فیزیکدانان نسلی جدید از لیزرها را ابداع کرده اند که توانسته است پا را از مرزهای واقعیت فراتر بگذارد. این لیزر کوچکترین لیزر الکتریکی جهان است و روزی می تواند فناوری تراشه های الکترونیکی را متحول سازد.

طول این لیزر ?? میکرومتر بوده و ارتفاعی برابر هشت میکرومتر دارد و طول موج آن در حدود ??? میکرومتر برآورد شده است.

این ویژگی ها لیزر جدید را تا اندازه ای قابل توجه کوچکتر از طول موج نوری می سازد که از آن منتشر می شود، پدیده ای که برای اولین بار در جهان علم رخ داده است.

لیزرها در حالت عادی هرگز نمی توانند کوچکتر از طول موج خود باشند زیرا امواج معمولی پرتو لیزر، تشدیدگر یا نوسان دهنده نوری به وجود می آورند که به امواج صوتی به وجود آمده در ساز گیتار شباهت زیادی دارند.

این امواج نوری میان دو آینه حرکتی رفت و برگشت داشته چنین اصلی تنها هنگامی امکان پذیر خواهد بود که آینه ها بزرگتر از طول موج لیزر باشند. در نتیجه لیزرهای معمولی از نظر تغییر در ابعاد از محدودیت زیادی برخوردارند.

دانشمندان در تولید لیزر جدید خود از الکتریسیته الهام گرفتند. به گفته آنها به جای استفاده از تشدیدگرهای معمولی نوری از مدار تشدیدگر الکتریکی استفاده کردند که از یک القا کننده و دو خازن تشکیل شده است.

به این شکل نور به خوبی درون این تشدید کننده به دام افتاده و با استفاده از تقویت کننده ای نوری به نوسان الکترومغناطیسی مستقل و متمرکزی تبدیل می شود.

این به آن معنی است که ابعاد تشدید کننده دیگر در محدودیت طول موج نور قرار نداشته و می توان آن را تغییر داد.

این ویژگی یکی از مواردی است که می تواند توجه تولید کنندگان تراشه های الکترونیکی را به خود جلب کند زیرا در آینده می توان از این ابداع به عنوان جایگزین نوری ترانزیستورها استفاده کرد

 .

دانشمند‌ان موفق به ابداع یک خودرو برگ مانند شده‌اند که دی اکسید کربن جذب می‌کند و از اگزوز آن اکسیژن خارج می‌شود.

مهندسان شرکت صنایع خودروسازی شانگهای در چین با الهام از توانایی فتوسنتز در گیاهان نوعی خودرو جدید طراحی کرده‌اند که می‌تواند دی اکسید کربن دریافت کرده و اکسیژن تولید کند.

این خودرو که خودروی مفهومی Yez نام دارد اخیرا در نمایشگاه Expo ???? در شانکهای چین به نمایش گذاشته شده است.

جزئیات فنی خودروی «یی ــ زی» که دارای سقفی سبز رنگ به شکل برگ است، اعلام نشده است.

«ما زنگ کان»، طراح این خودرو دوباره طرح ابداعی خود می‌گوید: «یی ــ زی» از طریق سقف، انرژی خورشید را جذب کرده و در حضور آب و دی اکسید کربن آن را به جریان برق مبدل می‌کند.

پسماند این فرایند شبیه به فرایند فتوسنتز اکسیژن است.

سری پیل سوختی جهت تولید انرژی با راندمان بهینه ، نیازمند تجهیزات جانبی بنام سیستم پیل سوختی است که شرایط بهینه عملکرد برای پیل سوختی ، شامل خلوص سوخت ، مقدار هوا و سوخت ورودی به سری پیل سوختی ، رطوبت گازها و مدیریت آب ، کنترل دما و نهایتا فشار گازها در سیستم و سری پیل سوختی را کنترل نمایند. یک سیستم پیل سوختی را می‌توان به سه قسمت عمده شامل بخش سوخت رسانی (مبدل سوخت و سیستم ذخیره هیدروژن) ، بخش تولید انرژی شامل سری پیل سوختی و سیستم کنترل رطوبت ، فشار ، دما و دبی گازها و نهایتا بخش تبدیل انرژی که مربوط به فصل مشترک بین پیل سوختی و مصرف کننده برق جهت تبدیل جریان و ولتاژ برق به ولتاژ و جریان مناسب می‌باشد، تقسیم نمود.


متناسب با نوع پیل سوختی و کاربرد آن ، این سیستمها ساده و یا پیچیده می‌باشند، به عنوان نمونه در پیلهای سوختی نیروگاهی ، بخش مبدل سوخت که سوختهای فسیلی ، بیومس و یا ... را تبدیل به هیدروژن خالص می‌نماید، بخش پیچیده و اصلی سیستم سوخت رسانی را تشکیل می‌دهد. در مصارف خودرویی سیستم سوخت رسانی بنا به نوع زیر ساخت سوخت موجود می‌تواند دو شکل زیر را به خود بگیرد:

1. تولید هیدروژن در خودرو با استفاده از مبدل سوخت
2. تولید هیدروژن در خارج از خودرو و ذخیره هیدروژن در خودرو
   
   در صورتی که هیدروژن در جایگاه سوخت گیری تولید شود، سیستم ذخیره سوخت خودرو می‌تواند روشهای مختلفی از قبیل ذخیره هیدروژن در مخازن تحت فشار ، بکار گیری نانوتیوبها ، بکارگیری جاذبهای هیدرید فلزی ، بکارگیری هیدریدهای شیمیایی و ... را شامل شود. در صورت تولید هیدروژن در خودرو ، مبدل سوخت (بالاخص مبدل بنزین و متانول) قابل نصب بر روی خودرو بخش اصلی و پیچیده سیستم سوخت در خودرو را شامل می‌گردد.

بخش سوخت رسانی

بخش سوخت رسانی در مولدهای نیرو گاهی پیل سوختی خود از قسمت های مختلفی از جمله راکتور مبدل سوخت، سیستم هوادهی، کمپرسور، مخازن تحت فشار و ... تشکیل شده است. راکتور مبدل سوخت که جزء اصلی در بخش سوخت رسانی نیرو گاهی می باشد، سوخت های هیدرو کربنی موجود را به گاز غنی از هیدروژن که خوراک پیل سوختی است تبدیل می کند. مبدل سوخت در سیستم پیل سوختی خودروها، سیستم را کمی پیچیده می کند اما دارای این مزیت است که از سوخت هایی استفاده می کند که در زیر ساخت ها و شبکه های توزیع فعلی وجود دارند. همانگونه که اشاره شد، هنگامی که سوخت هیدروژن خالص در خارج از خودرو تولید و در خودروها بار گیری شود، سیستم پیل سوختی بسیار ساده تر خواهد گردید.

مبدل سوخت

دانسیته کم انرژی هیدروژن در حالت گاز، کاربرد هیدروژن را به عنوان حامل انرژی با مشکل روبرو می سازد. بدین معنی که نسبت به سوختهای مایع همچون بنزین یا متانول از انرژی کمی به ازای هر واحد حجم برخوردار است. بنابراین بارگیری هیدروژن گازی (تحت فشار متوسط و پایین) به مقداری که برد حرکتی قابل قبولی را برای خودروی پیل سوختی تأمین نماید، کاری مشکل به نظر می‌رسد. هیدروژن مایع از دانسیته انرژی خوبی برخوردار است (حدود 120.7 کیلو ژ ول به ازاء هر کیلوگرم) اما باید در دمای بسیار پایین ( 253 درجه سانتیگراد زیر صفر ) و فشارهای بالا ذخیره شود که این مسئله ، ذخیره سازی و حمل و نقل آن را مشکل می‌سازد.

سوختهای متداول همچون گاز طبیعی ، پروپان و بنزین و سوختهایی مانند متانول و اتانول ، همگی در ساختار مولکولی خود هیدروژن دارند. با بکارگیری مبدل نصب شده بر روی خودرو (onboard) یا مبدلهایی که در محلهای سوخت گیری نصب می‌شوند، می‌توان هیدروژن موجود در این سوختها را جدا کرده و به عنوان سوخت در پیل سوختی مورد استفاده قرار داد. بدین ترتیب مشکل ذخیره سازی هیدروژن و توزیع آن تقریبا بطور کامل رفع می‌شود. کار مبدل سوخت فراهم آوردن هیدروژن مورد نیاز پیل سوختی با استفاده از سوختهایی است که در دسترس بوده و حمل و نقل آن آسان می‌باشد. مبدلهای سوخت باید توانایی انجام این کار را با حداقل آلودگی و بالاترین راندمان داشته باشند. عملکرد مبدلهای سوخت به زبان ساده عبارت است از اینکه یک سوخت سرشار از هیدروژن را به هیدروژن و محصولات فرعی دیگر تبدیل نماید.

یکی از مشکلات مهم در زمینه ساخت مبدلها اندازه و وزن مبدل می‌باشد. برای ارتقاء سطح بازده ، لازم است وزن و حجم مبدلها به ازای هر واحد انرژی الکتریکی حاصل از سیستم تا حد ممکن کاهش یابد. به همین ترتیب ، هزینه ساخت مبدلها نیز باید پایین نگاه داشته شود تا گران بودن این فناوری مانع از تولید انبوه خودرو نشود. دومین مشکل مهم در این زمینه میزان خلوص هیدروژن تولید شده از مبدلها است. آلاینده‌هایی همچون مونوکسید کربن (و در بعضی از انواع سوخت ، سولفیدها) از محصولات فرعی فرآیند تبدیل هستند. در این میان ، مقدار زیاد مونوکسید کربن می‌تواند موجب سمی شدن کاتالیست پیل سوختی شود. از این رو لازم است قبل از ورود سوخت به درون پیل سوختی ، مونوکسید کربن آن حذف شود. اگر چه انواع مختلفی از مبدلهای سوخت وجود دارند که اغلب از ترکیب فناوریهای مختلف حاصل گردیده‌اند، اما انواع اصلی مبدلهایی که در زمینه متداول هستند عبارتند از:

1. مبدلهای با سیستم بخار (Steam Reformer)
2. مبدلهای اکسیداسیون جزئی (Partial Oxidation Reformer)
3. مبدلهای اتو ترمال (Auto thermal Reformer)
   
   

اصول اولیه عملکرد هر یک از این فناوریها و فرآیندهای شیمیایی مربوط به آنها بطور مجزا به قرار ذیل می‌باشد:

مبدل با سیستم بخار

فرآیند تبدیل به کمک بخار یک فرآیند دو مرحله‌ای به صورت زیر است: در واکنش اول از اکسیژن موجود در بخار آب داغ (معمولا بیش از 500 درجه سانتیگراد) برای جدا سازی کربن از هیدروژن و تولید مولکولهای هیدروژن و اکسیدهای کربن استفاده می‌شود. همزمان با این واکنش (بسته به دمای بخار) ، در واکنش دوم مونوکسید کربن به دی اکسید کربن تبدیل شده و بدین ترتیب هیدروژن بیشتری آزاد می‌شود. مرحله تصفیه گاز خروجی از مبدل سیستم بخار بسیار اهمیت دارد، چرا که معمولا گاز خروجی از مبدلها خالص و عاری از مواد زائد نبوده و نمی‌توان آن را مستقیما به عنوان سوخت به درون پیل سوختی فرستاد.

این ناخالصیها عبارتند از: مونوکسید کربن و دی اکسید کربن ناشی از واکنشهای درون مبدل ، باقیمانده سوخت (مانند متانول یا بنزین) ، اکسیدهای نیتروژن ، اکسیدهای سولفور ، و ترکیبات آلی فرار که همه این ناخالصیها در حقیقت از سوخت اولیه ناشی می‌شوند. از این رو ضروری است که جدا سازی این ناخالصیها از گاز خروجی نهایی مبدل ، صورت پذیرد. بویژه در مورد جدا سازی مونوکسید کربن که سطح استاندارد برای پیلهای سوختی که در دمای پایین کار می‌کنند، کمتر از 10 ppm در نظر گرفته شده است تا بدین ترتیب از سمی شدن کاتالیست موجود در پیل سوختی بخصوص پیل سوختی پلیمری جلوگیری به عمل آید.

یک پیل سوختی جهت تولید انرژی با بازدهی بهینه ، نیاز به تغذیه مداوم سوخت و اکسید کننده ، خروج آب تولیدی از واکنش الکتروشیمیایی درون پیل ، مرطوب نگهداری غشاء توسط مرطوب نگه داشتن گازهای ورودی ، کنترل درجه حرارت و فشار دارد. تجهیزات و امکانات جانبی که این شرایط بهینه را برای پیل سوختی فراهم می‌آورند، سیستم پیل سوختی نام دارند. یک سیستم پیل سوختی را بطور کلی می‌توان به اجزای اصلی زیر تقسیم کرد:

1. سیستم سوخت رسان که شامل مبدل سوخت و یا سیستم ذخیره هیدروژن می‌باشد.
2. سیستم تأمین هوا یا اکسید کننده که اکسیژن مورد نیاز پیل سوختی را فراهم می آورد.
3. سیستم مدیریت آب و حرارت که شامل سیستم مرطوب کننده گازهای ورودی ، سیستم خنک کننده ، سیستم و یا شیرهای کنترل فشار و نماگرها است.
4. الکترونیک – قدرت (Power Electronic) که مربوط به فصل مشترک بین پیل سوختی و مصرف کننده برق جهت تبدیل جریان و ولتاژ برق به ولتاژ و جریان مناسب می باشد.
5. سیستم کنترل الکترونیکی که کنترل دما ، فشار ، برق خروجی از پیل ، شارژ باتریهای ذخیره ، هماهنگی بین سیستم سوخت رسان و پیل سوختی و بخش Power Electronic را بر عهده دارد.
   
   هر یک از این سیستمها می‌توانند بر عملکرد یکدیگر و بر سری پیل سوختی تأثیر متقابل داشته باشند. همچنین متناسب با نوع پیل سوختی و کاربرد آن ، این سیستمها می‌توانند متفاوت باشند که در اینجا بطور مشروح به بررسی هر یک از آنها خواهیم پرداخت

حسگر الکتروشیمیایی با کمک نانولوله های کربنی ساخته شد
شیمی دانان ایرانی، الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح شده‌ای را با نانولوله کربنی عامل دار شده ساخته‌اند که می‌تواند سیستامین موجود در نمونه‌های بیولوژیکی را به طریق الکتروشیمیایی اندازه‌گیری کند.
نانو،استفاده از فناوری نانو، افق‌های جدیدی را برای استفاده از نانوذرات و نانولوله‌های کربنی در شیمی تجزیه و تشخیص برخی از ترکیبات شیمیایی و بیولوژیکی گشوده است.
یکی از کاربردهای جذاب نانوذرات و نانولوله‌های کربنی، تسهیل واکنش‌های انتقال الکترون است. به همین دلیل به عنوان یک واسطه‌گر در ساخت حسگرها و زیست حسگرها استفاده می‌شود که سینتیک واکنش‌های الکتروشیمیایی کند را طی فرایندی به نام الکتروکاتالیز، تسریع کرده و راهی برای اندازه‌گیری الکتروشیمیایی آنها فراهم می‌نماید.
"فرشته چکین" دانشجوی دکتری شیمی تجزیه، گفت: "از آنجایی که برخی از اسیدهای آمینه ترکیبات گوگرددار هستند، اکسایش الکتروشیمیایی آنها در سطح الکترودهای معمولی بسیار کند است، از این رو نمی‌توان آنها را در سطح الکترودهای معمولی به روش الکتروشیمیایی تبیین و اندازه‌گیری نمود.
وی افزود: بنابراین برای تسریع فرایند الکترودی آنها، از واسطه‌گرهای مختلف استفاده و الکترودهای اصلاح شده شیمیایی ساخته می‌شود. به این منظور، ساخت الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح شده با نانولوله کربنی عامل‌دار شده برای اندازه‌گیری الکتروشیمیایی سیستامین مد نظر قرار گرفت.
این دانشجوی دکترای شیمی تجزیه خاطر نشان کرد: "تحقیق انجام شده یک پژوهش بنیادی است که می‌تواند به عنوان حسگر الکتروشیمیایی برای اندازه‌گیری سیستامین در نمونه‌های بیولوژیکی در آزمایشگاه‌های بالینی و مراکز پژوهشی استفاده گردد".
این پژوهش در مجله Journal of Electroanalytical Chemistry (جلد633، صفحات192-187، سال2009) منتشر شده است.