(Moc z plastiku).pdf

INûYNIERIA CHEMICZNA

Marks, wynalazca i szef przedsi«bior-

stwa, przewiduje, ýe iloæ Lumeloidu

potrzebna do wytwarzania 1 W energii

nie b«dzie kosztowa wi«cej niý 50 cen-

tw, podczas gdy cena obecnie stoso-

wanych ogniw s¸onecznych to 3Ð4 do-

lary za wat.

Jak wyjaænia Marks, proces w tych fo-

liach przypomina zachodzce w liæciach

reakcje fotochemiczne. Wyst«puj tam

uk¸ady barwnikowo-bia¸kowe zwane

fotosystemami, ktre uczestnicz w

przep¸ywie elektronw uwolnionych

pod wp¸ywem æwiat¸a. Podobne struk-

ýe emitowa æwiat¸o laserowe Ð spjn

wizk« fotonw o jednej d¸ugoæci fali.

W lipcu ub. r. na konferencji w Snow-

bird (Utah) trzy grupy badaczy przed-

stawi¸y rezultaty badaÄ wykazujce, ýe

te same efekty moýna uzyska, uýywa-

jc sta¸ych polimerw. ãJestem fizykiem,

nie potrafi« robi takich rzeczy Ð mwi

Z. Valy Vardeny z University of Utah,

przewodniczcy konferencji Ð ale che-

micy, ktrzy wytworzyli te materia¸y,

to genialni ludzie.Ó

Wczeæniejsze generacje p¸przewo-

dzcych polimerw nie mog¸y emito-

wa laserowego æwiat¸a

g¸wnie z dwch powo-

dw. Po pierwsze, ich

czsteczki bombardo-

wane elektronami lub

fotonami zamienia¸y

wi«kszoæ uzyskanej

energii w ciep¸o zamiast

w æwiat¸o Ð po prostu

mia¸y nisk wydajnoæ

luminescencji. Po dru-

gie, folie polimerowe

zwykle absorbowa¸y

wytworzone w nich fo-

tony, nie emitujc ich Ð

nie wykazywa¸y naj-

mniejszego wzmocnie-

nia optycznego, ktre

jest dla materia¸u lase-

rujcego miar lawino-

wego gromadzenia fo-

tonw w jednym im-

pulsie æwietlnym.

Wed¸ug VardenyÕego

nowe materia¸y zawie-

raj mniej zanieczy-

szczeÄ, maj znacznie

wi«ksz wydajnoæ lu-

minescencyjn i dzi«ki

temu znacznie wi«ksze

potencjalne moýliwoæci

akcji laserowej. W cza-

sopiæmie Japanese Jour-

nal of Applied Physics

jego grupa opisa¸a polimer nazwany

PPV ( p -fenylenowinylen) wykazuj-

cy 25-procentow wydajnoæ lumines-

cencyjn. Emitowane z niego czerwone

æwiat¸o sk¸ada¸o si« z fotonw o tej sa-

mej d¸ugoæci fali, ale nie tworzy¸o spj-

nej wizki.

Inna grupa biorca udzia¸ w konfe-

rencji w Snowbird opublikowa¸a w Na-

ture sposb na unikni«cie tego ograni-

czenia. Richard H. Friend i jego wsp¸-

pracownicy z University of Cambridge

umieæcili folie PPV w urzdzeniu zwa-

nym mikrown«k. Lustra zainstalowa-

ne w takiej mikrown«ce odbija¸y w t«

i z powrotem æwiat¸o emitowane przez

PPV, wzmacniajc je w zogniskowan

wizk« laserow.

le sobie obiecuj po p¸przewodni-

kowych polimerach Ð dziwnych ma-

teria¸ach, ktre mog jednoczeænie by

mi«kkie jak plastikowa folia i przewo-

dzi jak mied 1 . Moýliwoæci tych orga-

nicznych zwizkw zro-

dzi¸y marzenia o nowych

urzdzeniach optoelektro-

nicznych Ð od przezroczy-

stych tranzystorw po ela-

styczne diody æwiecce.

Ale jedynie nieliczne z

tych pomys¸w wysz¸y

poza laboratoria. W ubie-

g¸ym roku uczeni dodali

dwie obiecujce kandyda-

tury do swojej listy ýy-

czeÄ: baterie s¸oneczne

i lasery na ciele sta¸ym.

To, co zwraca uwag«

w tych materia¸ach Ð na-

zywanych rwnieý synte-

tycznymi metalami Ð to

ich trwa¸oæ i niýszy koszt

uzyskania w porwnaniu

z ich nieorganicznymi od-

powiednikami. W dodat-

ku ¸atwo si« je wytwarza.

Ich czsteczki Ð podobnie

jak innych polimerw Ð s

d¸ugimi ¸aÄcuchami o w«-

glowym szkielecie, zbudo-

wanymi z powtarzajcych

si« prostych jednostek

zwanych monomerami.

Aby uczyni je przewo-

dzcymi, wystarczy wbu-

dowa do nich atomy od-

dajce kaýdej jednostce

¸adunki ujemne lub dodatnie. 2 Te ¸adun-

ki umoýliwiaj przep¸yw prdu wzd¸uý

¸aÄcucha.

Naukowcy z Advanced Research De-

velopment w Athol (Massachusetts) wy-

tworzyli plastikowe ogniwa s¸oneczne,

uýywajc dwu rýnych polimerw Ð al-

koholu poliwinylowego (PVA) i poliace-

tylenu (PA). B¸ony tego kopolimeru 3 ,

opatentowanego jako Lumeloid, pola-

ryzuj æwiat¸o i przynajmniej w teorii

zamieniaj je prawie w trzech czwar-

tych na energi« elektryczn Ð znacz-

cy wzrost w porwnaniu z najwyýej

20-procentow wydajnoæci wsp¸cze-

snych ogniw s¸onecznych. Lumeloid

powinien rwnieý by taÄszy i bardziej

przyjazny dla ærodowiska. Alvin M.

SILNA LUMINESCENCJA tej cienkiej folii wykonanej z PPV

niesie obietnic« konstrukcji laserw plastikowych.

tury czsteczkowe zawiera Lumeloid.

Elektrodami odprowadza si« ¸adunki

z powierzchni folii. Nast«pnym krokiem

Marksa b«dzie opracowanie uzupe¸nia-

jcego polimeru, ktry magazynowa¸-

by energi« elektryczn. ãJeæli materia¸y

fotowoltaiczne maj by konkurencyj-

ne, to musz dzia¸a dzieÄ i nocÓ Ð wy-

jaænia. Jego podwjna folia ma by

sprzedawana w rolkach, jak cynfolia,

i powinna tak si« w¸aænie zachowywa.

Prace nad plastikami, ktre zamienia-

j energi« elektryczn w æwiat¸o lasero-

we, s mniej zaawansowane, ale i tu po-

st«p jest szybki. Przed 4 laty Daniel

Moses z University of California w San-

ta Barbara og¸osi¸, ýe rozcieÄczony roz-

twr p¸przewodzcych polimerw mo-

20 å WIAT N AUKI Luty 1997

Moc z plastiku

By moýe wkrtce pojawi si«

polimerowe ogniwa i lasery

J uý od prawie 20 lat naukowcy wie-

Trzecia grupa na konferencji w Snow-

bird, kierowana przez Alana J. Heegera

z UCSB, przetestowa¸a kilkanaæcie po-

limerw i ich mieszanin. Rezultaty tych

badaÄ opublikowane w Science z 27

wrzeænia ub. r. wskazuj, ýe te mate-

ria¸y zdolne s do emisji laseropo-

dobnego æwiat¸a w ca¸ym zakresie wid-

ma widzialnego Ð nawet w takich rzad-

kich wærd laserw barwach, jak od-

cienie zielonego i niebieskiego. Heeger,

zamiast stosowa mikrown«k«, tak

umieæci¸ swoje prbki, ýe otaczajce po-

wietrze zamyka¸o emitowane fotony

w polimerze, gdzie mog¸y stymulo-

wa dalsze akty emisji. ãChcieliæmy po-

kaza, ýe ca¸ grup« materia¸w charak-

teryzuje niewtpliwe wzmocnienie

optyczneÓ Ð mwi.

Obecnie najwaýniejszym zadaniem

jest znalezienie sposobu na elektryczne

zasilanie 4 tych polimerw. Jak dotd

wszystkie trzy grupy wzbudza¸y swoje

prbki za pomoc innego lasera, stoso-

wane jednak w praktyce urzdzenia

musz by zasilane prdem przep¸ywa-

jcym pomi«dzy elektrodami. To nie-

ma¸y problem. Vardeny zwraca uwag«,

ýe ¸adunki elektryczne powoduj poja-

wienie si« szkodliwych przejæ ciepl-

nych, a elektrody mog reagowa che-

micznie z foli, obniýajc luminescen-

cyjn wydajnoæ polimeru. ãTo b«dzie

trudne Ð wzdycha Heeger Ð ale jestem

optymist.Ó

Kristin Leutwyler

1 Licentia poetica autorki. P¸przewodniki, nawet

krystaliczne, nie maj rwnie dobrego przewod-

nictwa elektrycznego (bo o takim tu mowa) jak

mied.

2 Skrt myælowy; w rzeczywistoæci ¸adunki prze-

nosz zwykle elektrony, a ¸adunek dodatni zwiza-

ny jest z atomem, ktry odda¸ jeden ze swych elek-

tronw.

3 Tak si« nazywa polimery zbudowane z rýnych

jednostek.

4 Fizycy mwi ãpompowanieÓ.

METEOROLOGIA

Tam, gdzie wiej wiatry

n za wpadanie statkw na mielizny i zatoni«cia. W naszych cza-

sach ýyroskopowe stabilizatory zmniejszaj ko¸ysanie si« statku

podczas najwi«kszych burz, a silniki dieslowskie umoýliwiaj p¸y-

wanie w bezwietrzn pogod«. Jednak mimo rozwoju techniki do dziæ

zmiany kierunkw wiatrw w strefie pasatw mog zarwno wyd¸u-

ýy czas podrýy przez oceany, jak i zwi«kszy jej koszty. Wiej-

ce nad oceanami wiatry decyduj bowiem o stanie pogody na ca-

¸ej kuli ziemskiej. Dzi«ki nowoczesnej technice naukowcy tworz

modele klimatyczne, ktre umoýliwiaj przewidywanie tras i si¸y

sztormw, a takýe prognozowanie nast«pstw globalnego ocieple-

nia powierzchniowych wd oceanicznych; pozwalaj teý zrozu-

mie przyczyn« zjawisk El-Ni ~ o zak¸cajcych normalne warunki

pogodowe. Dok¸adnoæ tych modeli zaleýy od naszej wiedzy na te-

mat si¸y i kierunkw wiatrw wiejcych nad oceanami.

Dane jednak s zbierane nieregularnie, czasem pochodz z nie-

dok¸adnych odczytw z boi meteorologicznych oraz raportw gro-

madzonych na statkach. Pod koniec wrzeænia synoptycy pok¸ado-

wi i kapitanowie statkw zostali mile zaskoczeni, gdy otrzymali

z NASA pierwsze pomiary wykonane za pomoc urzdzenia (scat-

terometer) umieszczonego na japoÄskim satelicie Advanced Earth

Observing Satellite . Co drugi dzieÄ

satelita ten rejestruje dane z co naj-

mniej 90% powierzchni oceanu

æwiatowego wolnej od pokrywy lo-

dowej i przesy¸a je na Ziemi«. Na

ich podstawie opracowuje si«

szczeg¸ow map« komputerow

wiatrw.

Przedzieranie si« przez chmury

i deszcz, aby okreæli kierunek

i pr«dkoæ niewidzialnych mas po-

wietrza, wymaga pewnych trikw

technicznych. Przede wszystkim

naleýy rozpatrywa zjawiska spo-

wodowane przez wiatr. Przyk¸adem

s zmarszczki na powierzchni wo-

dy, ktre operatorzy radarw od-

bieraj zazwyczaj jako szum. Wyko-

rzystuj to myæliwce odrzutowe i

zdalnie kierowane pociski; lecc ni-

sko nad wod, s trudne do wykry-

cia przez radary. Zak¸cenia te mo-

g by takýe rd¸em cennych

informacji meteorologicznych.

Wspomniane przyrzdy NASA zbie-

raj je, wysy¸ajc w kierunku po-

wierzchni oceanw impulsy radiowe o cz«stoæci najlepiej odbija-

nej przez fale o rozmiarach rz«du centymetrw. Kiedy impulsy

docieraj do wody, ulegaj niewielkiej transformacji na skutek od-

bicia i rozproszenia na pomarszczonej powierzchni.

Satelita, wyposaýony w szeæ anten d¸ugoæci 3 m kaýda, zapi-

suje te drobne zmiany powracajcych impulsw z dok¸adnoæci po-

zwalajc okreæli kierunek i pr«dkoæ przesuwania si« zmarsz-

czek, a zatem rwnieý wiatru przyczyniajcego si« do ich

powstania. Nast«pnie dane te zostaj przetworzone na Ziemi

i s¸uý do konstruowania komputerowych map pokrytych sieci

strza¸ek, ktre wskazuj pr«dkoæ oraz kierunek wiatru w 190 tys.

punktw. Po na¸oýeniu takich map na satelitarny obraz zachmurze-

nia moýna przewidywa si¸« i zasi«g sztormw, zanim osign

one dojrza¸e stadium. We wrzeæniu ub. r. NASA przedstawi¸o pro-

gnozy dotyczce wiatrw o pr«dkoæciach ponad 110 km/godz.

(ok. 30 m/s) w centrum tajfunu Violet u wybrzeýy Japonii (poniýej) .

Agencja planuje przesy¸anie co dwie godziny takich danych do

amerykaÄskich synoptykw, ktrzy opracowuj prognozy dla te-

renw przybrzeýnych i dla ýeglugi, by uprzedza o nie sprzyjaj-

cych warunkach atmosferycznych.

W. Wayt Gibbs

å WIAT N AUKI Luty 1997 21

S taroýytni marynarze przeklinali kapryæny wiatr, obarczajc go wi-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: