Какое вещество является самым распространенным в мире? Это не вода. Конечно, если вы посмотрите на карту, 70 процентов территории – это вода. Но наша планета не плоская.
Но что примечательно, самым распространенным в мире является минерал, который исключительно редко встречается на поверхности.
Фактически, он настолько редок, что до 2014 года у ученых даже не было для него названия.
Он входит в большую группу минералов, называемых перовскитами. Которые обладают невероятными свойствами, в том числе могут открыть новое поколение зеленой энергии.
Недоступный минерал
Если бы вы могли копнуть на 660 километров ниже поверхности Земли, то попали бы в слой горячей, плотной породы, называемой нижней мантией. Именно там и обитает самый распространенный минерал.
Конечно, мы никогда не могли добурить до верхней мантии, не говоря уже о нижней. Поэтому мы не можем просто взять образец этой горячей, плотной породы. Чтобы узнать, какие именно минералы там находятся.
Но ученые могут проводить лабораторные эксперименты. В ходе которых они подвергают породы экстремальному нагреву и давлению, которые можно найти так глубоко внизу. Именно из этих экспериментов узнали, что самый распространенный минерал в нижней мантии имеет структуру с такой химической формулой.
Каждый кристалл этого вещества состоит из повторяющихся единиц, состоящих из одного атома магния, одного атома кремния и трех атомов кислорода. Что касается названия, то, оказывается, минералоги немного странны в вопросах наименования.
У них есть правило, что для того, чтобы дать минералу официальное название, нужно изучить и описать образец, взятый из природы. Сделать это в лаборатории недостаточно. Но этот минерал не любит существовать при тех температурах и давлениях, которые встречаются за пределами нижней мантии. Его структура со временем разрушается, превращаясь в другой минерал.
Космический гость
Но после десятилетий поисков ученые наконец нашли крошечное зерно минерала, который они искали в 2014 году. Когда команда попыталась взглянуть на камни, пришедшие не с Земли, а из космоса.
Именно так, они тщательно изучили минералы в метеорите под названием “Тенхем”, упавшем в Австралии в 1879 году. Ведь когда этот космический камень столкнулся с поверхностью планеты, он на мгновение испытал давление около 24 гигапаскалей.
И был нагрет примерно до 2300 Кельвинов. Иными словами, условия соответствуют тем, которые можно найти в нижней мантии Земли. И после чрезвычайно тщательного изучения команда обнаружила крошечное зерно искомого минерала.
Имея в руках природный образец, вещество, составляющее 38 процентов объема нашей планеты и являющееся самым распространенным минералом в мире, наконец-то получило название: Бриджманит.
Но вот еще одна странная вещь, которую делают минералоги. Иногда они объединяют несколько разных минералов под общим термином. Основываясь на соотношении между различными элементами, из которых они состоят.
Поскольку кристаллы бриджманита состоят из повторяющихся единиц одного магния, одного кремния и трех кислородов, это позволяет отнести его к большой группе минералов, называемых перовскитами.
И почти два столетия спустя ученые нашли массу различных комбинаций элементов, которые можно вписать в эту схему. Фактически, из всех металлических элементов таблицы Менделеева более 90% можно использовать в минерале перовскит. Некоторые перовскиты встречаются в природе, а некоторые производятся в лаборатории.
Революция в технологии солнечных батарей
И именно эти выращенные в лаборатории перовскиты имеют весьма заманчивое применение. С 2009 года ученых очень интересует, как перовскиты галогенированных металлов могут быть использованы для революции в технологии солнечных батарей. Сегодня элементы большинства солнечных батарей изготавливаются из кристаллов на основе кремния.
Они работают очень хорошо, но сложны в производстве. Чтобы кристаллы кремния эффективно выполняли свою работу, они должны быть практически идеальными, без примесей. Поэтому их нужно нагревать до 900 градусов. Между тем кристаллы перовскита могут работать так же хорошо, как и кремниевые, при гораздо большем количестве дефектов.
А для их обработки достаточно нагреть их до 100 градусов. Что делает перовскитовые солнечные панели не только более дешевыми в производстве, но и более экологичными.
Так почему бы нам всем не перейти на перовскитные солнечные батареи? Ну, здесь есть несколько загвоздок. Самая большая – их долговечность. Синтетические перовскиты имеют тенденцию разрушаться под воздействием влаги, кислорода или света. А способность противостоять свету очень важна для солнечных панелей.
Поэтому первые версии перовскитовых панелей работали всего несколько минут. А этого совсем недостаточно, чтобы конкурировать с кремнием, солнечные панели которого могут работать десятилетиями.
В 2022 году группа исследователей из Принстонского университета заявила, что разработала перовскитную панель, которая может прослужить 30 лет.
Таким образом, перовскит вскоре может не только получить приз как самое распространенное вещество в мире. Но и стать ключом к революции в технологии производства солнечных батарей.
Свежие комментарии