🤶🏻 🌥️ 👩🏿‍🔬 नासा अल्ट्रा कैपेसिटर बन गया है ... एक नमी मीटर 🙅🏾 🏂 🍟

प्रौद्योगिकी के साथ, बहुत कुछ जा सकता है (और जा सकता है) जैसा कि हम नहीं चाहेंगे। मार्शल स्पेस फ्लाइट सेंटर के एक इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में खराबी के विश्लेषक डॉ। टेरी रोलिन इस फर्स्टहैंड को जानते हैं।

उनका काम समस्याओं का समाधान खोजना है, और यदि वह उन्हें नहीं खोज पाता है, तो वह आविष्कार करना शुरू कर देता है। जब रॉलिन और उनकी टीम को यह पता लगाने के लिए निर्देश दिया गया कि 2011 में एक बड़ी बैटरी प्रणाली की विफलता का कारण क्या है, तो इसने उन्हें मौलिक प्रश्न के बारे में सोचा - क्या हम एक बेहतर शक्ति स्रोत विकसित कर सकते हैं?

सामग्री विज्ञान में टीम के अनुभव के आधार पर, रॉलिन और उनकी टीम काम करने के लिए तैयार है। उन्होंने बिजली की स्रोत की आदर्श विशेषताओं की जांच करने और उन सामग्रियों को खोजने की कोशिश करने से खरोंच से समस्या को हल करना शुरू कर दिया जो पारंपरिक लोगों की तुलना में इन मानदंडों को बेहतर तरीके से पूरा करेंगे।

"हमने तरल और जैल से दूर होने और विषाक्त पदार्थों से बचने के लिए ठोस सामग्रियों के साथ काम करना शुरू किया," रोलिन बताते हैं। और, नैनोमैटिरियल्स का उपयोग करते हुए कुछ अल्ट्रामॉडर्न घटनाक्रमों के बाद, वह कहते हैं कि "हम एक नए उपकरण का आविष्कार करने में कामयाब रहे, जिसे हम एक अल्ट्राकैपेसिटर कहते हैं।"

यह नया नासा अल्ट्राकैपेसिटर ठोस सामग्री से बना है जो ऊर्जा को स्टोर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और यह जहरीले तरल पदार्थ और जैल से बनी बैटरियों की तुलना में अधिक सुरक्षित है। परीक्षण के दौरान, उन्होंने नमी के प्रति अद्भुत संवेदनशीलता दिखाई।

रॉलिन टीम का नया आविष्कार बिजली की आपूर्ति के एक नए वर्ग का प्रतिनिधि है, जो सुपरकैपेसिटर और बैटरी के बीच एक प्रकार के संकर का प्रतिनिधित्व करता है। विशेष रूप से, यह "बैटरी में निहित डिस्चार्ज विशेषताओं" के साथ उच्च क्षमता (चार्ज को स्टोर करने की क्षमता) को जोड़ती है, अर्थात। समय के साथ निरंतर शक्ति प्रदान करता है। अर्धचालक सामग्री से बना होने के कारण, यह प्रतिकूल परिस्थितियों के लिए भी अधिक प्रतिरोधी है, जैसे कि कमरे में तापमान में परिवर्तन, और पारंपरिक बैटरी सिस्टम की तुलना में निर्माण और संचालन के लिए सुरक्षित है।

एक अर्धचालक आर्द्रता संवेदक की आकस्मिक रचना ने नासा के इंजीनियरों को नई ऊर्जा प्रौद्योगिकी पर काम करते हुए आश्चर्यचकित कर दिया। जहरीले पदार्थों से बनी बैटरियों के प्रतिस्थापन को खोजने के प्रयासों से एक नए आर्द्रता संवेदक का उदय हुआ है जो रेफ्रिजरेटर या अंतरिक्ष यान के अंदर नमी के स्तर के बारे में रीडिंग दे सकता है।

रॉलिन और उनकी टीम को उम्मीद है कि इस क्रांतिकारी सामग्री का अंतरिक्ष और वाणिज्यिक ऊर्जा प्रणालियों में शानदार भविष्य है। इसी समय, उनके अभिनव सामग्री के गुणों में विचित्रता ने अप्रत्याशित अनुप्रयोगों को खोल दिया है।

परीक्षण के शुरुआती चरणों में, रोलिन ने एक दिलचस्प विशेषता पर ध्यान दिया, जिसे वह समझा नहीं सका: "एक अच्छी ऊर्जा भंडारण प्रणाली में एक बड़ी क्षमता होनी चाहिए," वे कहते हैं। “जब मैंने अपने हाथ में अल्ट्राकैपेसिटर रखा और इसका परीक्षण किया, तो क्षमता बहुत अधिक थी। लेकिन जब मैंने इसे टेबल पर रखा और फिर से परीक्षण किया, तो यह तेजी से गिरा। "

प्रारंभ में, इंजीनियरों का मानना था कि क्षमता रोलिन के शरीर की गर्मी से प्रभावित है, इसलिए उन्होंने एक थर्मल कक्ष में परीक्षण किया। क्षमता नहीं बदली।

"जल्द ही, हमें एहसास हुआ कि यह हवा में नमी थी जो इन बड़े परिवर्तनों का कारण बनी," रोलिन बताते हैं। "हमने इसे एक आर्द्रता कक्ष में परीक्षण किया, और निश्चित रूप से, हमने नमी के स्तर में परिवर्तन के लिए टैंक की विशाल प्रतिक्रिया देखी।"

रॉलिन का नया अल्ट्राकैक्टर एक अर्धचालक नमी-संवेदनशील तत्व निकला।

प्रौद्योगिकी परिवर्तन

आर्द्रता सेंसर हवा में नमी की मात्रा को मापते हैं जो विद्युत धाराओं या तापमान को प्रभावित करते हैं। नासा अल्ट्राकैपेसिटर बदलती परिस्थितियों के प्रति बेहद संवेदनशील है, थोड़ी सी भी बदलाव का पता लगाता है। इसके अलावा, वह जल्दी से ठीक हो गया, क्योंकि उसने आसानी से एकत्रित सतह की नमी को फेंक दिया।

प्रतिक्रिया दर को मापने के लिए, टीम ने वाणिज्यिक आर्द्रता सेंसर के खिलाफ अपने प्रदर्शन का परीक्षण किया और पाया कि यह तेज था। रॉलिन के अनुसार, संयंत्र में किए गए सभी नमी परीक्षणों के बाद, उन्हें अधिक व्यापक जांच करने के लिए उद्योग में एक भागीदार की आवश्यकता थी।

उन्होंने मार्शल में प्रौद्योगिकी हस्तांतरण कार्यालय से मदद मांगी। कार्यालय ने इस तकनीक की घोषणा की, और रॉसिड टेक्नोलॉजीज इंक, वॉबर्न, मैसाचुसेट्स में स्थित, नासा से संपर्क किया। कंपनी उच्च शुद्धता वाले गैस माप के परीक्षण के लिए उच्च गुणवत्ता वाले विश्लेषणात्मक उपकरणों के साथ नासा की आपूर्ति करती है। रोसिड को नई तकनीक का परीक्षण करने की पेशकश की गई थी क्योंकि कर्मचारियों को साज़िश की गई थी। आर्द्रता सेंसर पर संयुक्त काम ने एक नई तकनीक का पता लगाना संभव बना दिया, जो कि जब पहली बार जांच की गई, तो आशाजनक दिखी।

", हमने कुछ नमूने भेजने के लिए टेरी से पूछा," नए व्यवसाय विकास के उपाध्यक्ष केन मरे बताते हैं। "शुरुआत में, हम इस विचार के साथ आए कि सामग्री कितनी टिकाऊ है और यह विभिन्न स्थितियों में कितनी अच्छी तरह काम करेगी।"

परीक्षण "बल्कि अप्रिय वातावरण" में किए जाते हैं, जिसमें "भयानक रसायन, तापमान में अचानक परिवर्तन और बड़ी संख्या में काम चक्र शामिल हैं।" कंपनी ने पुष्टि की है कि नव निर्मित नासा सामग्री, इसके मुख्य लाभों के अलावा, मूल्य में वृद्धि हुई है।

आर्द्रता और सिग्नल आउटपुट में परिवर्तनों को पकड़ने के लिए आवश्यक संवेदनशील सतह का आकार कई कारकों पर निर्भर करता है: संवेदनशील सामग्री का प्रकार, पर्यावरण और अनुप्रयोग। अधिकांश सेंसर बहुलक या सिरेमिक सामग्री का उपयोग करते हैं, जिसमें कम संवेदनशीलता हो सकती है, इसलिए उन्हें पर्याप्त बड़ा होना चाहिए।

समस्या है कि सभी मौजूदा सेंसर मुठभेड़ कर सकते हैं नमी से नुकसान वे मापते हैं। समय के साथ, सेंसर तरल को अवशोषित करते हैं, जिससे संवेदनशील सामग्री का क्षरण होता है। यह रीडिंग की विकृति या सेंसर के पूर्ण विराम की ओर जाता है। इस संबंध में, डेटा सटीकता सुनिश्चित करने और क्षतिग्रस्त ब्लॉकों को बदलने के लिए निरंतर निगरानी आवश्यक है। इसका मतलब है कि अधिकांश सेंसर अल्पकालिक हैं, जो सिस्टम को बनाए रखने की लागत को बढ़ाता है।

नमी फार्मास्यूटिकल्स सहित कई उद्योगों में उत्पादन के लिए एक समस्या है, इसलिए नमी के स्तर को नियंत्रित करना महत्वपूर्ण है। यदि सेंसर विफल हो जाता है या अंशांकन विफल हो जाता है, तो इसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण नुकसान हो सकता है। नासा का नया सेमीकंडक्टर आर्द्रता सेंसर अधिक मजबूत हार्डवेयर के साथ उद्योग में क्रांति ला सकता है।

मरे ने पाया कि सुसंगत और सटीक रीडिंग प्राप्त करने के लिए, नासा सामग्री की एक छोटी राशि, एक इंच के लगभग सौवां हिस्सा पर्याप्त है। इस सिग्नल को सार्थक डेटा में बदलने के लिए, Roscid ने नई सामग्री के साथ संगत इलेक्ट्रॉनिक घटकों का विकास और सुधार किया है।

मरे ने कहा, "जैसा कि हमने सेंसर में गहराई से देखा, हम इसे एक नए स्तर पर ले जाना चाहते थे।" “हर बार हमने नोट किया कि हमने कुछ नया सीखा, और टेरी ने तकनीक को थोड़ा बदल दिया। सेंसर उन अनुप्रयोगों के लिए थोड़ा अधिक विश्वसनीय बन गया है जिनका हम परीक्षण कर रहे हैं। ”

राशिद ने नासा परीक्षण आवश्यकताओं से परे जाने के लिए मार्शल के साथ दो मूल्यांकन लाइसेंसों पर हस्ताक्षर किए। जब मरे नमूनों के साथ संभावित नए ग्राहकों में बदल गए, तो उन्होंने कहा कि "प्रतिक्रिया अत्यधिक सकारात्मक थी।" इसलिए कंपनी ने एक गैर-अनन्य लाइसेंस पर हस्ताक्षर किए और 2019 में अपने CBNS215 आर्द्रता सेंसर मॉडल का विपणन शुरू किया।

लाभ

ऐसे सेंसर की जरूरत ऐसे वातावरण में होती है जहां नमी को नियंत्रित किया जाना चाहिए, चाहे कुछ स्थितियों को बनाए रखना हो या नमी को उत्पाद में प्रवेश करने से रोकना हो। नियमित रखरखाव और सेंसर प्रतिस्थापन के अलावा, नमी नियंत्रण प्रणाली को महंगी अंशांकन प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। रोसिड का मानना है कि नासा सेंसर इस भार को काफी कम कर देगा। एक उदाहरण के रूप में मुर्रे फार्मास्युटिकल उद्योग का हवाला देते हैं।

"दवाओं के प्रत्येक बैच को संसाधित करने के बाद, दवा कंपनियों को अंशांकन मानकों के लिए सेंसर की जांच करनी होती है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि वे भटक नहीं रहे हैं," वे कहते हैं। "यदि कोई उपकरण विफल हो जाता है, तो उन्हें अंतिम बैच को वापस लेना और रीमेक करना होगा, या इसे संगरोध करना होगा।"

विश्वसनीय सेंसर कंपनियों को अंशांकन चक्रों को बढ़ाने की अनुमति देंगे, जिसका अंतिम परिणाम पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ेगा।

सेंसर एक "नमी घटना" के बाद विचलन या असफल हो सकते हैं। सेंसर पर संक्षेपण या तो छोटा या महत्वपूर्ण हो सकता है, उदाहरण के लिए, जब सेंसर किसी भी तरल में डूब जाता है। चूंकि नई सामग्री नमी लीक करती है, ये समस्याएं अतीत की बात हो सकती हैं।

"नासा की संवेदनशील सामग्री एक अर्धचालक डिजाइन है, कुछ भी फ्लश करने की आवश्यकता नहीं है," मरे बताते हैं।

यह विश्वसनीयता उच्च आर्द्रता और कम तापमान अनुप्रयोगों जैसे शीतलन के लिए एक आवश्यक विशेषता है। जैसे-जैसे रेफ्रिजरेटर का दरवाजा लगातार खुलता और बंद होता जाता है, आर्द्रता और तापमान में लगातार बदलाव होते रहते हैं। निरंतर निगरानी के बिना आदर्श स्थिति बनाए रखना बेहद मुश्किल है।

उच्च गुणवत्ता वाले घरेलू रेफ्रिजरेटर का एक निर्माता सब्जी ट्रे में CBNS215 सेंसर का परीक्षण करता है। लक्ष्य 37 ° F पर 95 प्रतिशत हवा की नमी बनाए रखना है। अब तक, कंपनी को एक भी सेंसर नहीं मिला है जो लंबे समय तक आर्द्रता बनाए रखेगा।

"एक परीक्षण है कि ये लोग बाहर ले जाते हैं, और यह काफी जटिल है," रोलिन कहते हैं। रोसिड ने अपने दम पर इसी तरह का परीक्षण किया, और उनके अनुसार, केवल हमारे सेंसर ने इसे सफलतापूर्वक पारित किया। यह बहुत अच्छा है। "

रॉलिन एक महत्वपूर्ण समस्या का समाधान खोजना चाहेगा जिससे उपभोक्ताओं और गैस कंपनियों को लाखों डॉलर की बचत हो सके। यह समस्या गैसोलीन में पानी के प्रवेश की है।

मरे का मानना है कि एक नया सेंसर मदद कर सकता है। "भूमिगत गैसोलीन भंडारण टैंकों में नमी के स्तर की निगरानी करने से आपकी कार में पानी की कमी हो सकती है," वे बताते हैं। ड्राइवरों को कारों के ईंधन टैंक में भी स्थापित किया जा सकता है, ड्राइवरों को ईंधन आपूर्ति प्रणाली में नमी के प्रवेश के बारे में चेतावनी देते हुए।

तेल और गैस कंपनियों ने CBNS215 में भी रुचि दिखाई है। उन्हें ऐसी तकनीक की आवश्यकता होती है जो कम ओस बिंदु पर और -70 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर काम करती है। वर्तमान में उपयोग में आने वाले एल्यूमिना सेंसर की गंभीर सीमाएँ हैं - लंबी प्रतिक्रिया समय और लंबे समय तक सुखाने का समय। नमी के संपर्क में आने के बाद सिस्टम के काम करने में कई दिन या हफ्ते लग सकते हैं। मरे ने उद्योग के साथ साझेदारी की है, यह सुनिश्चित करने के लिए कि नासा सेंसर एक वास्तविक प्रतिस्थापन होगा।

शीत नसबंदी, प्रशीतित परिवहन कंटेनर और ट्रक, साथ ही एयरलाइंस, नए सेंसर तकनीक पर चर्चा करने और इसे रोसिड के साथ चर्चा करने में रुचि रखने वाले उद्योगों के केवल कुछ उदाहरण हैं।

"यह विशेष रूप से सैन्य विमान के लिए एक नमी सेंसर के लिए उपयोगी है जो वायुमंडल में ओस बिंदु के स्तर को सटीक रूप से पढ़ता है जिसके माध्यम से विमान उड़ान भरता है," मरे बताते हैं। "इस कार्य का अध्ययन किया जा रहा है।"

स्पेसएक्स क्रू ड्रैगन अंतरिक्ष यान की यह प्रति अंतरिक्ष यान चालक दल के लिए पर्यावरण नियंत्रण और जीवन समर्थन प्रणाली के परीक्षणों से गुजर रही है। अंतरिक्ष में जीवन समर्थन प्रणाली जटिल और नाजुक हैं। नासा द्वारा विकसित अभिनव ठोस-राज्य नमी-संवेदनशील सामग्री इन प्रणालियों में छोटी लीक का पता लगाने में मदद कर सकती है, क्योंकि यह हवा में सबसे छोटे परिवर्तनों के प्रति संवेदनशील है, जो अंतरिक्ष यात्रियों को आवश्यक मरम्मत करने और किसी भी गंभीर समस्याओं को रोकने की अनुमति देता है।

ये विविध अनुप्रयोग नासा प्रौद्योगिकी के लिए नए उद्योगों को पेश करते हैं, और मरे इसके लिए अंतरिक्ष एजेंसी को श्रद्धांजलि देते हैं।

"नासा का कहना है कि अगर यह काम करता है, तो यह काम करता है," वे कहते हैं। "नासा इस तरह का एक महान साथी है क्योंकि वे वास्तव में न केवल अपने काम के लिए प्रतिबद्ध हैं, बल्कि व्यावसायीकरण प्रक्रिया के लिए भी हैं।"

इस अप्रत्याशित खोज से लाभ पाने के लिए रॉलिन और उनकी टीम अंतरिक्ष अनुप्रयोगों की तलाश कर रही है।

"अब हम जानते हैं कि हमारी नई सामग्री नमी के प्रति संवेदनशील है और यह तापमान स्पाइक्स को सहन करने के लिए लगता है, हम इसे अपने एक परीक्षण बेंच में सुरक्षित रूप से रख सकते हैं," वे बताते हैं। "अगर यह अच्छा प्रदर्शन करता है, तो नासा के पास एक सेंसर होगा जो रॉसिड के साथ साझेदारी के माध्यम से संभव है।"

सेंसर को अंतरिक्ष में सामग्री के साथ जुड़े प्रायोगिक उड़ान के दौरान अंतरिक्ष में भेजने की योजना है। एक सफल उड़ान यह साबित करेगी कि भविष्य की उड़ानों में नई सामग्री का उपयोग किया जा सकता है।

यह देखते हुए कि नासा पर्यावरण निगरानी और जीवन समर्थन प्रणालियों के लिए अंतरिक्ष स्टेशन पर आर्द्रता सेंसर का उपयोग करता है, रोलिन ने एक लघु सेंसर पेश किया जो नींद के दौरान अंतरिक्ष यात्रियों को सांस लेने से रोकने के लिए सब कुछ की निगरानी करने में मदद करेगा, सिस्टम में खतरनाक लीक का जल्द पता लगाएगा।

अल्ट्राकैपिटर्स के उपयोग के लिए, प्रारंभिक परिणाम आशाजनक हैं, और अभी भी कई परीक्षण आगे हैं।

"यह एक संयुक्त प्रणाली बनाने के लिए संभव हो सकता है जो ऊर्जा को जमा करेगा और रॉकेट और अन्य अंतरिक्ष यान में एक नमी सेंसर के रूप में काम करेगा," रोओलिन कहते हैं।

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नासा अल्ट्रा कैपेसिटर बन गया है ... एक नमी मीटर

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