Молекулярные сита: пример нанотехнологических исследований

Точная манипуляции вещества на нанометровом масштабе не является новой цели, и в последние годы исследований нанотехнологий усилилось. Однако, для инженеров-химиков и химиков, специализирующихся в области цеолитов и молекулярных сит, эра нанотехнологии (хотя конкретно не называется это) существует уже несколько десятилетий. Действительно, на основе прошлого и достижения последних лет, можно утверждать, что области средств массовой информации и нанопористых молекулярных сит обеспечивает парадигмы для подражания в новых областях нанотехнологий, предполагает Михаил Tsapatsis, профессор химической инженерии в Univ. Массачусетс (Амхерст). Но, добавляет он, как ни парадоксально это может показаться, устойчивый интерес исследования в области становится все труднее. Тем не менее, он предлагает несколько примеров награждения научных исследований химической технологии в области нанопористых материалов.

Он и Стивен Kuznicki из Энглхард корпорации продемонстрировали титана силикатных молекулярное сито (известный как ETS-4) с гибкой структуры, которые можно модифицировать для доработки адсорбционных свойств материала (КЭП, октябрь 2001, с. 15-16 ). Существует академические заинтересованы в развитии возможностей по прогнозированию и гибкость модели рамках и с позиций применяется, существует возможность использовать знания о ETS-4 синтезировать или обнаружения других гибких рамок, которые могут настраиваться конкретных приложений коммерческого значения, он указывает.

Хотя идея молекулярное сито мембраны возвращается к истокам цеолита и мембранной науки, потребовались десятилетия, прежде чем они стали товарной реальности. И многие проблемы остаются для этой технологии, которые будут использоваться в полную силу, отмечает Tsapatsi. Например, главным преимуществом цеолитных мембран subnanometer точность пористой структуры архитектур предоставляемый кристаллической природе этих материалов. Тем не менее, кристалличности также создает огромные трудности при попытке подготовить непрерывного поликристаллических цеолита фильмы, объясняет он. Повышенное внимание должно быть направлено на контроль молекулярного сита и форма кристалла на нанометровом уровне, и к выявлению, изоляции, очистки и использования в схемах осаждения зарождения и роста прекурсоров наноструктур, он предлагает.

Tsapatsi предсказывает, что это уникальная возможность для молекулярного сита внести свой вклад в нанотехнологии потребностей является их использование в таких устройствах, как датчики, термоэлектричество и сверхпроводников. Оценка молекулярное сито материалов в качестве кандидатов на устройства приложения требует сочетания химических техническими знаниями, имеющие опыт в области физики наноструктурированных устройств для прогнозирования и оценки соответствующих свойств.

Tsapatsis обсуждает эту тему более подробно в апрельском номере журнала Айше.

Понимание механизмов растворения фоторезиста

Инженеры-химики в Univ. Миннесоты (Миннеаполис) создали всеобъемлющую физическую картину описания распада широкого спектра материалов, в том числе novolak - основанный фоторезистов. (Novolak является термопластичных фенолформальдегидных.) Модель относится к распаду в водных базы как малых молекул и полимеров, которые могут ионизировать, и она может быть распространена на другие типы роспуска систем, а также отмечает Эдвард Л. Касслер, профессор химического техники и материаловедения.

В роспуск выше верхней критической температуры раствора (UCST), не может быть две фазы по настоящее время: чистого твердого вещества фазы и жидкого раствора. Ниже UCST, дополнительная фаза может оказаться между жидкого раствора и чистого растворенного вещества. Эта промежуточная вещества с богатым фазы иногда называют "слой геля" или "проникновения зоны". Таким образом, критическое поведение решение, которое тесно связано с молекулярным весом и вещества с растворителем взаимодействия, играет решающую роль в определении фаз, находящихся в процессе ликвидации.

Растворение описывается sequece шагов, в зависимости от характеристик системы, в том числе присутствующих фаз. Общая скорость растворения зависеть от того, шаги эти последовательности являются медленными и, следовательно, с ограничением скорости.

Касслер и аспирант Балаш Hunek, в настоящее время развитие сотрудник Praxair Инк, исследовали несколько комплексе случае novolak смолы, которая является предметом более ранних исследований и для которых различные теории о его расторжении существует. Их интерпретация с низким молекулярным весом novolak растворения отличаются от других исследователей. "Мы считаем, что две медленные шаги вещества освобождения из твердой фазы и диффузия dissovled видов, без образования каких-либо значительных промежуточных фаз гель", Касслер объясняет.

Эта работа рассматривается более подробно в апрельском номере журнала Айше.

Моделирование турбулентного дисперсии газа в Stirred судна

Возбужденный суда широко используются в перерабатывающей промышленности для проведения химических реакций с участием более чем одного этапа. Они, как правило, считается полезным для создания большой поверхности раздела контакта фаз, тем самым способствуя массообмена. Однако в условиях, типичных для коммерческой эксплуатации, "интенсивность" и "качество" потока, турбулентной кинетической энергии турбулентных вихрей, объемные доли фаз, концентрацией видов, и поверхностное площадь контакта никогда не равномерно распределены по всей судна, говорит Барт CH Venneker, из кафедра прикладных наук в Делфте Univ. технологии (Нидерланды). В результате, добавляет он, пространственное распределение фаз в несколько фаз реакторов, размеры пузырьков в газированной перемешивают судов, а также размеры капель взволнованно жидкостей дисперсии может быть очень неравномерно. Общий КПД реактора могут увеличиться, если в более спокойных районах перемешивают судна, межфазного массообмена может быть увеличена, считает он.

Venneker и его коллеги разработали модель, которая может быть использована для получения местного распределения пузырьков размером, и, следовательно, местные фракций газа и массообмена ставки, в газированных перемешивают судна. Модель формулируется в терминах населения балансовых уравнений (PBEs); распада и слияния пузырьков моделируется с помощью теории изотропной турбулентности. Транспортных пузырьков по всему судна моделируется с помощью масштабной однофазного потока поле, полученное вычислительной гидродинамики (CFD) моделирования.

предсказаний модели с учетом местных особенностей отложений газа сопоставимы с экспериментально полученные значения и поощрения достаточно, чтобы заключить, что использование PBEs собой перспективный метод для изучения дисперсных потоков, Venneker говорит. Главным преимуществом использования PBEs в том, что пузырь пузырь взаимодействия явно приняты во внимание. Таким образом, исследования на массообмен в дисперсных потоков может осуществляться более точно, чем с моделями, только один пузырь размера, отмечает он.

Более подробная информация об этой работе можно найти в апрельском номере журнала Айше.

Изготовление Сопла делать меньше Создает

Инженеры-химики в Пердью Univ. (Западный Лафайет, IN) разработали методику, что значительно уменьшает количество жидкости в каплях излучаемого сопла, таких, как те, которые используются в струйных принтерах и экспериментов, направленных на выявление новых лекарственных препаратов. Потому что каждая капля меньше, принтеры могли бы использовать меньше чернил и производить более качественные документы. Для других приложений, стоимость экспериментов может быть уменьшена, поскольку меньше материала будет потребляется.

Химическое машиностроение профессор Осман Басаран и докторант Элвин Chen достигли 10 раз сокращение объема жидкости в каждой капле используя те же типы сопел в настоящее время на коммерческой основе. Их метод работы путем изменения напряжения импульсов, что команда, как сопла производить каждая капля жидкости. Сопла содержать пьезокерамических элементов, перемещающихся когда электричество будет применяться к ним - положительное напряжение вызывает сопла к контракту, отрицательное напряжение делает их расширить. Как правило, каждая капля производится заказчиком сопла, что импульсы из жидкости.

Басаран и Чэнь обнаружили, что размер капель, можно значительно уменьшить, если три этапа цикла были использованы: Во-первых, сопла с целью расширения, высасывая жидкость, в него тогда, сопла сокращается. Однако, некоторые жидкости, которая всасывается в сопло в ходе предыдущего расширения придерживается стороны сопла и проводится там трения из-за вязкости жидкости. Когда насадка контрактов, жидких ближайший к сторонам сопла не двигается так быстро, как жидкость в центре города. В последнем шаге, сопла снова расширяется, заставляя жидкость центра к краям. Это формирует капли, что значительно меньше, чем открытие сопла.

Ранее ", люди могут сделать капли, которые были либо же размера, как, или гораздо больше, чем, сопла. Было очень трудно сделать капли, которые меньше сопла. Единственным способом получить меньший капель, чтобы сопла меньше и меньше, и это не просто. Это сложный производственный процесс ", Басаран объясняет. И, тем меньше сопла были склонны к засорению и взлома. 'Этот метод преодолевает барьер размер ", Басаран говорит.

Лазерный ультразвуковой датчик Упрощает процесс Бумажная

Инженеры Национальной лаборатории Лоренса Беркли (Беркли, Калифорния) разработали бесконтактный, неразрушающего лазерного ультразвукового датчика, который измеряет гибкость бумаги, как он проходит через веб производства на скорости до 65 миль / ч. Устройство было испытано в Мид бумаги Ко завода в Огайо, где он был установлен на машине, пилот бумажных покрытий, а также 6 сортов бумаги, начиная от бумаги для копирования тяжелых лайнер, были бежать через веб-печати. сигналов датчиков по-прежнему отлично, даже на бумаге со скоростью до 5000 м / мин, а также лазерный не повредить бумагу, сообщает Павел Риджуэй экологических технологий Лаборатории Беркли Div.

Обнаружения пучка от коммерчески доступных Маха - Цендера направлена быстро вращающегося зеркала. Как в зеркало спины, луч отражается в круговую диаграмму. В части каждой революции, луч соответствует статье как он перемещается по производству пояса и остается с бумаги до дуги пучка листьев плоскости газеты. Поскольку оба луча и бумаги движутся с одинаковой скоростью, обнаружение пучка остается на той же точки на бумаге на протяжении всей их кратковременном контакте.

Оптический кодировщик определяет, когда обнаружения пучка перпендикулярно бумаги, на котором регулируемым линии задержки пожаров импульсного неодимового иттрий-алюминиевого - лазера на гранате. Это мкс импульса вызывает микроскопический теплового расширения или удаление на бумаге, что слишком мала, чтобы испортить бумагу и влияют на ее впитывает чернила, но достаточно сильны, чтобы отправить ультразвуковой ударной волны через лист. Волны распространяются через бумагу, пока они не зарегистрированы обнаружения света. Поскольку лазер синхронизируется только огонь, когда обнаружения пучка перпендикулярно к работе, расстояние между точкой абляции и обнаружения точки известно, и скорость волны рассчитывается. Скорость, при которой ультразвуковых волн поездки из точки абляции через бумагу для обнаружения точки теоретически, связанных с двумя упругими свойствами, жесткость на изгиб и вне жесткость сдвига плоскости.