?

Log in

No account? Create an account
Quizzing the Anonymous
Ignoramus et ignorabimus
Неразрешимый вопрос. 5 
25th-Aug-2018 09:53 pm
thinking
Я много занимаюсь химией батарей. Для коммерческих литиевых батарей химия мало менялась с середины 90-х. При этом наблюдался огромный прогресс в увеличении емкости за счет инженерных решений; например, лучшей упаковки частиц в электроде. Такие решения, а не творчество химиков, сделало возможным, скажем, карманный смартфон.

***

Для производства электродов необходимы 30-40% взвеси микронных частиц в растворителе. Чернила наносят тонким слоем (десятки микрон) на металлическую фольгу и сушат в печке, удаляя растворитель. Для хорошего электрода нужен ровный слой плотно упакованных частиц, однородный по объему. Для этого нужно удалить растворенный в жидкости газ, иначе будут проблемы. Взвесь должна не расслаиваться во время процесса изготовления электрода, что требует вязкости не менее 1,000х вязкости воды, но не более 20,000х, иначе смесь не размешаешь. Для невязких жидкостей растворенный газ можно удалить, а взвесь сделать однородной, комбинацией размешивания ложкой и возбуждения ультразвуком; для вязких жидкостей этот подход не годится. Обычное размешивание для таких жидкостей может быть невозможным: многие из них жидкостей дилатантны. Чем больше скорость размешивания, тем больше вязкость: сталкивающиеся частички начинают слипаться друг с другом, препятствуя движению. Чем больше прикладывается усилий, тем менее эффективно перемешивание; только пузырей напустишь. Трудности такого рода многие годы снижали качество электродов.

Решение проблемы пришло с неoжиданной стороны. Для изготовления слепков для коронок, в 1970-х годах использовали альгинат кальция. Порошок смешивали с водой и, пока тот полностью не загустевал (что необходимо для формы), гель использовали для приготовления слепка. Кроме оптимальной консистенции геля надо, чтобы в нем не было пузырьков воздуха, иначе поверхности будут неровными. Протезисты мучились с этим гелем годами. Изобретатель решил придумать для них машинку для размешивания альгината. Используя центрифугу, он добился удаления пузырей воздуха, но это занимало так долго, что гель загустевал. Процесс надо было ускорить.

Тут его и озарило. То, чего невозможно добиться вращением вокруг одной оси, можно достигнуть одновременным вращением вокруг двух осей. Потребовалось 13 лет, чтобы довести изобретение (планетарную центрифугу) до ума, но после этого оно сразу покорило мир и радикально изменило множество технологий, включая производство электродов. Простая идея - большие последствия.

***

...Just like planets rotating while revolving around the sun, I thought that imparting rotation forces to the section of the mixer where the container is mounted on the centrifugal deaerator might make mixing possible.
http://www.thinkymixer.net/corporate/secret.html

Изобретателем подобной машинки мог стать только обыватель, решающий обычные житейские проблемы. Однако, этот обыватель не смог бы придумать то, что придумал, если бы не имел в голове готовую к употреблению картинку жидкой фигуры вращения, оборачивающейся вокруг Солнца, и не вообразил, что произойдет, если ускорить обороты.

Поколениям обывателей внушали ее столетиями - пока одному из них не пришла в голову революционная идея, что такое движение решает проблему приготовления густых суспензий. Астроному не пришла. Физику не пришла. Химику не пришла. Реологу не пришла. А ему пришла. Столетия заучивания астрономических премудростей обывателями принесли долгожданный плод.

Безусловно, обыватель может просто заучить, что Земля круглая. Знание причин для уверенности в этом важнейшем факте не нужно; кому надо, те пусть и разбираются. Но тогда хрен вам будут лаптопы и смартфоны. "Кому надо" не ломают голову над машинками для протезистов, вот какая беда.

Воображение слишком важная вещь, чтобы оставлять ее горстке специалистов.


Comments 
26th-Aug-2018 04:08 am (UTC) - Этому дала, этому дала, а этому не дала... (сорока)
// Астроному (идея) не пришла. Физику не пришла. Химику не пришла. Реологу не пришла. А ему (обывателю) пришла.

- Обыватель не связан кандалами устоявшихся представлений. А узкие специалисты - связаны.

Интересную картинку Вы привели. Вращение жидкости вокруг двух осей под некоторым углом друг к другу приводит к состоянию, похожему на турбулентное движение задолго до естественного перехода из ламинарного течения за счёт трения. И, естественно, - к эффективному перемешиванию. Ну разве специалист по гидродинамике может до этого догадаться? А беспокойный "обыватель" может!
26th-Aug-2018 01:54 pm (UTC) - Re: Этому дала, этому дала, а этому не дала... (сорока)
Картинка замечательная. Какие булочки можно бы было делать!
26th-Aug-2018 05:20 am (UTC)
Математику бы могла придти. Вращения вокруг одной оси не порождают SO(3), а вокруг двух -- порождают.
26th-Aug-2018 02:00 pm (UTC)
Да и астроному-физику-химику-реологу тоже. Особенно тех, что с коронками во рту. Но не пришла.
26th-Aug-2018 05:47 am (UTC) - тонкие слои, плотная упаковка, равномерность по объёму
как всё это реагирует на вибрационную нагрузку в автомобильных аккумуляторах вообще и на ваших в частности?
26th-Aug-2018 01:56 pm (UTC) - Re: тонкие слои, плотная упаковка, равномерность по объё
Никак не реагирует.
26th-Aug-2018 06:57 am (UTC)
5 ноября 1955 года доктор Эмметт Браун загорается идеей постройки машины времени после того, как, желая повесить часы, упал с унитаза и ударился головой о край умывальника. Когда он был без сознания, к нему пришло видение «потокового накопителя», делающего путешествия во времени возможными.

Приевшийся уже штамп, которым журналисты любят сопровождать открытия учёных, пытаясь сделать из этого легенду.

Я думаю, никакой он был не обыватель. Просто где-то столкнулся с "пьяной бочкой", тоже смесителем, древним как говно мамонта, широко используемым в промышленности, в т.ч. и "обывательской", например, в кондитерской. Ну а дальше очевидная идея: если силы гравитации для работы "пьяной бочки" становится недостаточно, то давайте засунем всю конструкцию в центрифугу. Или... как там нам советует школьный "ТРИЗ"? Давайте поменяем элементы местами и засунем центрифигу в пьяную бочку.
26th-Aug-2018 01:58 pm (UTC)
Я не сомневаюсь что Вы лучше изобретателя знаете, как он сделал изобретение.
26th-Aug-2018 08:08 am (UTC)

Так что перемешивает то? Силы типа кориолиса?

26th-Aug-2018 08:54 am (UTC)
Знакопеременное ускорение.
26th-Aug-2018 08:54 am (UTC)
Земля круглая вовсе не от того, что вращается вокруг Солнца. Что-то вы перемудрили.
26th-Aug-2018 02:01 pm (UTC)
...или Вы чего-то не поняли.
26th-Aug-2018 02:15 pm (UTC)
Замечательная история!
26th-Aug-2018 02:26 pm (UTC)
Вакуумировать или насыщать парами растворителя порошок перед перемешиванием настолько трудно?
26th-Aug-2018 02:31 pm (UTC)
Это не трудно, а бесполезно.
26th-Aug-2018 05:04 pm (UTC)
о дураках , Вы о это чём? сумбурно как то ... у Вас
26th-Aug-2018 05:13 pm (UTC)
Не возникло ли у Вас непреодолимое желание рассказать мне, о чем я на самом деле думаю и почему?
27th-Aug-2018 10:43 am (UTC)
А вакуумное напыление не работает? Или нечто вроде ALD только не атомы наносить, а микрочастицы? Или это всё дорого и медленно?
27th-Aug-2018 02:43 pm (UTC)
Это комбинация двух-трех частиц разного размера (нанометры и микроны) и полимера, который их удерживает вместе (он содержится в растворителе). Такую матрицу в промышленном масштабе иначе не сделаешь. Есть дополнительная трудность: частицы графита делают размалыванием кристаллического графита, и получаются блины в несколько микрон в диаметре и десятая микрона в толщину. Если они пакуются как блины, электролиту трудно проходить через такую матрицу, поры слишком маленькие, а если случайно - то они занимают слишком много объема и емкость падает. Поэтому технологичекий процесс подбирается так, чтобы упаковка была где-то посередине, и брутальные методы не годятся. Эта правда целая наука, это то, чем технологи занимались десятилетиями, и где сосредоточен были все успехи. В лабораторных условиях сейчас приготовить сравнимые электроды невозможно, у нас есть огромный цех, который их производит, чтобы делать тестирование материалов - и все равно он слишком мал по сравнению с заводским и не может производить элетроды сравнимого качества. Большая проблема, между, прочим, так как сильно замедляет разработку материалов. Надо сразу взять очень высокую планку.
This page was loaded Nov 19th 2019, 5:24 pm GMT.