Nanokompozyty polimerowe (polymer nanocomposites)

Nanokompozyty polimerowe w to jeden z nowszych trendów w przemyśle tworzyw sztucznych. Szacuje się, że najbardziej dynamicznie rozwijający się rynek nanomateriałów w USA osiągnie ponad 35 mld USD do roku 2025. W obszarze tym znajdą się m.in.: płatkowe ścierniwa polerskie, nośniki danych wysokiej gęstości w elektronice, udoskonalona diagnostyka dla środowiska medycznego, transparentne osłony przeciwsłoneczne, ubrania odporne na zabrudzenie, odporne na zużycie wykładziny podłóg, tańsze powłoki wyposażenia przemysłu obronnego, paliwooszczędne komponenty dla motoryzacji, lakiery odporne na zarysowania (samochodowe, podłogowe i meblowe), lepszy papier i farby dla poligrafii.

Kompozyt to tworzywo dwuskładnikowe zbudowane z matrycy (osnowy) i napełniacza (dodatku). Stanowi kombinację najlepszych parametrów każdego ze składników. Nanokompozyty są to takie kompozyty, w których choć jeden składnik ma wymiary na poziomie nanometrów. Dla lepszego wyobrażenia:
1 milimetr (mm) = 10^-3m, 1 mikrometr (μm) = 10^-6m, 1 nanometr (nm) = 10^-9m czyli 0,000 000 001 m.

Ze względu na rodzaj matrycy wyróżniamy 3 rodzaje nanokompozytów:

- metaliczne (Metal Matrix Composites),

- ceramiczne(Ceramic Matrix Composites),

- polimerowe (Polymer Matrix Composites).

Nanokompozyty polimerowe otrzymywane są w wyniku modyfikacji tradycyjnych tworzyw sztucznych poprzez zdyspergowanie w matrycy polimerowej napełniaczy rozdrobnionych do wymiarów nanometrów (z reguły od 1 do 100 nanometrów). Niewielkie napełnienie w zasadniczy sposób poprawia szereg właściwości wyjściowego polimeru. Wytwarzanie nanokompozytów polimerowych jest możliwe zarówno przy użyciu polimerów termoplastycznych, jak i termoutwardzalnych, a także elastomerów. Do najczęściej stosowanych nanonapełniaczy należą:

- montmorylonit (MMT) czyli glinokrzemian (tzw. nanoglinka bentonitowa),

- fulereny, nanorurki węglowe czyli odmiany alotropowe węgla

- krzemionki,

- kreda, grafit,

- metale i ich związki.

Zalety nanokompozytów polimerowych to m.in. zwiększona sztywność bez utraty udarności, stabilność wymiarowa, poprawa efektu barierowego, zwiększona stabilność termiczna i odporność na działanie ognia, dobre właściwości optyczne, ograniczenie defektów powierzchniowych wyrobów, a także podwyższona lepkość i stopień krystalizacji w stosunku do polimeru wyjściowego.

W Europie ok. 37 % ilości tworzyw sztucznych zużywa się do produkcji opakowań. Nanokompozyty wykonuje się głównie z polietylenu PE, polipropylenu PP, poliamidu PA oraz innych tworzyw, takich jak polistyren PS, politereftalan etylenowy PET, kopolimer EVA (etylen/octan winylu), polimetakrylan metylu PMMA i poliwęglan PC. Największe zapotrzebowanie przewidywane jest dla tych na bazie poliolefin, zwłaszcza polipropylenu. Rodzaj napełniacza dobiera się w zależności od oczekiwanych zmian właściwości.

Nanokompozyty polimerowe z nanorurkami węglowymi (ang. carbon nanotubes, CNT) to idealne tworzywo jeśli wymagana jest wysoka czystość (np. CNT z PC w napędach dyskowych), elementy antystatyczne w motoryzacji (zbiorniki paliwowe i elementy układu paliwowego w postaci obudowy filtrów czy modułów pomp), barierowość ograniczająca emisję z układów paliwowych (CNT na bazie PA 12). Zastosowanie przewodzących tworzyw umożliwia elektrostatyczne lakierowanie wielu elementów samochodowych jak: zderzaki, błotniki, kołpaki, obudowy lusterek, uchwyty drzwiowe, czy inne elementy wnętrza, bez konieczności stosowania przewodzących, podkładowych warstw „primerów”.

Z kolei nanowłókna mogą mieć w przyszłości wiele zastosowań m.in. w technice, inżynierii materiałowej, jak również w medycynie. Wiele ośrodków badawczych prowadzi intensywne badania nad wykorzystaniem ich w leczeniu tkanek miękkich, jako nośników leków lub materiałów opatrunkowych czy podłoży dla inżynierii tkankowej. W tym zakresie obiecujące są projekty badawcze prowadzone w Instytucie Polimerów Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego:
projekty, wywiad, baza technologii.

Artykuł powstał na podstawie poniższych materiałów:

1)Nanokompozyty polimerowe, Michał Kacperski

2)Nanokompozyty polimerowe z nanorurkamii i nanowłóknami węglowymi, Leszek Piecyk

3)Nanokompozyty i nanotechnologie polimerowe

4)Nanokompozyty termoplastyczne, Leszek Piecyk

5)Nanotechnologia i nanomateriały, Bolesław Jurkowski

6)Nanokompozyty polimerowe - rola nanododatków, Magdalena Olejnik

7)Nanokrzemionki sferyczne do zastosowań hi-tech 

Telewizja satelitarna dla początkujących

Do odbioru kanałów telewizji satelitarnej (w skrócie TV sat) potrzebny jest tuner (odbiornik), czasza antenowa (tzw. talerz, najlepiej o średnicy 90 cm), konwerter (mocowany przed czaszą), kabel antenowy, dwie złączki typu F (montowane na obydwu końcówkach kabla antenowego) oraz ewentualnie uchwyt do montażu anteny. Powyższe elementy można kupić także w zestawie.

Odbiór programów 
Standardowo tuner odbiera kanały z satelity Hot Bird i/lub Astra. Bez opłaconego abonamentu u jednego z operatorów platform cyfrowych tj. CANAL+, Cyfrowy Polsat, TNK w tunerze dostępne będą kanały telewizyjne i radiowe FTA (Free To Air czyli darmowe). Obecnie z satelity Hot Bird 13'E można odbierać następujące darmowe programy polskojęzyczne: TVP INFO, 4FUN TV, MUSIC BOX POLSKA, 4FUN DANCE, GOLD TV, NUTA TV, POWER TV, ESKA TV EXTRA, STARS TV, POLO TV, TELE 5, POLONIA 1, TVP POLONIA, TVS, TVC, TBN POLAND, TV OKAZJE, ANTENA oraz z polskimi napisami: TV5 MONDE EUROPE (obecnie napisy niedostępne). Natomiast z satelity Astra 19.2'E można odbierać TV TRWAM. 

Uniwersalny konwerter satelitarny (Universal LNB) pozwala na odbiór sygnału z jednego satelity na jednym odbiorniku. W celu odbioru transmisji z dwóch satelitów np. Hot Bird i Astra (bez montowania obrotnicy) należy zastosować konwerter typu Monoblock single zamiast konwertera uniwersalnego. Ten sam efekt można uzyskać za pomocą układu tzw. "zeza" i co najważniejsze, nie trzeba ograniczać się do dwóch satelitów. Natomiast odbiór programów z jednej anteny satelitarnej na dwóch tunerach uzyskujemy montując konwerter typu twin. Analogicznie do odbioru sygnału z dwóch satelitów na dwóch odbiornikach stosujemy konwerter typu Monoblock twin. Można również rozważyć zakup obrotnicy, która pozwala na odbiór sygnału z wielu satelitów. Wiąże się to również zakupem większej czaszy antenowej. 

Montaż i ustawienie anteny 
Po podłączeniu zestawu do telewizora należy ukierunkować antenę na wybranego satelitę (np. przy użyciu kompasu lub zerkając na ustawienie anten w sąsiedztwie). Następnie regulujemy śrubami polaryzację poziomą (H) i pionową (V) tj. od słów horizontal i vertical. Do pomiaru jakości i siły cyfrowego sygnału stosujemy odpowiedni miernik. W przypadku, gdy jest on niedostępny można ukierunkować antenę wybierając w menu tunera opcję siła/moc sygnału. Wówczas jedna osoba ustawia i przykręca antenę, a druga obserwuje na ekranie telewizora wskazania siły i jakości sygnału, aż do uzyskania zadowalających rezultatów. Gdy mamy już poprawny sygnał przystępujemy do przeszukania transponderów na wybranym satelicie (np. Hot Bird). Dokonujemy tego wybierając z menu odbiornika skanowanie automatyczne.

Tunery zakupione od operatorów platform cyfrowych posiadają zaprogramowane fabrycznie listy kanałów, które można aktualizować co jakiś czas wybierając opcję skanowania automatycznego. W niektórych typach odbiorników zakupionych u powyższych operatorów mogą występować ograniczenia przeszukiwania transponderów tylko do zaprogramowanej listy kanałów. Można to zmienić wybierając w menu skanowanie wszystkich kanałów. Szczegóły znajdziemy w instrukcji odbiornika.

Transponder jest podstawowym elementem satelity telekomunikacyjnego. Na jednym satelicie montuje się zazwyczaj od 20 do 100 transponderów, a zastosowanie cyfrowej kompresji danych umożliwia przesłanie przez jeden transponder kilku kanałów telewizyjnych, wielu programów radiowych oraz dodatkowych usług na jednej fali nośnej. Telewizyjne programy satelitarne dla Europy są nadawane w zakresie częstotliwości od 10,95GHz do 11,70GHz – zwanym Q-Band. źródło

Na rynku polskim znajdziemy całą gamę odbiorników satelitarnych. Najogólniej można zastosować następujący podział:

- tunery SD (Standard Definition - standardowa rozdzielczość)

- tunery HD (High Definition - wysoka rozdzielczość)

- tunery combo (odbiornik naziemnej telewizji cyfrowej tzw. DVB-T i satelitarnej).

Obecnie stosowane formaty kompresji cyfrowych sygnałów telewizyjnych to MPEG-2 i MPEG-4. Prawie wszystkie dostępne na rynku tunery TV sat posiadają możliwość odbioru obydwu formatów. Jednakże należy zauważyć, że starsze tunery do odbioru naziemnej telewizji cyfrowej (NTC) odbierały tylko format MPEG-2 (szczególnie te kupione na zachodzie oraz odbiorniki będące integralną częścią starszych telewizorów LCD i plazmowych). Natomiast obowiązujący format dla nadawców NTC w naszym kraju to MPEG-4.
Odbiorniki satelitarne posiadają wbudowane gniazda do umieszczenia karty. Np. oznaczenie CA oznacza czytnik kart chipowych, CI - gniazdo na kartę umieszczoną w dodatkowej kieszeni (tzw. moduł CAM od Conditional Access Module). Wybrane systemy kodowania sygnału satelitarnego to: Nagra (Cyfrowy Polsat), Seca (CANAL+), Conax (n, TNK).

Szczegóły techniczne odbiorników i inne przydatne informacje znajdziemy m.in. na poniżej wymienionych  witrynach internetowych.

Oznaczenia
DVB-S - Digital Video Broadcasting-Satelite (satelitarna telewizja cyfrowa),
przydatne linki: dipol hollex satkurier
DVB-T - Digital Video Broadcasting-Terrestial (naziemna telewizja cyfrowa).

przydatne linki: polska cyfrowa ntvc telewizja-cyfrowa emitel

W przypadku braku wiary w umiejętność samodzielnej instalacji TV sat należy skontaktować się z firmą zajmującą się montażem zestawów satelitarnych.

[aktualizacja artykułu w dniu 16.02.2022]

Polimerowe ogniwa fotowoltaiczne (power plastics)

Prace badawcze nad otrzymaniem polimerów elektroprzewodzących spowodowały stopniowy wzrost zainteresowania materiałami polimerowymi i ich zastosowaniem w bateriach słonecznych.

Fotowoltaika jest dziedziną zajmującą się wytwarzaniem energii elektrycznej z odnawialnego źródła jakim jest Słońce. Ogniwa fotowoltaiczne wykorzystują efekt fotoelektryczny wewnętrzny do generacji energii elektrycznej prądu stałego. Efekt ten polega na podwyższeniu poziomu energetycznego elektronu po przechwyceniu kwantu światła. Najprostsze ogniwo fotowoltaiczne zbudowane jest z warstwy półprzewodnika, katody, anody i podłoża.

Ogólnie można wyróżnić następujące typy fotoogniw:

- zbudowane na podłożu krzemowym (I generacja)

- zbudowane na podłożu z arsenku galu (II generacja),

- zbudowane na podłożu polimerowym (III generacja).

Natomiast hierarchię fotoogniw można przestawić natępująco:

ogniwo -> bateria -> panel słoneczny.

Głównymi dziedzinami zastosowań fotoogniw są:

- układy zasilające obiekty komunalne i mieszkalnictwo;

- zasilanie urządzeń elektronicznych w telekomunikacji i transporcie itd.;

- zasilanie układów pomiarowych;

- elektrownie fotowoltaiczne;

- technologie wojskowe i kosmiczne.

laptop zasilany fotoogniwami

Podczas badań nad polimerami przewodzącymi odkryto ich dodatkowe właściwości elektrooptyczne, między innymi właściwości elektrochromowe, sensorowe, elektroluminescencyjne i fotowoltaiczne. Obecnie konstruowane są już miniaturowe diody fotowoltaiczne, diody elektroluminescencyjne (LED), polimerowe lasery, a także wykorzystuje się właściwości przewodzące polimerów w układach MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems).

Główną zaletą nowej technologii ogniw słonecznych opartych na polimerach przewodzących jest ich prosta produkcja, a co za tym idzie niska cena w przeliczeniu na jednostkę prądu. Umożliwiają one zbudowanie ogniw słonecznych o bardzo małej grubości (materiałem nośnym może być cienka folia).

fotoogniwo na podłożu polimerowym

Ostatnie badania w dziedzinie polimerów przewodzących wskazują na szybki rozwój wysokoefektywnych baterii fotowoltaicznych. W związku, z tym prace wielu naukowców zmierzają w kierunku osiągnięcia jak największej efektywności w bateriach fotowoltaicznych na bazie polimerów przewodzących.

Mimo wielu utrudnień techniczno-procesowych specjaliści czołowych krajów wszystkich kontynentów, zajmujących się wytwórczością ogniw fotowoltaicznych są przekonani, że branża nanomateriałów odniesie niebawem sukces technologiczny i „trzecia generacja” baterii słonecznych przyśpieszy rozwój wytwórczości energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. W tej dziedzinie nasz kraj odstaje od innych krajów w Unii Europejskiej, a mamy niemałe możliwości techniczne do podjęcia wytwórczości oraz montażu baterii fotowoltaicznych na całym obszarze Polski.

artykuł powstał na podstawie poniższych materiałów:
[1] - Synteza optycznie aktywnych polimerów karbazolowych, Michał Pajda
[2] - Trzecia generacja baterii słonecznych dzięki nanobranży, Włodzimierz Kotowski
[3] - Badanie elektrowni słonecznej - Instrukcja do ćw.,  Instytut Elektroenergetyki PW
[4] - Instalacje fotowoltaiczne, Ryszard Tytko
[5] - Fotowoltaika - wykład, Wydział Elektryczny PB

Bezprzewodowy przesył energii (Wireless power transmission)

Rozwój nowych technologii przesyłu informacji takich jak GSM, IrDA, Bluetooth, Wi-Fi umożliwiających bezprzewodowe sterowanie różnego rodzaju urządzeniami, wywiera nacisk na udoskonalanie i opracowywanie nowych technologii bezprzewodowego przesyłu energii. Technologie bezstykowego zasilania CPS (ang. Contactless Power Transmission), nie tylko podnoszą funkcjonalność, wygodę zasilania i mobilność użytkowania pracujących urządzeń, lecz w niektórych rozwiązaniach mogą okazać się niezastąpione.

Chociaż jesteśmy przyzwyczajeni do bezprzewodowej telefonii komórkowej czy też  bezprzewodowego internetu, to jednak do tej pory wszystkie urządzenia, nawet te najmniejsze używane codziennie wymagały użycia baterii, akumulatorów i w konsekwencji ładowarek oraz zasilaczy, dla których nieodłącznym atrybutem jest plątanina kabli. [1]

Profesor Marin Soljacic z MIT w Cambridge (Massachusets Institute of Technology) wykorzystując zjawisko rezonansu,  opracował urządzenie pozwalające przesyłać energię elektryczną w bezpieczny sposób bez użycia kabli. Jego nadajnik wysyła promieniowanie tylko wtedy kiedy w pobliżu znajduje się odbiornik sprzężony rezonansowo. Nie ma mowy o traceniu energii podczas wysyłania promieniowania przez antenę czy też utraty energii w rozchodzeniu się fal w przestrzeni. Urządzenie działa tylko wtedy, kiedy następuje największe rezonansowe sprzężenie pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. [2]

Polscy naukowcy nie pozostają w tyle. Intensywne prace badawcze nad technologią bezprzewodowego przesyłu energii elektrycznej i zasilania nią urządzeń prowadzą m.in. dr inż. Artur J. Moradewicz z Zakładu Elektrycznych Napędów Obrabiarkowych Instytutu Elektrotechniki oraz dr inż. Sławomir Judek z Katedry Inżynierii Elektrycznej Transportu Politechniki Gdańskiej. Częstotliwości pracy takich układów sięgają od kilkuset kHz do pojedynczych MHz.

Nad bezprzewodowym przekazywaniem energii pracował Nikola Tesla już pod koniec XIX wieku.

Tesla demonstruje bezprzewodową transmisję energii, marzec 1889

(źródło "Tesla inwentor XXI wieku")

Zainteresowanym tym tematem polecam także [referat] "Analiza systemu przekazywania energii elektrycznej na drodze indukcyjnej przy dużej szczelinie powietrznej i wysokiej czestotliwości" (Analysis of contactless electrical energy transfer system via inductive coupling with large airgap and high frequency); Sławomir Judek, Krzysztof Karwowski; Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Czasopismo Techniczne E (1-E/2007).

Materiały źródłowe:

[1] "Systemy bezstykowego zasilania komputerów przenośnych" (Contactless power supply systems for notebooks); Artur Moradewicz, Rafał Miśkiewicz; Prace Instytutu Elektrotechniki, zeszyt 236, 2008.
[2]  "Zasilanie elektryczne bez przewodów" www.eioba.pl

zobacz także "Prąd bez kabli coraz bliżej"

                      Bezprzewodowe przesyłanie prądu

Energetyczny Przetwornik Akumulacyjno - Rozpraszający (EPAR)

EPAR to rewolucyjne urządzenia zabezpieczające wszelkie obiekty fizyczne przed skutkami zderzeń. Oparte jest na metodzie pochłaniania energii kinetycznej ruchu postępowego (np. na energię kinetyczną ruchu obrotowego). Energia obiektu uczestniczącego w zderzeniu , zamiast zmienić się na pracę niszczącą obiekt, przekazana zostaje do mechanicznych akumulatorów. Dzięki zastosowaniu EPAR skutki uderzenia zostają zredukowane w ponad 90%.

Prowadzone od tamtego czasu badania naukowe na AGH w Krakowie oraz prace badawcze potwierdziły genialność wynalazku i możliwości szerokiego zastosowania wynalazku (przemysł drogowy, kolejowy, morski, lotniczy a także przestrzeń kosmiczna). Uwieńczeniem ponad dziesięcioletnich prac jest złoty medal i szereg wyróżnień na 38 Międzynarodowej Wystawie „INVENTIONS GENEVA” w 2010 r. dla urządzenia EPAR.

Poprawa bezpieczeństwa komunikacyjnego związanego z ochroną zdrowia i życia ludzkiego stanowi na obecnym etapie rozwoju cywilizacyjnego zagadnienie dotykające ogółu społeczeństwa krajów rozwiniętych, silnie uzależnionych od swobodnego transportu osób i towarów. O randze problemu oraz skali wszechobecnego zagrożenia świadczy stale rosnąca liczba ofiar wypadków  komunikacyjnych i powiązanych z tym strat materialnych.

Podejmowane dotychczas próby zwiększenia poziomu bezpieczeństwa podróżnych związane ze zmianami  konstrukcyjnymi pojazdów mechanicznych okazują się niewystarczające w kontekście nieustanego wzrostu zabitych i rannych w następstwie wypadków.  W związku z zaistniałą potrzebą radykalnego zwiększenia ochrony przed skutkami kolizji w całym sektorze transportu utworzone zostało Centrum Badawczo Rozwojowe EPAR którego misją jest opracowanie oraz wdrożenie rozwiązań technicznych chroniących pasażerów przed obrażeniami i śmiercią w wyniku wypadków. Realizowanie założonego celu obejmuje prowadzenie badań naukowych oraz prac rozwojowych nad technicznymi koncepcjami zabezpieczeń pojazdów, opierającymi swoje działanie na konwersji energii kinetycznej pojazdów i jej rozproszeniu.

Jednym z najważniejszych innowacyjnych rozwiązań nad którymi trwają finalne prace rozwojowe jest konwerter energii kinetycznej szerzej znany jako "zderzak Łągiewki" lub "bezpieczny zderzak" autorstwa uznanego polskiego wynalazcy Lucjana Łągiewka. Należy zaznaczyć, iż jest to tylko jeden z wielu projektów realizowanych w ramach badań Centrum Badawczo Rozwojowego EPAR związanych z pochłanianiem oraz konwersją energii kinetycznej. Innymi rozwiązaniami z tej grupy są: układy dynamicznej amortyzacji, systemy hamulców dynamicznych, zespoły przekazywania energii kinetycznej oraz urządzenia oparte na energetycznym przetworniku akumulacyjno rozpraszającym (w skrócie EPAR), którego mechanizm działania stanowi podstawę znacznej części opracowywanych prototypów.

Prototyp bariery drogowej z technologią EPAR 

podczas XVIII Giełdy Polskich Wynalazków 

w Muzeum Techniki NOT w PKiN w Warszawie, 12.03.2011

Artykuł jest kompilacją informacji ze strony: http://www.epar.pl/

aktualizacja 15.10.2011 Pochłaniacz energii znajdzie zastosowanie, źródło: "Wiadomości"