Топливные элементы на метаноле или водороде достаточно давно используются для питания мощных автономных систем и даже попытались проникнуть в компьютеры и бытовую технику. Но чего до сих пор не было, так это предложения использовать жидкое топливо — электролит — для охлаждения микросхем. Подобный охлаждающий и одновременно питающий микросхему элемент создали в исследовательском центре IBM на базе Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich). Утверждается, что для проточных батарей разработка обладает рекордным показателем выработки электроэнергии на уровне 1,4 Вт на квадратный сантиметр.

В будущем чипы могут стать «многоэтажными», включая навесной монтаж системы микроохлаждения (IBM Research Zurich)

Прототип батареи и охладителя представляет собой многослойную структуру толщиной всего 1,5 мм. С внешних сторон — это два массива полимерных клиновидных микроканалов, задача которых заключается в том, чтобы электролит под давлением потока продавило на другой уровень через электроды (анод и катод) и пористую мембрану, разделяющую электроды. На каждый уровень подаётся электролит со своим химическим составом. Проникая на другой уровень, электролиты смешиваются, запуская окислительно-восстановительную реакцию с выработкой электроэнергии. Система подачи жидкостей (электролита) замкнутая. На работу помпы уходит примерно 400 мВт, оставляя 1 Вт энергии для питания чипа.

Структура и принцип работы проточной батареи IBM (Marschewski et al. Energy and Environmental Science 2017)

Кроме выработки электроэнергии, как уже сказано выше, поток электролита отводит тепло от поверхности микросхемы, с которой соприкасается проточная батарейка. Отметим, химическая реакция также производит тепло, но его уровень существенно меньше, чтобы не мешать охлаждению чипа. В перспективе, уверены разработчики, проточные батареи помогут значительно уменьшить габариты мобильных устройств за счёт отказа от сравнительно больших (и потенциально опасных) литиево-ионных аккумуляторов. Также ускорится «зарядка» гаджетов с питанием от проточных батарей, ведь для этого надо будет всего-навсего заменить резервуар с выработанным электролитом.

Микрофотография полимерных каналов (Marschewski et al. Energy and Environmental Science 2017)

Интересным применением метода питания с охлаждением разработчики видят в солнечной энергетике. Проточные батареи с функцией отвода тепла могут не только повысить срок эксплуатации кремниевых фотоэлементов (за счёт снижения рабочей температуры), но также смогут запасать энергию в проточном электролите — заряжаться.

В декабре прошлого года Huawei заинтриговала общественность новостью о работе специалистов дочерней Watt Laboratories над графеновым аккумулятором, обещавшим произвести революцию в отрасли. Однако после анонса прототипа вопрос о коммерческом релизе подобных аккумуляторов остался открытым вместе с вопросом о чётком понимании отрасли применения таких устройств. 

Пока Huawei вместе с Watt Laboratories заняты проектом, малоизвестная китайская фирма WPG, также активно занимающаяся вопросом использования графена в источниках питания, готовится вывести на рынок сразу два инновационных резервных аккумулятора. Ёмкость первой модели из серии WPG Graphene составит 5000 мА·ч, а «вместительность» второго устройства достигает значения в 10 000 мА·ч. Каким преимуществом обладают модели WPG Graphene в сравнении с обычными аккумуляторами, находящимися в продаже? Для зарядки фирменной портативной батареи на 5000 мА·ч понадобится всего 10-минутное подключение к домашней сети.

Модели WPG Graphene 5000 мА·ч и 10 000 мА·ч получили поддержку технологии быстрой зарядки Qualcomm Quick Charge 3.0, что означает возможность функционирования 18-Вт резервного источника питания в режимах с выходными параметрами от 5 В и 3 А до 12 В и 1,5 А. Сверхскоростное восполнение заряда самой батареи осуществляется при 12 В с током в 5 А. Разработчики заявляют, что за счёт использования графена их устройства не будут подвержены перегреву. 

Сбор средств на производство графеновых новинок осуществлялся руководством WPG посредством краудфандинговой площадки Jingdong, где за 10 дней до завершения процедуры финансирования стартап привлёк свыше $40 тыс. Резервный аккумулятор WPG Graphene 5000 мА·ч для участников кампании обошёлся на стадии предзаказа в $26. Стоимость ограниченной партии устройств с ёмкостью 10 000 мА·ч брала начало с $35.

Благодаря ряду замечательных качеств — например, высокая прочность и отличная проводимость электронов — углеродные нанотрубки считаются сверхперспективным материалом для производства аккумуляторных батарей, микроэлектроники и других приборов. По данным компании LG Chem, до 2020 года потребность в нанотрубках во всём мире ежегодно будет расти на 10 % — с 824 тонн в 2015 году до 1335 тонн в 2020 году.

Завод LG Chem по выпуску углеродных нанотрубок в городе Йосу (LG Chem)

Сейчас крупнейшими заводами по производству материалов на основе углеродных нанотрубок располагают компании SUSN Sinotech в Китае (600 тонн в год), C-Nano в США (500 тонн) и Showa Denko в Японии (500 тонн). Новый завод компании LG Chem, который заработает к концу 2017 года, при выходе на плановую мощность будет выпускать ежегодно до 400 тонн углеродных нанотрубок.

Нанотрубки найдут применение в микроэлектронике...

Предприятие LG Chem по выпуску углеродных нанотрубок строится в городе Йосу, провинция Чолла-Намдо, Южная Корея. На строительство уже затрачено порядка 25 млрд вон ($21,4 млн). На полную мощность предприятие выйдет в 2018 году. LG Chem будет располагать четвёртыми в мире по объёму мощностями для выпуска нанотрубок, что обеспечит ей полную независимость от поставщиков этого рукотворного материала. Так, например, компания LG Chem уже использует состав из нанотрубок для производства высокоэффективных электродов для аккумуляторов, потребность в которых быстро растёт на фоне развития электротранспорта.

...и в аккумуляторах для автомобилей (China Business News)

Инвестиции в разработку технологий, связанных с углеродными нанотрубками, компания LG Chem начала вкладывать в 2011 году. Через два года после этого компания возвела свой первый опытный завод для выпуска нового материала с выходом продукции на уровне 20 тонн в год. В последующие годы LG Chem провела дополнительные изыскания и получила на родине и за рубежом порядка 250 патентов по данной теме. Тем самым можно утверждать, что компания создала прочный фундамент для нового вида бизнеса. В 2019 году компания планирует построить ещё одно предприятие по выпуску углеродных нанотрубок. Всё будет зависеть от рыночной ситуации на тот момент.

Ведомство по патентам и товарным знакам США выдало компании Apple патент на устройство, которое в документе обозначено как «сублиматор/испаритель» (sublimator/vaporizer). Однако в современном английском языке слово vaporizer обозначает ещё и электрический прибор для курения, из-за чего многие СМИ поспешили известить общественность о планах купертиновцев наладить выпуск электронных сигарет.

macrumors.com 

Конечно, курильщики из числа преданных фанатов «яблочного» бренда наверняка обрадовались бы такой новинке, но в обозримом будущем им всё же придётся обходиться приспособлениями других производителей либо бросать вредную привычку, поскольку к курению запатентованное устройство абсолютно никакого отношения не имеет.

На самом деле в документе описывается установка, предназначенная для осуществления процессов химического осаждения из газовой фазы или травления. Подобные технологические приёмы широко распространены в полупроводниковой индустрии, что, согласитесь, гораздо ближе к основному бизнесу Apple, чем электронные сигареты. О том, что речь в патенте идёт именно о полупроводниках, доказывает и имя изобретателя. Тэцуя Исикава (Tetsuya Ishikawa) является специалистом компании в области нанотехнологий и фотолитографии, а также автором ряда других патентов на тему производства полупроводников.

Список используемых в производстве телевизоров технологий LG пополнился ещё одной, получившей название Nano Cell (дословно — наноэлементы). Компания анонсировала серию телевизоров Super UHD, все три модели в которой (SJ8000, SJ8500 и SJ9500) будут оснащены ЖК-панелями с частицами равного размера, обеспечивающими более правильную цветопередачу, причём даже при просмотре сбоку. Технология поглощает излишки световых волн, предотвращая искажения цветов, затухание и другие нежелательные эффекты, уменьшающие яркость изображения.

Также LG объявила о партнёрстве с Technicolor с намерением улучшить цветопередачу через специальный режим Technicolor Expert и поддержку усовершенствованной технологии HDR. Как уверяет компания, в сочетании с Dolby Vision, HDR10 и High Log Gamma это обеспечит наиболее правильную цветопередачу.

Что касается технологии HDR, то компания планирует улучшить и её, причём ощутить преимущество можно будет и без специального контента. Благодаря вышеупомянутым наноэлементам в телевизорах появится функция Active HDR, помещающая в отдельные зоны каждого кадра HDR-данные и делающая изображение более контрастным.

Обновлённая операционная система webOS также должна упростить жизнь обладателям новых моделей телевизоров LG. Кнопка Magic Link на пульте предоставит быстрый доступ к любимым фильмам и сериалам из сервисов вроде Netflix и их подробностям — например, информации об актёрском составе. А при подключении через USB компьютера или телефона можно будет просматривать 360-градусные видеоролики.

Подробностей о новой серии пока не очень много, но известно, что толщина SJ9500 с учётом рамки в самом тонком месте составит всего 0,68 см.

Ракетно-космическая корпорация (РКК) «Энергия» испытала в действии наземную установку, предназначенную для беспроводной передачи энергии. Эксперимент увенчался успехом: с помощью лазерного луча мощностью 5 Вт была произведена зарядка мобильного телефона на расстоянии 1,5 км.

Как пояснили РБК представители пресс-службы РКК «Энергия», передача лазерного луча осуществлялась при помощи специальной излучающей и принимающей установок, которая преобразовала луч в энергию. Теперь системе предстоит пройти аналогичные испытания на орбите.

При этом инженеры ракетно-космической корпорации в успехе технологии нисколько не сомневаются и прочат ей большое будущее. Ожидается, что уже через пару-тройку месяцев специалисты предприятия смогут заряжать на расстоянии небольшой беспилотник, а через год система станет пригодна и для работы с «большим профессиональным беспилотником».

В космическом эксперименте планируется передавать энергию с МКС на транспортный грузовой корабль «Прогресс», который будет отведен от станции на расстояние один –два километра. Для калибровки системы наведения луча на испытательном полигоне РКК подготовили специальную трассу и разместили на ней излучатель и приёмник на расстоянии 1,5 км друг от друга. По оценке разработчиков, КПД всего тракта составляет 10–20 %, однако уже сейчас имеется всё необходимые для того, чтобы повысить его  до 30 %.

Подобные лазерные системы в перспективе позволят передавать электроэнергию от космических аппаратов с достаточно мощными энергетическими установками на другие космические аппараты, оборудованные приёмниками-преобразователями. Это открывает новые горизонты в освоении космического пространства. Впрочем, технологии можно найти и более «приземлённое» применение — как вариант, приспособить для проверки удалённых объектов на наличие взрывчатых веществ, что позволит сотрудникам правоохранительных органов работать на безопасном расстоянии от предполагаемого места взрыва.

В Сколково работает отечественная компания «Моторика», которая занимается разработкой и производством индивидуальных детских тяговых протезов «КИБИ», заменяющих кисть руки. Речь может идти о детях с ампутированными по какой-то причине кистями, врождёнными аномалиями развития или дегенеративными заболеваниями конечностей. Компания занимается разработкой и других протезов, в том числе для взрослых людей. У компании существуют разработки и бионических протезов, работающих за счёт считывания электрических импульсов с мышц.

При этом благодаря социальным гарантиям Российской Федерации получить протез на травмированную конечность пациент может бесплатно. В каждом случае необходим индивидуальный подход, учитывающий особенности физиологии и возраста конкретного пациента. В настоящее время компания испытывает уже готовый миопротез, стоимость которого будут примерно в 5 раз ниже аналогов.

Благодаря промышленному 3D-принтеру можно создавать не только индивидуальные протезы, но также выполнять их в различных цветах и наносить любые рисунки и надписи. Протез не только компенсирует утраченные возможности, но и даёт новые. С помощью особого держателя на протезе можно закреплять различные аксессуары вроде пульта управления мини-дроном. Не говоря уже о том, что протез даёт такие бонусы, как, например, возможность без ущерба достать из кипящей воды яйцо.

Руководитель «Моторики» Илья Чех

В октябре разработчики собираются продемонстрировать работу своего миопротеза в Цюрихе на соревнованиях киборгов Cybathlon. 13 августа в Москве прошло первое такое соревнование киборгов в России в рамках подготовки к швейцарскому этапу. Кстати, выглядят существующие протезы «КИБИ» весьма интересно, напоминая футуристические игры вроде Deus Ex:

Компания постепенно расширяет свою деятельность. Например, на днях в Нижнем Новгороде, где больные уже могут установить бесплатно тяговые протезы кисти «КИБИ», вместе с Приволжским федеральным медицинским исследовательским центром была начата новая реабилитационная программа. Теперь пользователи будут проходить международные системы тестов для оценки функциональной состоятельности протезов рук, чтобы определить степень самообслуживания.

В марте этого года бельгийский исследовательский институт IMEC открыл технологическую площадку для освоения производственных норм менее 7 нм. Это один из немногих европейских научных центров, успешно действующих в этой области, и уже демонстрировавший рабочий образец 5-нм чипа.

Теперь и компания ARM объявила о стратегическом партнёрстве с IMEC в рамках программы INSITE по отладке передовых процессов печати чипов с высокой плотностью размещения транзисторов. Программа была запущена в 2009 году и теперь начитывает более 10 участников, заинтересованных в ускоренном освоении сложных полупроводниковых техпроцессов и снижении рисков. Она позволяет на раннем этапе узнать спецификации технологии, принять решения о необходимых изменениях в дизайне и составить план создания конечной продукции.

ARM сконцентрируется на проблемах проектирования схем и архитектуры системного уровня для оптимизации мощности, производительности, площади и стоимости чипов. IMEC также сообщила о начале сотрудничества с Synopsys в области экранирования и внедрения альтернативных металлов для соединений и материалов затворов при 7-нм и более тонких нормах.

Средства проектирования Synopsys позволяют оценить проводимость материалов путём симуляции процессов на ранних этапах разработки, когда данные о пластине ещё не определены, и на стадиях оптимизации и внедрения технологии, что позволяет сократить расходы на печать тестовых пластин.

Оптимизация продвинутых норм техпроцесса — это крайне сложная задача. Перед разработчиками сейчас стоит сложный выбор большого числа потенциальных дизайнов 7-нм микросхем.

Компания GlobalFoundries осваивает новые направления в производстве микросхем. Очередным техпроцессом, внедрённым на линиях компании, стал SiGe 8XP. Из названия следует, что при производстве полупроводников используется комбинация кремния и германия. Германий в сочетании с кремнием позволяет создать решения, работающие на недостижимых для обычного КМОП-процесса частотах. Так, техпроцесс SiGe 8XP позволяет выпускать решения с рабочей частотой до 340 ГГц.

Работа на высоких частотах требуется для создания телекоммуникационной аппаратуры. Новый техпроцесс с технологическими нормами 130 нм позволит выпускать решения для автомобильных радаров, спутниковой связи, базовых станций сотовой связи, включая чипы для работы в сетях пятого поколения и многое другое. Разработчики подчёркивают, что новый SiGe-техпроцесс GlobalFoundries позволит создать радиочастотные микросхемы дешевле, чем в случае использования арсенида галлия и более прогрессивные, чем в случае традиционного КМОП-техпроцесса.

Схематическое изображение в разрезе модели HBT-транзистора. Справа на картинке расположение электромагнитных полей в приборе (Tuhin Guha Neogi)

Прогресс в характеристиках радиочастотных чипов с использованием техпроцесса SiGe 8XP достигнут по нескольким направлениям. Во-первых, улучшены биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT). Рабочие шумы приборов снижены, параметры стали стабильнее. Во-вторых, при изготовлении микросхем используется медная металлизация. Применение меди расширило на 25 % диапазон рабочих токов и рабочих температур. В-третьих, чипы SiGe 8XP можно использовать в составе мночиповых (модульных) составных микросхем с помощью межслойных TSVs соединений. Это приведёт к появлению процессорных сборок с интегрированными радиомодулями.

В заключении напомним, что компания GlobalFoundries совершенствует техпроцессы для выпуска радиокомпонентов по двум направлениям. Первое и основное — это заводы, технологии и штат инженеров компании IBM, которые стали собственностью GlobalFoundries летом прошлого года. Второе — компания GlobalFoundries заключила стратегическое соглашение с бельгийским центром IMEC по интеграции радиомодулей в состав SoC. Как видим, наследие и сотрудничество принесло свои плоды.