分子模擬和超級計(jì)算為節(jié)能生物材料帶來啟示 研究人員使聲波只向一個方向傳播對電磁波技術(shù)有影響 抗體樣分子有望用于廣譜瘧疾治療 RNA 治療有望增強(qiáng)記憶力并減輕焦慮 新研究揭示大腦中引發(fā)自發(fā)行為的信號 研究報告稱使用鹽皮質(zhì)激素受體拮抗劑可改善不同類型的心力衰竭的療效 人工智能驅(qū)動的工具可以改善重癥監(jiān)護(hù)患者的腦壓監(jiān)測 研究人員討論為什么孩子們比以往任何時候都更焦慮 創(chuàng)新計(jì)算方法產(chǎn)生新的癌癥靶點(diǎn) 腦部掃描顯示 正念冥想對緩解疼痛并非安慰劑 研究人員開發(fā)出檢測多巴胺的快速測試 自身免疫性疾病研究人員發(fā)現(xiàn)免疫細(xì)胞因疲憊狀態(tài)而逃避治療 研究表明鹽水滴鼻劑可使幼兒感冒持續(xù)時間縮短兩天 什么人不適合吃阿膠固元膏(什么人不適合吃阿膠) 干檸檬泡水喝有什么好處?(干檸檬泡水喝有什么好處) 嗜酸性粒細(xì)胞百分比偏高是什么原因(嗜酸性粒細(xì)胞百分比偏高是怎么回事) 排卵期與排卵日的區(qū)別(排卵期和排卵日有啥區(qū)別) 胸廓出口綜合癥嚴(yán)重嗎(胸廓出口綜合征嚴(yán)重嗎) 骨穿有多痛(骨穿有多疼) 女性梅毒初期癥狀有哪些(女性梅毒初期癥狀) 吃辣牙齦腫痛怎么快速消腫(牙齦腫痛怎么快速消腫) 喝酒想吐怎么辦喝酒吐了(喝酒想吐怎么辦) 肝血管瘤吃什么中藥有調(diào)節(jié)作用?(肝血管瘤吃什么中藥) 一日三餐怎么吃才能瘦(一天只吃一頓飯會瘦嗎) 蛇咬傷的癥狀表現(xiàn)(蛇咬傷會有哪些癥狀表現(xiàn)) 首次夏爾西里全面系統(tǒng)科學(xué)考察完成 超越傳統(tǒng)病理學(xué) 無標(biāo)記組織學(xué)與人工智能相結(jié)合 利用新的細(xì)胞靶點(diǎn)打破肥胖與心房顫動之間的聯(lián)系 晚期腎癌和膀胱癌的治療存在巨大差異 小膠質(zhì)細(xì)胞對高鈉血癥的反應(yīng):對大腦健康的新見解 基因篩查可提高先天性心臟病的檢測率 研究表明糖尿病藥物可以降低癡呆癥風(fēng)險 輔助靜脈注射阿加曲班和依替巴肽均不能顯著改善缺血性中風(fēng)的結(jié)果 精是黃色的是怎么回事(精子黃怎么回事) 研究發(fā)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染與死亡風(fēng)險增加有關(guān) 剛懷孕同房了怎么補(bǔ)救(剛懷孕同房了怎么辦) 突然右腿發(fā)軟無力是怎么回事(右腿發(fā)軟無力是怎么回事) 吃什么補(bǔ)腎效果最快女性(吃什么補(bǔ)腎效果最快) 請問陰囊潮濕是怎么回事(陰囊潮濕是怎么回事) 肛門癢怎么回事女性(屁股癢怎么回事) 兩個月寶寶打了脊灰疫苗的不良反應(yīng)(脊灰疫苗的不良反應(yīng)) 什么是視網(wǎng)膜靜脈阻塞手術(shù)(什么是視網(wǎng)膜靜脈阻塞) 研究人員提倡采用組織工程方法緩解關(guān)節(jié)炎 老是打嗝啥原因引起的(老是打嗝有哪些原因) 卵巢癌晚期能活多久已經(jīng)擴(kuò)散(卵巢癌晚期可以活多久) 老公沒有射進(jìn)去會懷孕嗎(進(jìn)去但沒射會不會懷孕) 新研究發(fā)現(xiàn)胰島素和二甲雙胍組合有助于糖尿病足潰瘍愈合 扁桃體化膿一般吃什么藥(扁桃體化膿了局部可以用什么藥) 早餐牛奶和雞蛋能不能一起吃(早餐牛奶和雞蛋能一起吃嗎)
您的位置:首頁 >行業(yè)動態(tài) >

分子模擬和超級計(jì)算為節(jié)能生物材料帶來啟示

導(dǎo)讀 美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)確定并成功演示了一種處理植物基材料納米纖維素的新方法,這種方法可將能源需求降低 21%。...

美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)確定并成功演示了一種處理植物基材料納米纖維素的新方法,這種方法可將能源需求降低 21%。該方法是使用實(shí)??驗(yàn)室超級計(jì)算機(jī)上的分子模擬發(fā)現(xiàn)的,隨后進(jìn)行了試點(diǎn)測試和分析。

該方法利用氫氧化鈉和尿素在水中的溶劑,可以顯著降低納米纖維素纖維的生產(chǎn)成本。納米纖維素纖維是一種堅(jiān)固、輕質(zhì)的生物材料,非常適合用作 3D 打印結(jié)構(gòu)(如可持續(xù)住房和車輛組件)的復(fù)合材料。該研究結(jié)果支持發(fā)展循環(huán)生物經(jīng)濟(jì),其中可再生、可生物降解的材料取代石油基資源,從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)脫碳并減少浪費(fèi)。

ORNL、田納西大學(xué)諾克斯維爾分校和緬因大學(xué)工藝開發(fā)中心的同事們合作開展了該項(xiàng)目,旨在尋找一種更高效的方法來生產(chǎn)一種非常理想的材料。納米纖維素是一種天然聚合物纖維素,存在于植物細(xì)胞壁中,其強(qiáng)度是鋼的八倍。

科學(xué)家們追求更有效的原纖化:將纖維素分離成納米原纖維的過程,傳統(tǒng)上是一種在水性紙漿懸浮液中進(jìn)行的能量密集型、高壓機(jī)械過程。

研究人員測試了八種候選溶劑,以確定哪種溶劑對纖維素的預(yù)處理效果更好。他們使用計(jì)算機(jī)模型模擬溶劑和纖維素中原子和分子在移動和相互作用時的行為。

該方法模擬了大約 600 萬個原子,使科學(xué)家無需在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行初始的、耗時的體力工作即可了解復(fù)雜的過程。

UT-ORNL 分子生物物理中心 (CMB) 和 ORNL 化學(xué)科學(xué)部的研究人員開發(fā)的模擬是在 Frontier 百億億次計(jì)算系統(tǒng)上運(yùn)行的,該系統(tǒng)是世界上最快的開放科學(xué)超級計(jì)算機(jī)。Frontier 是橡樹嶺領(lǐng)導(dǎo)計(jì)算設(shè)施的一部分,該設(shè)施是 ORNL 的 DOE 科學(xué)辦公室用戶設(shè)施。

“這些模擬觀察了每一個原子以及它們之間的作用力,不僅可以詳細(xì)了解某個過程是否有效,還可以了解它為什么有效,”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、CMB 主任兼 UT-ORNL 主席杰里米·史密斯 (Jeremy Smith) 說。

一旦確定了最佳候選方案,科學(xué)家們便進(jìn)行了中試規(guī)模的實(shí)驗(yàn),結(jié)果證實(shí)與單獨(dú)使用水相比,溶劑預(yù)處理可節(jié)省 21% 的能源,正如《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表的一篇文章所述。

研究人員估計(jì),使用這種成功的溶劑,每噸纖維素納米纖維(CNF)可節(jié)省約 777 千瓦時的電力,這大致相當(dāng)于一戶人家一年的用電量。納米相材料科學(xué)中心(位于 ORNL 的美國能源部科學(xué)辦公室用戶設(shè)施)對由此產(chǎn)生的纖維進(jìn)行了測試,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與傳統(tǒng)生產(chǎn)的 CNF 相比,這種纖維的機(jī)械強(qiáng)度和其他理想特性相似。

ORNL 碳和復(fù)合材料小組的 Monojoy Goswami 表示:“我們重點(diǎn)關(guān)注分離和干燥過程,因?yàn)檫@是制造納米纖維素纖維過程中耗能最高的階段。利用這些分子動力學(xué)模擬和 Frontier 的高性能計(jì)算,我們能夠快速完成可能需要數(shù)年反復(fù)試驗(yàn)才能完成的工作。”

正確的材料組合、制造

ORNL可持續(xù)制造技術(shù)小組負(fù)責(zé)人Soydan Ozcan 表示:“當(dāng)我們將ORNL的計(jì)算、材料科學(xué)和制造專業(yè)知識以及納米科學(xué)工具與緬因大學(xué)的林業(yè)產(chǎn)品知識結(jié)合起來時,我們可以從科學(xué)中消除一些猜測,并開發(fā)出更有針對性的實(shí)驗(yàn)解決方案。”

該項(xiàng)目得到了美國能源部能源效率和可再生能源辦公室先進(jìn)材料和制造技術(shù)辦公室 (AMMTO) 以及橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室和緬因大學(xué)合作伙伴關(guān)系(稱為“可再生技術(shù)項(xiàng)目的中心輻射可持續(xù)材料和制造聯(lián)盟”或 SM2ART)的支持。

奧茲坎表示,SM2ART 計(jì)劃專注于開發(fā)未來的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模工廠,該工廠將使用可持續(xù)的碳儲存生物材料建造從房屋、船舶、汽車到風(fēng)力渦輪機(jī)組件等清潔能源基礎(chǔ)設(shè)施等一切事物。

史密斯說:“為 3D 打印機(jī)制造堅(jiān)固、實(shí)惠、碳中性的材料,使我們在解決住房短缺等問題上具有優(yōu)勢。”

使用傳統(tǒng)方法建造房屋通常需要六個月左右的時間。但科學(xué)家們補(bǔ)充說,通過正確的材料組合和增材制造,生產(chǎn)和組裝可持續(xù)的模塊化房屋組件可能只需一兩天時間。

該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)尋求更具成本效益的納米纖維素生產(chǎn)的其他途徑,包括新的干燥工藝。

預(yù)計(jì)后續(xù)研究將使用模擬技術(shù)預(yù)測納米纖維素與其他聚合物的最佳組合,以制造用于先進(jìn)制造系統(tǒng)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,例如正在美國能源部位于 ORNL 的制造示范設(shè)施(MDF)開發(fā)和完善的系統(tǒng)。

MDF 由 AMMTO 提供支持,是一個全國性的合作者聯(lián)盟,與 ORNL 合作創(chuàng)新、啟發(fā)和促進(jìn)美國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型。

標(biāo)簽:

免責(zé)聲明:本文由用戶上傳,如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除!

最新文章