Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Top News

Inisiasi tetesan dan pembentukan gelembung pada permukaan sekarang dapat langsung dicitrakan, memungkinkan desain kondensor dan boiler yang lebih efisien. – ScienceDaily


Nukleasi adalah fenomena di mana-mana yang mengatur pembentukan tetesan dan gelembung dalam sistem yang digunakan untuk kondensasi, desalinasi, pemisahan air, pertumbuhan kristal, dan banyak proses industri penting lainnya. Sekarang, untuk pertama kalinya, teknik mikroskop baru yang dikembangkan di MIT dan di tempat lain memungkinkan proses tersebut diamati secara langsung secara mendetail, yang dapat memfasilitasi desain permukaan yang lebih baik dan lebih efisien untuk berbagai proses semacam itu.

Inovasi ini menggunakan peralatan mikroskop elektron pemindaian konvensional tetapi menambahkan teknik pemrosesan baru yang dapat meningkatkan sensitivitas keseluruhan sebanyak sepuluh kali lipat dan juga meningkatkan kontras dan resolusi. Dengan menggunakan pendekatan ini, para peneliti dapat secara langsung mengamati distribusi spasial situs nukleasi di permukaan dan melacak bagaimana hal itu berubah seiring waktu. Tim kemudian menggunakan informasi ini untuk mendapatkan deskripsi matematis yang tepat dari proses dan variabel yang mengendalikannya.

Teknik baru ini berpotensi diterapkan pada berbagai bidang penelitian. Ini dijelaskan hari ini di jurnal Laporan Sel Ilmu Fisik, dalam makalah oleh mahasiswa pascasarjana MIT Lenan Zhang; mengunjungi ilmuwan peneliti Ryuichi Iwata; profesor teknik mesin dan kepala departemen Evelyn Wang; dan sembilan lainnya di MIT, Universitas Illinois di Urbana-Champaign, dan Universitas Shanghai Jiao Tong.

“Kesempatan yang sangat kuat”

Ketika tetesan mengembun pada permukaan datar, seperti pada kondensor yang mendaur ulang uap di pembangkit tenaga listrik kembali ke air, setiap tetesan membutuhkan situs nukleasi awal, tempat pembentukannya. Pembentukan situs nukleasi tersebut acak dan tidak dapat diprediksi, sehingga desain sistem tersebut bergantung pada perkiraan statistik dari distribusinya. Akan tetapi, menurut temuan baru, metode statistik yang telah digunakan untuk kalkulasi ini selama beberapa dekade tidak benar, dan sebagai gantinya harus digunakan metode lain.

Gambar resolusi tinggi dari proses nukleasi, bersama dengan model matematika yang dikembangkan tim, memungkinkan untuk menggambarkan distribusi situs nukleasi dalam istilah kuantitatif yang ketat. “Alasan mengapa hal ini sangat penting,” kata Wang, “adalah karena nukleasi cukup banyak terjadi dalam segala hal, dalam banyak proses fisik, baik itu alami maupun dalam bahan dan sistem yang direkayasa. Oleh karena itu, menurut saya pemahaman ini lebih mendasar adalah kesempatan yang sangat kuat. “

Proses yang mereka gunakan, yang disebut mikroskop elektron pemindai lingkungan yang ditingkatkan fase (p-ESEM), memungkinkan untuk mengintip melalui kabut elektronik yang disebabkan oleh hamburan awan elektron dari molekul gas yang bergerak di atas permukaan yang dicitrakan. ESEM konvensional “dapat mengambil gambar sampel material yang sangat luas, yang sangat unik dibandingkan dengan mikroskop elektron biasa, tetapi resolusinya buruk” karena hamburan elektron ini, yang menghasilkan gangguan acak, kata Zhang.

Mengambil keuntungan dari fakta bahwa elektron dapat dideskripsikan sebagai partikel atau gelombang, para peneliti menemukan cara untuk menggunakan fase gelombang elektron, dan penundaan dalam fase tersebut dihasilkan ketika elektron mengenai sesuatu. Informasi penundaan fase ini sangat sensitif terhadap gangguan sekecil apa pun, hingga ke skala nanometer, kata Zhang, dan teknik yang mereka kembangkan memungkinkan penggunaan hubungan fase gelombang elektron ini untuk merekonstruksi gambar yang lebih detail.

Dengan menggunakan metode ini, katanya, “kita bisa mendapatkan peningkatan yang jauh lebih baik untuk pencitraan kontras, dan kemudian kita mampu merekonstruksi atau langsung mencitrakan elektron pada beberapa mikron atau bahkan skala submikron. Ini memungkinkan kita untuk melihat proses nukleasi. dan distribusi sejumlah besar situs nukleasi. “

Kemajuan ini memungkinkan tim untuk mempelajari masalah mendasar tentang proses nukleasi, seperti perbedaan antara kepadatan situs dan jarak terdekat antar situs. Ternyata perkiraan hubungan yang telah digunakan oleh para insinyur selama lebih dari setengah abad itu tidak benar. Mereka telah didasarkan pada hubungan yang disebut distribusi Poisson, untuk kepadatan situs dan fungsi tetangga terdekat, padahal karya baru menunjukkan bahwa hubungan yang berbeda, distribusi Rayleigh, lebih akurat menggambarkan hubungan tetangga terdekat.

Zhang menjelaskan bahwa ini penting, karena “nukleasi adalah perilaku yang sangat mikroskopis, tetapi distribusi situs nukleasi pada skala mikroskopis ini sebenarnya menentukan perilaku makroskopis sistem.” Misalnya, dalam kondensasi dan pendidihan, ini menentukan koefisien perpindahan panas, dan dalam pendidihan bahkan fluks panas kritis, “ukuran yang menentukan seberapa panas sistem air didih sebelum memicu kegagalan katastropik.

Penemuan ini juga berhubungan dengan lebih dari sekedar kondensasi air. “Temuan kami tentang distribusi lokasi nukleasi bersifat universal,” kata Iwata. “Ini dapat diterapkan pada berbagai sistem yang melibatkan proses nukleasi, seperti pemisahan air dan pertumbuhan material.” Misalnya, katanya, pada sistem pemisahan air, yang dapat digunakan untuk menghasilkan bahan bakar berupa hidrogen dari listrik dari sumber terbarukan. Dinamika pembentukan gelembung dalam sistem semacam itu adalah kunci kinerja keseluruhannya, dan sebagian besar ditentukan oleh proses nukleasi.

Iwata menambahkan bahwa “kedengarannya seperti pemisahan air dan kondensasi adalah fenomena yang sangat berbeda, tetapi kami menemukan hukum universal di antara mereka. Jadi kami sangat bersemangat tentang itu.”

Aplikasinya beragam

Banyak fenomena lain yang juga bergantung pada nukleasi, termasuk proses seperti pertumbuhan film kristal, termasuk intan, melintasi permukaan. Proses seperti itu semakin penting dalam berbagai macam aplikasi teknologi tinggi.

Selain nukleasi, teknik p-ESEM baru yang dikembangkan tim juga dapat digunakan untuk menyelidiki berbagai proses fisik yang berbeda, kata para peneliti. Zhang mengatakan itu dapat diterapkan juga pada “proses elektrokimia, fisika polimer, dan biomaterial, karena semua jenis material ini dipelajari secara luas menggunakan ESEM konvensional. Namun, dengan menggunakan p-ESEM, kami pasti bisa mendapatkan kinerja yang jauh lebih baik karena dengan sensitivitas tinggi intrinsik “dari sistem ini.

Sistem p-ESEM, kata Zhang, dengan meningkatkan kontras dan sensitivitas, dapat meningkatkan intensitas sinyal dalam kaitannya dengan kebisingan latar belakang hingga 10 kali lipat.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Slot Online