Bui Nhat Minh
Intern Writer
Tế bào người đang truyền cảm hứng cho thế hệ lưu trữ năng lượng tiếp theo.
Một siêu xa lộ ion mới được mô phỏng theo tế bào người có thể tăng tốc độ sử dụng pin của chúng ta.
Việc đào một kênh nano cho các ion tích điện đã biến một “tổ chuột” thành một vật dẫn siêu nhanh.
Những vật liệu này vốn đã là chất dẫn điện tốt, khiến đây trở thành một cải tiến lớn hơn nữa.
Các nhà khoa học ở Tây Bắc Thái Bình Dương đang sử dụng các đặc điểm của hóa học tự nhiên để mô phỏng một công tắc mà cơ thể con người sử dụng. Bằng cách xếp hàng các phân tử có thể giữ hoặc đẩy nước ra, các nhà khoa học có thể tạo ra các cổng logic giống như các cổng được sử dụng trong mạch điện và máy tính, mở ra các đường dẫn mà các nguyên tử tích điện được gọi là ion có thể chảy qua rất, rất nhanh. Đây là tin tốt và cũng là một ví dụ về những gì xảy ra khi chúng ta tôn trọng sự phức tạp của những gì cơ thể thực hiện.
Một bài báo mới về nghiên cứu này - do các tác giả từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley ở Berkeley, California và Đại học bang Washington ở vùng nông thôn phía đông nam Washington viết - hiện đã xuất hiện trên tạp chí Wiley Advanced Materials . Một trong những tác giả, kỹ sư khoa học Terry McAfee, đã qua đời vào tháng 9 ở tuổi 37. Bài báo này dành tặng cho anh.
Trong thí nghiệm của mình, nhóm gồm năm đồng tác giả đã sử dụng kiến thức về hóa học cơ thể để xây dựng một mạng lưới các hạt nano ở dạng gel, tận dụng cách các vật liệu này trong tự nhiên có thể "phình ra" để thích ứng với sự đi qua của các ion tích điện. Nước và các ion, tất nhiên, là thiết yếu trong cơ thể con người—cơ thể chúng ta dẫn một lượng lớn năng lượng điện và dựa vào việc truyền các ion và nước qua các kênh chuyên dụng và qua một số rào cản nhất định. Điều này có hiệu quả vì các phân tử ưa nước hoặc ưa nước được sử dụng để đối lập với các phân tử kỵ nước hoặc đẩy nước.
Để xây dựng xa lộ ion gốc nước, các chuyên gia đã sử dụng các phân tử kỵ nước và ưa nước được chế tạo trong một "màng mỏng" ba lớp. Hóa học cho phép họ "kéo các ion vào" xa lộ này và tạo ra các đường dẫn bằng cách bao quanh các kênh ưa nước bằng các kênh kỵ nước. Điều này được mô phỏng theo cơ chế mà các tế bào của chúng ta sử dụng để kiểm soát việc nước có đi qua thành tế bào hay không, vận chuyển chất điện giải và các vật liệu khác trong toàn bộ hệ thống của chúng ta.
Trong loại vật liệu cụ thể được sử dụng trong thí nghiệm này - được gọi là chất dẫn điện tử ion hỗn hợp hữu cơ (OMIEC) - các ion thường lộn xộn và làm chậm dòng điện. Chúng không được dẫn theo cách nước đi qua thành tế bào. “Chúng tôi phát hiện ra rằng các ion đang chảy bình thường trong chất dẫn, nhưng chúng phải đi qua ma trận này, giống như một tổ chuột gồm các đường ống để các electron chảy. Điều đó làm chậm các ion lại”, tác giả chính Brian Collins cho biết trong một tuyên bố của Đại học Tiểu bang Washington .
Vì vậy, việc cung cấp cho chúng một ion mở rộng Autobahn sẽ tăng tốc độ lên rất nhiều. Việc tạo ra các đường dẫn này và sử dụng hóa học để chuyển đổi chúng được mô phỏng theo hành vi vận chuyển phân tử của cơ thể con người , mà chúng ta vẫn chưa hiểu hết mức độ của chúng. Ví dụ, chúng ta không biết chính xác các phân tử trong cơ thể chúng ta (như một số protein) dường như có thể thực hiện nửa tá công việc khác nhau đòi hỏi các hình dạng hoàn toàn khác nhau.
Và đôi khi, khoa học đã biến cơ thể con người thành một “cỗ máy” theo cách cản trở sự tiến triển tốt, phủ nhận sự phức tạp dẫn đến kết luận dựa trên thông tin không đầy đủ. Tế bào của chúng ta không phải là máy móc - chúng giống như những người làm việc tự do cá nhân có thể thay đổi công việc nhiều lần mỗi ngày để hỗ trợ nhiều nhiệm vụ phức tạp. Và điều này được thực hiện bởi các phân tử của chúng ta.
Sau khi xây dựng lớp màng mỏng mô phỏng sinh học và thử nghiệm khả năng vận chuyển ion của nó, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng "siêu xa lộ" ion dẫn đến tốc độ vận chuyển nhanh hơn gấp nhiều lần so với phương pháp truyền thống hơn được gọi là điện di. Cả hai đều có ứng dụng trong sản xuất và thiết kế pin lithium ion, trong đó tốc độ dòng ion ảnh hưởng đến công suất đầu ra, thời gian sạc lại và dung lượng của pin.
Thật thú vị khi xem xét cách các công tắc phân tử mô phỏng sinh học có thể dẫn ion chính xác đến nơi cần thiết theo những cách có tổ chức hơn nhiều. Hãy tưởng tượng việc đổ đầy một hàng cốc nước bằng cách đặt chúng dưới mưa bắn tung tóe, rồi tìm hiểu về vòi nước. Đôi khi, tạo ra một nút thắt cổ chai là một điều tốt.
(popularmechanics)
Một siêu xa lộ ion mới được mô phỏng theo tế bào người có thể tăng tốc độ sử dụng pin của chúng ta.
Việc đào một kênh nano cho các ion tích điện đã biến một “tổ chuột” thành một vật dẫn siêu nhanh.
Những vật liệu này vốn đã là chất dẫn điện tốt, khiến đây trở thành một cải tiến lớn hơn nữa.
Các nhà khoa học ở Tây Bắc Thái Bình Dương đang sử dụng các đặc điểm của hóa học tự nhiên để mô phỏng một công tắc mà cơ thể con người sử dụng. Bằng cách xếp hàng các phân tử có thể giữ hoặc đẩy nước ra, các nhà khoa học có thể tạo ra các cổng logic giống như các cổng được sử dụng trong mạch điện và máy tính, mở ra các đường dẫn mà các nguyên tử tích điện được gọi là ion có thể chảy qua rất, rất nhanh. Đây là tin tốt và cũng là một ví dụ về những gì xảy ra khi chúng ta tôn trọng sự phức tạp của những gì cơ thể thực hiện.
Một bài báo mới về nghiên cứu này - do các tác giả từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley ở Berkeley, California và Đại học bang Washington ở vùng nông thôn phía đông nam Washington viết - hiện đã xuất hiện trên tạp chí Wiley Advanced Materials . Một trong những tác giả, kỹ sư khoa học Terry McAfee, đã qua đời vào tháng 9 ở tuổi 37. Bài báo này dành tặng cho anh.
Trong thí nghiệm của mình, nhóm gồm năm đồng tác giả đã sử dụng kiến thức về hóa học cơ thể để xây dựng một mạng lưới các hạt nano ở dạng gel, tận dụng cách các vật liệu này trong tự nhiên có thể "phình ra" để thích ứng với sự đi qua của các ion tích điện. Nước và các ion, tất nhiên, là thiết yếu trong cơ thể con người—cơ thể chúng ta dẫn một lượng lớn năng lượng điện và dựa vào việc truyền các ion và nước qua các kênh chuyên dụng và qua một số rào cản nhất định. Điều này có hiệu quả vì các phân tử ưa nước hoặc ưa nước được sử dụng để đối lập với các phân tử kỵ nước hoặc đẩy nước.
Để xây dựng xa lộ ion gốc nước, các chuyên gia đã sử dụng các phân tử kỵ nước và ưa nước được chế tạo trong một "màng mỏng" ba lớp. Hóa học cho phép họ "kéo các ion vào" xa lộ này và tạo ra các đường dẫn bằng cách bao quanh các kênh ưa nước bằng các kênh kỵ nước. Điều này được mô phỏng theo cơ chế mà các tế bào của chúng ta sử dụng để kiểm soát việc nước có đi qua thành tế bào hay không, vận chuyển chất điện giải và các vật liệu khác trong toàn bộ hệ thống của chúng ta.
Trong loại vật liệu cụ thể được sử dụng trong thí nghiệm này - được gọi là chất dẫn điện tử ion hỗn hợp hữu cơ (OMIEC) - các ion thường lộn xộn và làm chậm dòng điện. Chúng không được dẫn theo cách nước đi qua thành tế bào. “Chúng tôi phát hiện ra rằng các ion đang chảy bình thường trong chất dẫn, nhưng chúng phải đi qua ma trận này, giống như một tổ chuột gồm các đường ống để các electron chảy. Điều đó làm chậm các ion lại”, tác giả chính Brian Collins cho biết trong một tuyên bố của Đại học Tiểu bang Washington .
Vì vậy, việc cung cấp cho chúng một ion mở rộng Autobahn sẽ tăng tốc độ lên rất nhiều. Việc tạo ra các đường dẫn này và sử dụng hóa học để chuyển đổi chúng được mô phỏng theo hành vi vận chuyển phân tử của cơ thể con người , mà chúng ta vẫn chưa hiểu hết mức độ của chúng. Ví dụ, chúng ta không biết chính xác các phân tử trong cơ thể chúng ta (như một số protein) dường như có thể thực hiện nửa tá công việc khác nhau đòi hỏi các hình dạng hoàn toàn khác nhau.
Và đôi khi, khoa học đã biến cơ thể con người thành một “cỗ máy” theo cách cản trở sự tiến triển tốt, phủ nhận sự phức tạp dẫn đến kết luận dựa trên thông tin không đầy đủ. Tế bào của chúng ta không phải là máy móc - chúng giống như những người làm việc tự do cá nhân có thể thay đổi công việc nhiều lần mỗi ngày để hỗ trợ nhiều nhiệm vụ phức tạp. Và điều này được thực hiện bởi các phân tử của chúng ta.
Sau khi xây dựng lớp màng mỏng mô phỏng sinh học và thử nghiệm khả năng vận chuyển ion của nó, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng "siêu xa lộ" ion dẫn đến tốc độ vận chuyển nhanh hơn gấp nhiều lần so với phương pháp truyền thống hơn được gọi là điện di. Cả hai đều có ứng dụng trong sản xuất và thiết kế pin lithium ion, trong đó tốc độ dòng ion ảnh hưởng đến công suất đầu ra, thời gian sạc lại và dung lượng của pin.
Thật thú vị khi xem xét cách các công tắc phân tử mô phỏng sinh học có thể dẫn ion chính xác đến nơi cần thiết theo những cách có tổ chức hơn nhiều. Hãy tưởng tượng việc đổ đầy một hàng cốc nước bằng cách đặt chúng dưới mưa bắn tung tóe, rồi tìm hiểu về vòi nước. Đôi khi, tạo ra một nút thắt cổ chai là một điều tốt.
(popularmechanics)
