Рада ухвалила закон про мобілізацію: що змінюється для українців
Долар 41.54 ₴ (+0.12), євро 44.98 ₴ (-0.05)
Кременчук: +18°C, ясно. Увечері до +12°C.
День працівників соціальної сфери. Всесвітній день сміху.
Сьогодні святкують: Максим, Віктор, Тамара
Овен: Хороший день для нових починань. Зірки сприяють ініціативі.
2004 — Кіпр, Чехія та 8 інших країн вступили до Євросоюзу
Паливо знову подорожчало: А-95 переступив психологічну межу
Apple iPhone 17 Air: все що відомо про найтоншу модель
MIT представив фізичну модель, що прогнозує швидкість перенесення протонів у металевих оксидах. Дослідники виділили два вирішальні чинники та відкрили орієнтири для матеріалів з нижчими втратами енергії.
Як змусити протони рухатися швидше при нижчих температурах – питання, від якого залежить ефективність паливних елементів, електролізерів і майбутніх протонних батарей. Команда MIT запропонувала відповідь: вони побудували фізичну модель, що прогнозує протонну провідність у широкому спектрі металевих оксидів. У фокусі – не лише хімсклад, а й динаміка ґратки: дослідники вперше кількісно показали, як гнучкість підгратки оксид‑іонів пришвидшує перенесення протонів. Це дає чіткі інженерні орієнтири для створення матеріалів, які працюватимуть ефективно вже за помірних і навіть кімнатних температур.
Дослідники сформували набір із семи матеріальних характеристик, що впливають на мобільність протонів, і навчили модель оцінювати бар'єри переносу. Серед них – геометрія локального оточення, хімічні зв'язки та динаміка ґратки. Вперше запроваджено кількісну метрику O…O fluctuation, яка відображає зміну відстаней між оксид‑іонами (киснем) за рахунок теплових коливань. Модель показала: найвагоміші предиктори – довжина водневого зв'язку та гнучкість оксид‑іонної підгратки. Чим коротший H‑зв'язок і чим більш податливі ланцюги оксид‑іонів, тим нижчі енергетичні бар'єри для переносу протона.
"If you understand the mechanism of a process and what material traits govern that mechanism, then you can tune those traits to improve the speed of that process — in this case, proton conduction," — Bilge Yildiz.
Сьогодні деякі металеві оксиди проводять протони переважно при температурах понад 400 градусів Цельсія, що стримує застосування в енергетиці з високою ефективністю. Нова модель допомагає визначити, які структурні та динамічні риси слід "налаштовувати", аби отримати провідники, здатні працювати за нижчих температур. Це критично для:
Протон – це позитивно заряджене ядро водню без власних електронів. У металевих оксидах він "вбудовується" в електронні хмари оксиду, утворює ковалентний зв'язок H–O, а далі переходить до сусіднього іона кисню через водневий зв'язок. Після кожного переходу ковалентний зв'язок повертається, аби уникнути повернення протона назад. Саме тому динамічна гнучкість ланцюжків оксид‑іонів виявляється такою важливою – вона полегшує і стрибок, і подальший поворот зв'язку.
Роботу виконала команда Massachusetts Institute of Technology за участі Bilge Yildiz (Departments of Nuclear Science and Engineering; Materials Science and Engineering), першої авторки Heejung W. Chung, Pjotrs Žguns та Ju Li. Дослідження підтримано U.S. Department of Energy (Energy Frontier Center – Hydrogen in Energy and Information Sciences) і National Science Foundation (Graduate Research Fellowship Program).
Автори обережні з узагальненнями, однак підкреслюють: досліджувані "локальні хімії та структури" достатньо різноманітні, аби зробити висновки, корисні для ширшого класу неорганічних протонних провідників. Модель можна застосувати для скринінгу баз даних матеріалів та пошуку сполук із оптимальними параметрами, а також для генерації нових композицій, у яких гнучкість оксид‑іонної підгратки буде "вбудованою" властивістю.
"There are very large materials databases generated recently in the field, for example those by Google and Microsoft, that could be screened for these relations we've found," — Bilge Yildiz.
Наступний виклик – отримати перколюючі та більш гнучкі оксид‑іонні підгратки за рахунок правильно підібраних складу та структури. Команда зазначає, що поєднання фізично обґрунтованих метрик (як‑от O…O fluctuation) із генеративним ШІ здатне прискорити відкриття сполук, які забезпечать стабільну протонну провідність за кімнатної температури.
Новий підхід від MIT перетворює складну задачу "знайди ідеальний провідник" на набір чітких параметрів, якими можна керувати. Для читача це означає швидший рух до чистішої енергетики та енергоефективних обчислень: від більш доступного "зеленого" водню до "мозкоподібних" пристроїв, що споживають мізер енергії.
Без спаму. Лише топ-матеріали Gosta. Відписатись в один клік.