما در آینده می‌توان برای بهبود بیشتر عملکرد افزاره آن را کوچک‌تر کرد.

فرکانس قطع‌کردن این ترانزیستور گرافنی از بهترین MOSFET‌های سیلیکونی با همان طول گیت، نیز بالاتر است.

فرکانس‌ قطع‌کردن این MOSFET‌ها برابر ?? گیگا‌هرتز است. یکی از مزایای این ترانزیستور‌ این است که برخلاف بیشتر ترانزیستور‌های گرافنی دیگری که از ورقه‌های گرافنی ساخته شده‌اند، این افزاره با استفاده از روش‌هایی که در صنعت نیمه‌رسانای مرسوم بکار برده می‌شوند، ساخته‌می‌شود.

نتایج این تحقیق در مجله‌ Science منتشر شده است

این شرکت با همکاری عربستان سعودی طرحی را برای نمک زدایی آب با استفاده از انرژی خورشیدی اجرا خواهد کرد که بطور قابل توجهی موجب کاهش هزینه های آب و انرژی می شود.

این طرح نمک زدایی می تواند در روز ?? هزار متر مکعب آب شیرین تولید کند و در "الخفجی" واقع در عربستان سعودی ساخته خواهد شد که آب آشامیدنی ??? هزار نفر را تامین خواهد کرد.

انرژی این طرح با فناوری فتوولتاتیک تامین می شود. این فناوری ساخت مشترک آی.بی.ام و عربستان سعودی است و می تواند در تراکمی بزرگتر از هزار و ??? خورشید فعالیت کند.

این فرایند همچنین از فناوری دیگری که بطور مشترک توسط آی.بی.ام و عربستان سعودی ساخته شده استفاده خواهد کرد.

این فناوری متشکل از غشایی است که نمک و سموم بالقوه مضر را تصفیه می کند و در عین حال انرژی کمتری نسبت به سایر اشکال تصفیه آب مصرف می کند.

"شارون نونس" معاونت آی.بی.ام، گفت: با استفاده از این فناوری های جدید، می توانیم سامانه هایی ابداع کنیم که در مصرف برق صرفه جویی می کنند و معتقدیم که می توانیم این سامانه ها را در سراسر عربستان سعودی و جهان بکار بگیریم.

هیچ تلفن همراه و پخش‌کننده Mp3 و رایانه‌ای در جهان، بدون "تانتالیوم" کار نمی‌کند. این عنصر شیمیایی کمیاب از ترکیبی معدنی، از جمله درجمهوری دموکراتیک کنگو به‌دست می‌آید؛ جایی که سهم معدنچیان از ثروت میلیونی آن، چیزی جز کشته شدن و مورد تجاوز قرار گرفتن، نیست.

ماده‌ای معدنی به نام "کولتان" در صنایع الکترونیک کاربرد ویژه‌ای دارد. بدون این ترکیب هیچ‌یک از حدود 4 میلیارد تلفن همراه موجود در جهان کار نمی‌کنند. ترکیب معدنی کولتان حاوی فلزهای "تانتالیوم" و "نیوبیوم" است. از تانتالیوم به‌ویژه در افزایش سختی آلیاژهای مورد استفاده در ساختمان موشک‌ها، رآکتورهای هسته‌ای و تیغه‌های محور توربین‌ها استفاده می‌شود.

بازار این فلز اما در ساخت خازن‌های الکترونیکی بسیار داغ است. خازن‌های تانتالیومی بسیار کوچک، کاربردی و در برابر گرما مقاوم هستند و به همین دلایل در ساخت تلفن‌های همراه، کنسول‌های بازی، دستگاه‌های پخش Mp3 و رایانه‌ها کاربرد گسترده‌ای دارند. گام اول در تولید این خازن‌ها در ارتفاعات شرق کنگو برداشته می‌شود؛ جایی که کولتان از معادن استخراج می‌شود.

البته جمهوری دموکراتیک کنگو تنها دارنده کولتان در جهان نیست. بزرگترین تأمین‌کننده‌ تانتالیوم، معدنی در استرالیا بود که در پایان سال 2008 به دلیل پایین‌بودن بهای محصولِ رقیبان آفریقایی ورشکست شد. از این معدن 30 درصد تانتالیوم مورد نیاز جهان تأمین می‌شد. در کانادا و موزامبیک نیز معادن مهمی به همین سرنوشت دچار شده‌اند. بدین ترتیب در حال حاضر بیش از نیمی از تانتالیوم دنیا را کشورهای آفریقای مرکزی تأمین می‌کنند که کنگو با تولید بیش از 50 درصد این عنصر درصدر قرار دارد.

کنگو در کنار منابع سرشار کولتان، ذخایر بزرگ طلا، الماس، چوب‌های باارزش، قلع، کبالت و وولفرام نیز دارد که البته در غیاب دولتی منسجم، منافع این ثروت‌های ملی همواره عاید استثمارگران شده است. در ابتدا اروپاییان، اعراب و اقوام دیگری از آفریقا بودند که در قالب برده‌داران، کارگران روزمزد و زنان و کودکان را به بیگاری می‌کشیدند. بعد هم نوبت به بلژیک رسید و در نهایت هم ژنرال موبوتو، دست‌نشانده‌ای باقی‌مانده از دوران جنگ سرد، سر کار آمد.

تقسیم ناعادلانه

ده سال پیش اهالی کنگو متوجه شدند که با یک بیل و چند کیسه و کمی کار بدنی می‌توان پول را از زمین خارج کرد. گفته می‌شود که برخی از کارگران معدن در آن زمان، تا 2 هزار دلار در ماه درآمد داشتند. این مبلغ برای کشوری که متوسط درآمد سالیانه‌ شهروندانش 80 دلار باشد، ثروت هنگفتی است. البته اینکه در کنگو ذخایر کولتان وجود دارد، موضوع جدیدی نیست، اما رشد روزافزون استفاده از رایانه و تلفن همراه، توجه به این ترکیب گرانبها را بیشتر جلب کرد و تجارت به صورت سازمان‌یافته به دست گروه‌های مافیایی و شبه‌نظامی افتاد.

براساس آمار سازمان ملل، گروه‌های مسلحی که مسئول بسیاری از جرایم، تجاوزها و جنایات علیه بشریت هستند، سالانه بین چندصدهزار تا میلیون‌ها دلار از تجارت تانتالیوم درآمد کسب می‌کنند. به گزارش نهاد بین‌المللی "Global Witness" این گروه‌های مسلح تنها از محل باج گیری و حق دلالی، دستکم 220 هزار دلار در ماه درآمد دارند. سهم کارگران نیز فقر و گرسنگی است. آمار تجاوز به کودکان و زنان در هیچ نقطه‌ای از جهان بالاتر از کنگو نیست. مدافعان حقوق بشر از 100 هزار قربانی سخن می‌گویند. این منطقه در تعداد قتل غیرنظامیان در 14 سال گذشته نیز پیشتاز بوده است. برخی از آمار از 5 میلیون قربانی حکایت دارند.

کار در معادن شرق کنگو بسیار دشوار و خطرناک است. بر اساس گزارشی که نهادهای بین‌الملی از جمله "Global Witness" تهیه کرده‌اند، کارگران دستمزد بخور و نمیر دریافت می‌کنند، کودکان به کار گرفته می‌شوند و دختران برای فرار از گرسنگی به فحشا روی می آورند. کیسه‌های سنگین 50 کیلوییِ پر از مواد معدنی را کارگران باید 45 کیلومتر در میان بوته‌ها و درختان حمل کنند. یک شاهد عینی می‌گوید که در کنار مسیر، قبرهایی را دیده که در آنها اجساد کارگران درراه‌مانده آرمیده اند.

مشتری بزرگ "کولتان خونی"

چین بزرگترین خریدار کولتان کنگو است. این کشور تنها در فاصله‌ سال‌های 2006 تا 2009 میلادی 45 هزار تن کولتان از چند کشور آفریقایی به ارزش 324 میلیون دلار خریداری کرده است. بخش بزرگ کولتان چین از رواندا وارد شده است؛ کشوری کوچک در همسایگی کنگو که خود ذخایر چندانی ندارد و سال‌هاست که از سوی سازمان ملل به‌عنوان استثمارگر مردم کنگو شناخته می‌شود.

البته واردات چین تنها برای محصولات این کشور مصرف نمی‌شوند. کارخانه‌ اَپِلِ آمریکا، به‌عنوان مثال، بر روی محصولات شیک و پرطرفدار خود با خط ریز عبارت "طراحی‌شده توسط اپل در کالیفرنیا و مونتاژ شده در چین" را چاپ می‌کند. محصولات اپل در چین، توسط شرکت تایوانی "Foxcom" تولید می‌شوند؛ شرکتی که قطعات مورد نیاز نوکیا، دِل، موتورلا، پالم و هیولت-پاکارد (hp) را نیز می‌سازد.

چه تضمینی وجود دارد که پول این شرکت‌ها به کیسه‌ استثمارگران ریخته نشود؟ نماینده اَپِل در پاسخ به این پرسش می‌گوید که این شرکت "متأسفانه" کنترلی بر روی مواد اولیه تک‌تک قطعات و منشأ آنها اعمال نمی‌کند. نماینده‌ نوکیا در مقابل می‌گوید که این شرکت از قطعه‌سازان خود تضمین کتبی گرفته که از تانتالیوم مناطق درگیر جنگ استفاده نکنند.

راه درست کدام است؟

سر دیگر زنجیره‌ استثمارگر تا اروپا هم کشیده شده است. در آلمان مدتی پیش دو تن دستگیر شدند که متهم به هدایت ناآرامی‌ها در کنگو از راه دور هستند. "Global Witness" خواستار اقدامی عاجل شده تا ارتباط بین "معدن‌های نظامی" و تجارت جهانی قطع شود.

کشمکش‌ها بر سر این موضوع به جایی رسیده که سخن از تشکیل نهادی ناظر در آلمان به میان آمده است. نهادی که "خونین نبودن" کولتان را تأیید کرده و تضمین کند که معدنچیانِ محلِ استخراجِ این فلز از حداقل استانداردهای کار و استراحت برخوردارند. از سوی دیگر، گوش بسیاری از دلالان به محدودیت‌های اتحادیه اروپا و سازمان ملل بدهکار نیست. آنها تحریم‌های تسلیحاتی شبه‌نظامیان این مناطق را نیز نقض می‌کنند.

به گفته‌ یکی از دست‌اندرکاران صادرات مواد خام در کنگو که طرفدار معامله با کارخانه‌های چینی است، اگر اروپاییان به محدودیت‌ها ادامه دهند، دلالان به فکر مشتریان دیگری خواهند بود.