Новости мира

Соединить графен и нанотрубки в единый ковалентный лист углерода впервые удалось ученым из Университета Райса (США).

Сначала исследователи  вырастили на листе меди двухмерный лист графена, а затем нанесли на него железный катализатор и покрыли его слоем оксида алюминия. Полученный многослойный «сэндвич» при высокой температуре обработали ацетиленом и этиленом, в результате чего на поверхности графена вырос целый «лес» углеродных нанотрубок.

В инновационном материале, сообщает Phys.org, нанотрубки соединены с графеном ковалентно, фактически, наноматериал представляет собой однородный лист углерода, благодаря чему в местах соединений не возникает сопротивления. Высота нанотрубок составляет 120 микрометров, при этом гибрид обладает крайне высокой удельной поверхностью: около 2 тысяч квадратных метров на грамм вещества.

Гибридный наноматериал может оказаться идеальным кандидатом для создания электродов в суперконденсаторах, которые являются электрохимическими источниками питания, промежуточными между конденсаторами и аккумуляторами, уточняется в информации Popmech.ru. Поскольку обкладками в них выступают слои ионов, то от таких электродов требуется одновременно высокая удельная поверхность и низкое сопротивление, что вполне может обеспечить инновационный материал.

Эволюция цифровой электроники – это история миниатюризации. От каждого последующего поколения устройств требуется меньше занимаемого места и меньше энергии, затрачиваемой для решения тех же задач. Но несмотря на то, что внутри любого современного смартфона, умещающегося на ладони, уже находятся высокоскоростные процессоры, текущий способ хранения данных имеет функциональное технологическое ограничение. Хранить цифровую информацию на магнитных накопителях слишком ненадежно, особенно, когда внутри прибора мало места. Поэтому, единственный путь для поддержания темпа технологической революции, когда компьютеры обязаны становиться все быстрее и миниатюрнее, – это привлечение технологий спинтроники.

Спинтроника использует спин электрона – это загадочное свойство отрицательно заряженной частицы. Физическую природу спина пока еще никто не сумел объяснить. Однако теперь ей найдено применение – запись и считывание информации. Для мобилизации этой технологии ученым осталось только понять, как именно управлять спином, чтобы он стал надежным носителем компьютерного кода. Ученые кафедры энергетики Брукхейвенской Национальной лаборатории сумели точно измерить ключевой параметр электронного взаимодействия — неадиабатический спиновый момент, который необходим для дальнейшего развития устройств на принципах спинтроники, сообщает CNews.ru.

«До сих пор никто не мог измерить спиновый момент достаточно точно для подробного сравнения экспериментальных данных с математической моделью, — говорит Юмей Джоу из Брукхейвенской лаборатории физики. — Мы по-настоящему продвинулись в фундаментальном понимании того, что будет иметь непосредственное значение для создания электронных устройств».

Большинство современных технологий не в состоянии в полной мере использовать свойства электрона. Одно из них — параметр, известный как направление спина, в спинтронике может стать важным для повышения величины средней плотности хранения и передачи информации. Но, как засвидетельствует любой ученый, критична не только плотность данных, но и скорость их обработки.

Микроскопическую аккумуляторную батарею создали ученые Мэрилендского университета (США). В ней реализован принцип нанопор: крошечные отверстия в керамической пластине, заполненные электролитом, обеспечивают передачу электрического заряда между обоими концами трубчатых электродов. Устройство пока является экспериментальным, но выполняет все функции полноценной батареи, полностью заряжаясь всего за 12 минут.

Из миллионов нанопор, пишет Popmech.ru, можно собрать аккумуляторную батарею размером с почтовую марку, при этом ее особенность — это унифицированная форма, которая позволяет эффективно соединять тысячи микроскопических батарей в одну. Ученые обещают продолжить работу и увеличить емкость следующего прототипа батареи в 10 раз.

Комплекс для произведения ямочного ремонта дорог при минусовых температурах разработали специалисты из Иркутского государственного технического университета. С помощью этой инновационной разработки локальную укладку асфальта можно производить при температурах до -12 градусов. Кроме того, прочность покрытия увеличивается в 2–2,5 раза.  

«Это достигается благодаря быстрой полимеризации эмульсии под воздействием ударных нагрузок, снижению пористости заплатки, лучшей адгезии связующего с наполнителем и повышенной плотности упаковки инертного материала в ямке. Время ремонта сокращается в два-три раза. Сезон ремонта дорог увеличился на два месяца», – пояснил один из разработчиков проекта, сотрудник технопарка ИрГТУ Сергей Кондрат.

По словам разработчиков комплекса, для его создания они взяли за основу БЦМ – машину для ремонта асфальтового покрытия. Ученые улучшили положительные качества этой машины и устранили недостатки. Например, после заливки ямы с помощью БЦМ дорогу можно эксплуатировать через 20 минут, новая технология позволяет делать это уже через три минуты.

Сейчас, сообщает STRF.ru, комплекс проходит испытания на одном из дорожных предприятий Иркутска.

Летательный аппарат вертикального взлета и посадки Phantom Swift, к созданию которого приступила компания Boeing, может совершить в военном деле такую же революцию, как в свое время появление вертолета. Оборонное научное агентство DARPA уже выделило $9,4 млн на постройку прототипа-демонстратора.

Летательный аппарат Phantom Swift сможет взлетать и садиться вертикально, зависать как вертолет и летать со скоростью 550-740 км/ч. Аппарат оснащен двумя большими вентиляторными подъемными двигателями, размещенными внутри фюзеляжа. Эти двигатели предназначены для создания подъемной силы при взлете, посадке и зависании. Горизонтальная тяга создается двумя поворотными вентиляторными двигателями, размещенными на концах крыльев. Таким образом, после взлета и набора скорости по-вертолетному большие вентиляторные двигатели отключаются, закрываются створками, и аппарат летит за счет подъемной силы крыльев и тяги малых двигателей.

Полноразмерный Swift Phantom будет иметь ширину 15,2 м, длину 13,4 м, массу до 5450 кг и сможет нести полезную нагрузку в размере не менее 40% от прогнозируемой полной массы транспортного средства.

Конструкция PhantomSwift может показаться нерациональной, ведь на большей части полета подъемные двигатели отключены и являются мертвым грузом, который «съедает» дефицитные объемы внутри фюзеляжа и снижает полезную нагрузку. Однако на серийной версии Phantom Swift будет использоваться легкий и компактный полностью электрический привод, который не требует громоздкой трансмиссии, что частично решает проблему. Пока подобных технологий еще нет, поэтому первый прототип будет оснащаться обычным газотурбинным двигателем CT7-8 General Electric, который используется на вертолете Sikorsky S-92.

Phantom Swift должен стать более надежной и быстрой альтернативой вертолетам и конвертопланам типа V-22 Osprey. Новый летательный аппарат, сообщает Popmech.ru, сможет прибывать в заданную точку в три раза быстрее, чем вертолет, в беспилотном или пилотируемом варианте доставлять  на передовую грузы, эвакуировать раненых, оказывать огневую поддержку войскам и вести разведку. Кроме того, PhantomSwift будет обладать уникальной маневренностью, например, зависнув на больших подъемных двигателях почти мгновенно разворачиваться на месте, менять высоту, наклон корпуса, быстро набирать скорость в любом направлении. Такое качество очень важно для штурмовой машины и особенно полезно в сложных условиях, например городской застройки.

Производственную линию размером тоньше волоса создали ученые Швейцарской высшей технической школы Цюриха. Эта платформа может собирать из простых соединений сложнейшие молекулы.

Миниатюрная копия производственной линии, состоит из системы транспортировки (конвейера), двух площадок для сборки изделий и  двигателя, который приводит все это в движение. Все это размещается на  микрофлюидной платформе, главный канал которой имеет диаметр всего 30 микрометров (в три раза тоньше волоса).

Изобретение является важным шагом на пути к заветной мечте человечества: созданию наноконвейеров для сборки разных полезных материалов. Представьте, что для  производства питательных веществ, лекарств, катализаторов, топлива, микрочипов, сборки микроэлектромеханических устройств, программирования ДНК и т.п. достаточно будет прогнать «суп» из сырья через «волшебную коробочку» микрофлюидной платформы. Теперь для этого нужно множество дорогостоящего громоздкого оборудования и высококлассные специалисты.

Микрофлюидная  платформа представляет собой чип с несколькими микроскопическими каналами, в которые закачивается  водный раствор различных компонентов. Внутри каналов находится «ковер» из моторных белков кинезинов. Эти белки выступают в качестве «мотора» для наноконвейера: проталкивают нанотрубки из полимера на основе белков. Эти нанотрубки будут основой будущих изделий (как кузов на автомобильном конвейере).

На микрофлюидной платформе 5 каналов с разными функциями: зона погрузки,  две монтажные станции и две конечные площадки (отводные трубки), куда доставляются готовые изделия.

Сначала на конвейере с двух площадок подается сырье, которое попадает на монтажные площадки,  где происходит сборка изделия. В экспериментах ученые использовали протеин NeutrAvidin: на первой монтажной площадке он прикрепляется к нанотрубкам, а на второй   соединяется с небольшим куском ДНК. Таким образом, формируется молекулярный комплекс с определенной структурой и свойствами – это конечное изделие. Теоретически, монтажных площадок может быть намного больше, а значит с помощью микрофлюидной платформы можно собирать даже очень сложные молекулы.

По словам ученых, пишет Popmech.ru, пока до внедрения наноразмерной производственной линии в промышленное производство далеко, в частности нужно создать технологию производства искусственных кинезинов и механизмы контроля работы крохотного конвейера. Тем не менее, то, что ученым удалось объединить все необходимые элементы в одном изделии – это уже большой успех.

Инновационный материал, преобразующий в тепло более 90% солнечного света, разработали ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего (США). Благодаря уникальной структуре наночастиц, из которых он состоит, материал способен выдерживать температуру свыше 700 °C и использоваться на открытом воздухе в течение многих лет, причем даже при повышенной влажности.

Достижение таких характеристик очень актуально, так как традиционные материалы, применяемые в концентрирующих солнечных коллекторах в настоящее время, имеют небольшой срок службы ввиду ухудшения свойств под влиянием тепловой энергии. В концентрирующих коллекторах для фокусировки света и преобразования его в электричество используются зеркала. Концентрированный свет нагревает воду, превращая ее в пар, который вращает турбину генератора, вырабатывающего электричество.

В основе новейшего материала лежит кремний с нанопокрытием на основе бора, сообщает Popmech.ru, ссылаясь на информацию Phys.org. Покрытие формируется с использованием частиц различного размера: от 10 нанометров до 10 микрометров, что позволяет материалу эффективно поглощать солнечное излучение, работая при высоких температурах.

Выполняет триллион циклов в секунду, то есть работает с частотой 1 терагерц, что на 150 миллиардов циклов быстрее, чем предыдущий рекорд. Таковы характеристики новой микросхемы (microchip), предназначенной усиливать сигналы. Этот чип разработан в Northrop Grumman Corp. на деньги DARPA (научное агентство Минобороны США).

С помощью нового чипа можно получить усиление 9 децибел при частоте 1 тгц и 8 децибел для 1.03 тгц. Для сравнения, чипы в стандартных мобильных телефонах работают примерно в 500 раз медленнее — на частоте около 2 гигагерц. Если новый чип сравнить с автомобилем, то он перемещался бы со скоростью 51500 км/ч, объяснил Билл Дил, руководитель программы разработок. При этом по размеру чип сопоставим с кристаллом соли. (Поясним, что децибел — это необязательно единица громкости, это еще и логарифмическая единица, используемая, чтобы выразить отношение между двумя величинами).

«Если вы когда-нибудь настраивали гитары, то знаете, что для извлечения высоких нот струна должна быть тоньше, легче и крепче, — объяснил Дев Палмер, руководитель программы терагерцового проекта DARPA. — С терагерцовыми транзисторами примерно то же». На низких частотах транзисторы могут быть довольно большими и не должны быть изготовлены с большой точностью, но чем ближе к терагерцовому диапазону, тем транзисторы становятся меньше и тем меньше допуск на ошибку.

Потенциальные области применения нового чипа включают системы создания изображения в самолете, что позволит самолетам «видеть» сквозь туман или дым. Подобные устройства могут видеть в дымке, потому что они работают в части электромагнитного спектра между микроволнами и видимым светом.

Приложения терагерцовой обработки работают в сетях связи с гораздо большей мощностью, а также в системах создания изображения с высоким разрешением и спектрометрах, которые могут обнаруживать токсичные химические вещества или взрывчатые вещества, говорят эксперты DARPA. Быстродействие важно для усиления сигналов по мощности, которое необходимо для генерации и детектирования высокочастотных сигналов.

В медицине, пишет Scientificrussia.ru, ссылаясь на веб-сайт Livescience, терагерцовая технология может быть использована для создания снимков высокого разрешения при ожогах. Лечение ожогов различно в зависимости от их тяжести, а новая система может различать ожоги второй и третьей степени.

Этот глаз человека сфотографирован с помощью Macropod — новейшей технологии визуализации, которая позволяет снять все ограничения глубины резкости, характерные для макросъемки.

Macropod берет несколько экспозиций снимка и склеивает их в одно сверхчеткое изображение с помощью программного обеспечения. Тем самым, пишет Popmech.ru, ссылаясь на публикацию в Gizmodo, технология превосходит предельную глубину резкости, присущую оптике, предназначенной для съемки мелких объектов. Macropod позволяет выбрать и сделать несколько экспозиций вдоль оси глубины, перекрывая по фокусу площадь каждой экспозиции с предыдущей и следующей. Эти изображения затем передаются в компьютер и объединяются в один снимок с помощью специальной программы, которая находит и склеивает сфокусированные пиксели от каждой экспозиции в одном изображении.

Установка циклонно-вихревого предтопка, разработанного в Дальневосточном федеральном университете (Россия), повышает коэффициент полезного действия на 6−8%, в зависимости от вида используемого топлива.

Циклонно-вихревой предтопок обеспечивает предварительное выгорание топлива вместо прямого поступления пламени в котел, обеспечивая полное сжигание. Благодаря этому он способен заменить использующуюся сегодня горелочную технологию, при этом его достоинство — возможность перехода со сжигания газа на резервное жидкое топливо без остановки котла.

Для разработки технической новинки ученые использовали принцип, выведенный из исследований аэродинамики торнадо и атмосферных циклонов. Основная функция циклонно-вихревого предтопка — смешивая в сильно закрученных потоках топливо с воздухом в предварительной камере сгорания, обеспечивать поступление продуктов горения в котел. Особенность конструкции, создающей объемное пламя, позволяет заменить от трех до десяти горелок одним предтопком.

Гарантийный срок работы циклонного предтопка — 8−14 лет, что в 3−4 раза дольше, чем у стандартных горелок. Кроме того, технология повышает экологичность производства. Концентрация окиси азота в выбросах снижается с 120 мг/м³ до 70 мг/м³.

Ключевой особенностью является наличие камеры предварительного сгорания с комбинированным подводом воздуха и газа, что позволяет при больших тепловых напряжениях и высокой турбулентности потока эффективно смешивать в ней топливо и воздух.

Технологическое решение об использовании предтопка, сообщает  Popmech.ru, уже реализовано на 30 объектах Дальнего Востока.