Сегодня 27 января 2023
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
Теги → графен
Быстрый переход

Учёные вырастили «человеческий мозг», который прижился в мозгу мыши и начал реагировать на свет

Выращенные из стволовых клеток ткани человеческого мозга имплантировали в мозг мыши, после чего учёные впервые смогли наблюдать за реакцией внешних раздражителей на вживлённые в чужеродный мозг искусственные ткани. Помогли в этом специальные графеновые электроды, которые сочетали прозрачность и электрическую чувствительность.

 Источник изображения: David Baillot

Источник изображения: David Baillot

Прогресс в исследованиях со стволовыми клетками дошёл до того, что учёные научились выращивать трёхмерные клеточные популяции, имитирующие настоящие органы человека. И хотя до выращивания полноценных органов ещё далеко, органоиды открывают возможность изучать влияние лекарств и процессов максимально близко к биохимическим процессам в органах живых людей без необходимости рисковать здоровьем пациентов в клинических испытаниях. По крайней мере, на раннем этапе испытания лекарств.

Ранее мы сообщали, что учёные провели ряд экспериментов с органоидом мозга человека — клеточной популяцией, выращенной из индуцированных стволовых клеток в примитивное подобие человеческого мозга. В Стэнфордском университете учёные не только смогли научить органоид мозга играть в компьютерную игру Pong, но также провели опыт по имплантации тканей органоида в мозг новорожденных крыс, где те успешно прижились.

Исследователи из Калифорнийского университета (UC) в Сан-Диего развили работу коллег, показав, что органоиды человеческого мозга, имплантированные мышам, способны реагировать на внешние раздражители. В частности, ткани органоида мозга были вживлены в зрительную кору мышей.

Для контроля над экспериментом поверх клеток органоида расположили прозрачный графеновый электрод. Прозрачный электрод позволил изучать ткани мозга на глубину с помощью двухфотонного лазерного микроскопа. Это позволило увидеть, как кровеносные сосуды мозга мыши проникают в органоид и начинают питать его всем необходимым для жизни клеток. Электрические датчики графенового электрода снимали активность нейронов в органоиде и в родной зрительной коре мозга мыши.

Опыт показал, что вспышки света перед глазами мыши сопровождались активностью тканей органоида. Проще говоря, ткани «человеческого» мини-мозга вжились в структуру мозга мыши и начали принимать участие в его работе по прямому назначению — реагировать на внешние раздражители. В данном случае — на свет, что позволило впервые уверенно сказать, что искусственный мозг ведёт себя как настоящий. На таком мозге возможно будет испытывать новые лекарства и проверять новые методики, а значит, дело с поиском средств для лечения множества опасных и даже смертельных болезней пойдёт намного быстрее.

TeamGroup представила твердотельные накопители MP44L M.2 с графеновой наклейкой-радиатором

Компания TeamGroup анонсировала твердотельные накопители MP44L M.2 SSD, использующие для обмена данными с компьютером интерфейс PCIe 4.0. Изделия получили уникальную технологию охлаждения под названием Heat Dissipating Graphene SSD Label.

 Источник изображений: TeamGroup

Источник изображений: TeamGroup

Применена теплорассеивающая графеновая наклейка, состоящая из теплопроводных материалов общей толщиной менее 1 мм. Наклейка плотно прилегает к накопителю, что значительно повышает эффективность отвода тепла. Диапазон рабочих температур — от 0 до плюс 70 градусов Цельсия.

Изделия выполнены в соответствии со спецификацией NVMe 1.4. В семейство вошли модели вместимостью 250 и 500 Гбайт, а также 1 и 2 Тбайт. Скорость чтения данных варьируется от 4650 до 5000 Мбайт/с, скорость записи — от 1900 до 4500 Мбайт/с. Показатель IOPS (операций ввода/вывода в секунду) достигает 525 тыс. при произвольном чтении и 550 тыс. при произвольной записи.

Упомянута технология LDPC (Low Density Parity Check Code), которая отвечает за обеспечение точности при передаче данных. Гарантия производителя — пять лет.

Цена версий на 250 Гбайт, 500 Гбайт, 1 Тбайт и 2 Тбайт составит соответственно 50, 80, 136 и 288 долларов США. Продажи начнутся в конце августа.

Предложена концепция магнитоэлектрического транзистора — идеального для организации оперативной памяти

Группа американских учёных предложила и испытала концепцию транзистора, состояния которого переключаются под воздействием элементарной намагниченности. К затворам таких транзисторов не нужно прикладывать напряжение, что ведёт в итоге к значительным расходам энергии. Вся схема работает на управляемой ориентации спинов атомов вещества в подложке транзистора. Это снизит потребление, а также позволит создавать сверхкомпактные ячейки памяти.

 Источник изображения: University of Buffalo / Advanced Materials

В зависимости от направления спинов атомов вещества подложки (красные или зелёные стрелки), электроны в слое графена отклоняются влево или вправо. Источник изображения: University of Buffalo / Advanced Materials

Целью работы, публикация которой состоялась в журнале Advanced Materials, было представить доказательства надежного спин-зависимого транспорта в монослое графена, осажденного на поверхность антиферромагнитного (AFM)/магнитоэлектрического оксида хрома (Cr2O3). Иными словами, учёные брались доказать, что в атомарно тонком слое материала с электронной проводимостью (на примере графена, но это могут быть любые другие 2D-материалы) возможно уверенно регистрировать сигналы после влияния на этот материал спиновым (магнитным) воздействием.

Графен, как и любой другой атомарно тонкий материал, интересен тем, что электроны в нём продвигаются на относительно большие расстояния без изменения ориентации спина (направления магнитного диполя). В сочетании с оксидом хрома проявились интересные свойства графена. Приложение небольшого напряжения к оксиду хрома выстраивало спины атомов этого вещества на его поверхности в месте контакта с графеном строго в определённой ориентации в зависимости от полярности приложенного напряжения: вверх при подаче на контакт положительного напряжения и вниз при подаче отрицательного.

При этом электроны в слое графена, лежащего непосредственно на поверхности оксида хрома, чутко реагировали на смену ориентации спинов атомов оксида хрома. Подчеркнём, как таковое магнитное поле вокруг слоя графена отсутствовало. Реакция спинов электронов в графене была исключительно на ориентацию спинов атомов подложки. В одном случае спины электронов в графене дружно отклонялись влево, а в другом случае — вправо. И этот сигнал был чётко различимым при температурах вплоть до комнатных.

Поскольку предложенный транзистор работает без переключения токов, он может сохранять установленное состояние даже после снятия питания. Это упростит организацию ячеек памяти и запоминающих устройств. Впрочем, предложенная концепция и выбор графена, а также оксида хрома к нему в пару — это лишь начало. Научные коллективы по всему миру могут начать проводить эксперименты в этом направлении, используя интересные для них материалы. Работа на общий результат приведёт к ещё более удивительным открытиям.

Российские учёные объяснили методику недорогого производства высококачественного графена

С момента вручения Нобелевской премии за эксперименты по исследованию графена прошло более десяти лет, но эффективной и недорогой методики для его массового производства как не было, так и нет. Правда, есть наблюдения, которые могут в этом помочь. Одно из них теоретически обосновали российские учёные, что открывает путь к перспективной и доступной технологии для выпуска высококачественного графена в промышленных масштабах.

 Источник изображения: Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ

Источник изображения: Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ

Несколько лет назад в одном из исследований учёные из «Сколтеха» обнаружили, что графен высокого качества получается при импульсном нагреве лазером оксида графена до 3300–3800 К в обычной воздушной атмосфере. Удивительное в этом было то, что углеродные материалы хорошо горят в атмосферном кислороде при температуре в 5 раз меньшей. Тем не менее, «закалка» лазером давала хорошо структурированный графен, что требовало своего теоретического обоснования.

Воспользовавшись методами суперкомпьютерного атомистического моделирования, российские учёные изучили процесс восстановления оксида графена при высоких температурах. Более того, учёные воспроизвели схему коллег и повторили эксперименты с тем же результатом. Моделирование показало работу двух противоположных процессов одновременно: один из них сопровождался горением материала, а другой — процессами структурирования. Расчёты показали, что оксид графена выгорал на дефектах и границах графеновых листов, где атомы углерода были наиболее химически активны, а упорядочивание структуры происходило в центральных областях.

Рассмотренная методика интересна тем, что использование лазера для восстановления графена привлекательно своей дешевизной и возможностью контролируемо управлять качеством получаемого материала. Сам оксид графена при этом получается химическим путём из обычного графита. Будет ли предложенная методика реализована в производстве, остаётся только догадываться. Статья о работе опубликована в издании Carbon.

Китайцы создали самый маленький транзистор — он получил 0,34-нм затвор и это предел для существующих материалов

Группа китайских учёных придумала необычный дизайн транзистора. Благодаря уникальной конструкции они изготовили самый маленький в мире транзистор с длиной затвора всего 0,34 нм. Дальнейшее уменьшение длины затвора с использованием традиционных техпроцессов в принципе невозможно, ведь речь идёт о длине затвора, равной ширине одного атома углерода.

 Источник изображения: John Timme /

Источник изображения: John Timme / arstechnica.com

О своём изобретении учёные рассказали в свежей статье в журнале Nature. В открытом доступе статьи пока нет. Отметим также, что разработка носит экспериментальный характер и не может похвастаться интересными характеристиками. Тем не менее, китайские учёные доказали жизнеспособность концепции, её работоспособность и повторяемость в случае использования традиционных техпроцессов.

Новый транзистор учёные назвали вертикальным транзистором с боковой стенкой. Идею вертикального расположения транзисторного канала, кстати, недавно реализовали также компании Samsung и IBM, о чём мы в своё время рассказывали. Но китайские разработчики смогли удивить. Затвор в новом транзисторе представляет собой срез одного атомарного слоя графена, а его толщина, как известно, равна толщине одного атома углерода или примерно 0,34 нм. И самое удивительное, что для изготовления затвора такой длины не нужны никакие современные литографические сканеры. Все необходимые тончайшие компоненты создаются с помощью процессов осаждения в вакууме.

Как это происходит? Берётся обычная кремниевая подложка. Она играет роль основания. В электрических процессах кремний никак не участвует, хотя, теоретически, может защищать от токов утечек. На кремниевом слое из сплава титана и палладия изготовлены две ступеньки. На верхнюю ступеньку укладывается лист графена. Точность при этом не нужна. Она будет достигаться позже обычным травлением. На лист графена укладывается слой предварительно окисленного на воздухе алюминия. Окисел служит изолятором для структуры. Поэтому алюминий в электрической цепи транзистора не участвует, хотя полной ясности в назначении алюминиевой прослойки нет.

После укладки алюминия производится обычное травление, в ходе которого обнажается край графена, включая срез алюминиевой накладки. Тем самым формируется затвор из графена длиной 0,34 нм с точно выверенной топологией. Чуть выше него обнажается срез алюминия, который уже может образовать электрическую связь с затвором, но не прямую. На этом этапе на обе ступеньки и на боковую стенку наносится тончайший слой оксида гафния — изолятора, который исключает электрическую связь затвора с остальной структурой транзистора и, в частности, с каналом транзистора.

Поверх диэлектрика из оксида гафния наносится тончайший близкий к атомарной толщине слой дисульфида молибдена (MoS2). Дисульфид молибдена — полупроводник, он играет роль канала транзистора, которым управляет затвор в виде среза графена. Получается структура толщиной около двух атомов, с затвором длиной в один атом. Сток и исток у транзистора — это металлические контакты, нанесённые на дисульфид молибдена. Изящное решение проблемы закона Мура и, судя по всему, на этом его действие будет завершено, если говорить о традиционных техпроцессах.

Учёные обнаружили аномально сильное поглощение света намагниченным графеном — открытие пригодится в фотонике и для связи 6G

Исследователи из МФТИ, университета Регенсбурга (Германия), Массачусетского технологического института и университета Канзаса (США) обнаружили аномально сильное поглощение света в намагниченном графене. Явление обещает помочь в разработке чрезвычайно компактных устройств связи, чувствительных датчиков и систем генерации электричества от солнечной энергии. Работу сочли достойной публикации в Nature Physics — самом престижном издании по физике.

 Источник изображения: «За науку»

Источник изображения: «За науку»

Усиление взаимодействия света и вещества — это одна из проблем современной физики, как и проблема локализации энергии на участках намного меньше длины волны падающего излучения. Практическое решение последней проблемы, к примеру, позволит создавать антенны для связи 6G очень и очень маленькими — намного меньше длины волны рабочего излучения, что обещает снижение габаритов приёмников и устройств.

В поисках решения этих двух проблем учёные из России, США и Германии изучали воздействие терагерцового излучения (в виде лазерного луча) на графен, помещённый в электромагнитное поле. Соблюдение всех условий вело к одновременному возбуждению в графене двух видов резонансов — плазмонного и циклотронного. А резонансные явления, как известно, усиливают эффекты взаимодействия во всех случаях, чему найдётся масса практических применений от более эффективных фотоприёмников до новых поколений мобильной связи.

«Факт усиления поглощения при возбуждении медленных поверхностных волн был известен достаточно давно, — рассказывает Денис Бандурин, сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ. — Однако раньше считалось, что поверхностные волны в полупроводниках не могут быть медленнее, чем электроны, которые движутся в волне. Для графена скорость электронов где-то в 300 раз медленнее скорости света. Наше исследование показывает, что предела для замедления света фактически не существует — он может быть замедлен до полной остановки при включении уже небольшого магнитного поля».

Графен в созданных в лаборатории условиях повёл себя необычно в том смысле, что совместил в себе три функции: генератора фототока, антенны и поглотителя. Традиционно в полупроводниковой промышленности каждая из представленных выше функций решается разными приборами на основе разных же материалов. Отдельного упоминания заслуживает факт поглощения падающего излучения при размере элемента много меньше длины волны излучения — это бонус в виде компактности.

«Мы ожидаем, что графен в магнитном поле может оказаться сверхпоглотителем, — комментирует соавтор исследования Дмитрий Свинцов, заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ. — То есть он будет захватывать свет не только с площади, превышающей свой геометрический размер. Он сможет захватывать свет с площади, большей квадрата длины волны. Аномально малая скорость плазмонов в намагниченном графене создает для этого все предпосылки». Подробнее об исследовании можно прочесть в журнале «За науку».

Scythe выпустила термопасту Thermal Elixer G с графеном

Известный японский производитель систем охлаждения Scythe сообщил о выпуске новой термопасты Thermal Elixer G (SCTEG-1000). Особенностью новинки является наличие в её составе частиц графена, характеризующегося высокими показателями теплопроводности.

 Источник изображения: Scythe

Источник изображения: Scythe

Термопаста Scythe Thermal Elixer G предназначена для использования с высокопроизводительными процессорами и видеокартами. По словам производителя, новинка обладает превосходными характеристиками и долговечностью. По словам компании, срок службы после нанесения составляет как минимум пять лет.

Показатель теплопроводности составляет 11 Вт/м·К, удельное тепловое сопротивление — 0,01 °C-дюйм/Вт. Вязкость равна 600 кПс. Термопаста Thermal Elixer G рассчитана на температуры от -20 °C до +120 °C.

В комплект поставки входят шприц с 3,5 г термопасты, шпатель для нанесения и салфетка для очистки. Рекомендованная розничная цена Scythe Thermal Elixer G составляет около 15 долларов. Продажи новинки в США уже начались.

Китайский кроссовер GAC Aion LX Plus с запасом хода 1008 км поступит в продажу в январе

Только в 2020 году компания GAC начала экспериментировать с использованием губчатого графена при производстве литиевых аккумуляторов, а в этом месяце китайский производитель уже заявил, что в январе следующего года начнёт продажи кроссовера Aion LX Plus, использующего это ноу-хау для увеличения запаса хода до 1008 км в сочетании с наличием тяговой батареи на 144 кВт·ч.

 Источник изображения: Nikkei Asian Review

Источник изображения: Nikkei Asian Review

Как и планировалось, новинку GAC представила на отраслевом мероприятии в Гуанчжоу. Применение губчатого графена для создания отрицательного электрода тяговых аккумуляторов позволило китайской компании на 20 % уменьшить объём тяговой батареи и на 14 % снизить её массу. Плотность хранения заряда при этом выросла до впечатляющих 205 кВт·ч/кг. Запас хода для модификации кроссовера с батареей ёмкостью 144 кВт·ч способен достигать 1008 км по китайскому циклу CLTC. Машина оснащена двумя электромоторами совокупной отдачей 540 кВт (725 лошадиных сил) и двухступенчатой коробкой передач. До 100 км/ч кроссовер способен разгоняться за 2,9 секунды. В составе систем активной помощи водителю работают три лидара RoboSense с функцией автофокуса.

Электромобиль, который выйдет на китайский рынок в январе следующего года, сможет пополнять заряд от фирменных станций нового поколения мощностью 480 кВт. Предусмотрены и моноприводные модификации с единственным электродвигателем мощностью 180 кВт (245 л.с.) или 240 кВт (326 л.с.). Стоимость новинки не уточняется и будет объявлена позже. До сих пор близкий запас хода более 800 км среди электромобилей могли предложить только серийный седан Lucid Air и готовящийся к анонсу Tesla Roadster второго поколения, но момент начала производства последнего регулярно откладывается.

По итогам текущего года объёмы продаж автомобилей с тяговыми электродвигателями в том или ином виде на китайском рынке должны превысить 3 млн штук. К середине десятилетия власти КНР рассчитывают довести долю новых транспортных средств такого типа до 20 %, но независимые эксперты считают, что фактически она даже может достичь 30 % к указанному сроку.

Китайская GAC скоро выпустит электромобиль Aion LX Plus с запасом хода более 1000 км

Год назад стало известно о намерениях китайского автоконцерна GAC начать испытания электромобилей на базе аккумуляторов с использованием графена, которые не только позволяют увеличить запас хода, но и ускорить процесс зарядки. Похоже, что готовящийся к выходу на рынок кроссовер Aion LX Plus получит как раз такой аккумулятор, поскольку для машины заявлен запас хода более 1000 км.

 Источник изображения: GAC Motor

Источник изображения: GAC Motor

Илон Маск (Elon Musk) не так давно заявил, что нет особого смысла создавать электромобили с запасом хода более 500‒600 км, ибо мало кто проезжает больше без остановки, а перерыв на отдых между отрезками пути как раз можно использовать для подзарядки тягового аккумулятора. Это не мешает конкурентам Tesla создавать электромобили, отличающиеся более впечатляющим запасом хода на одной зарядке. Например, в Китае уже проходит сертификацию кроссовер Aion LX Plus, для которого заявленная характеристика достигает 1008 км по условному циклу NEDC.

В основе тяговой батареи этого электромобиля, как предполагает Electrek, должны лежать усовершенствованные литиевые аккумуляторы, сочетающие никель, кобальт, марганец и алюминий. Главным новшеством должно стать использование губчатого графена, который не только увеличивает плотность хранения заряда, но и допускает использование более высоких токов при зарядке. Размеры батареи можно уменьшить на 20 %, а её вес — на 14 %.

По сравнению с предшествующим кроссовером Aion LX, в версии Plus размеры тяговой батареи не изменились, а запас хода вырос с 650 до 1008 км. Ёмкость тягового аккумулятора новой версии достигает 144 кВт‧ч. Формальный дебют кроссовера должен состояться на мероприятии 19 ноября. Аккумуляторы нового типа, согласно распространённой ранее информации, позволяют за восемь минут восполнить заряд с нуля до 80 %. Концерн GAC планирует расширять сеть зарядных станций мощностью 450 кВт, которые позволят ещё сильнее сократить время зарядки.

Шведские учёные увеличили ёмкость натрийионных аккумуляторов

Учёные Технического университета Чалмерса (Швеция) с помощью графена создали новый тип анода для натрийионных аккумуляторов, сделав их ёмкость сравнимой с литийионными.

 Источник: spectrum.ieee.org

Источник: spectrum.ieee.org

Натрийионные аккумуляторы используются в мобильных устройствах не так часто, поскольку литийионные в традиционном исполнении предлагают в 2 раза большую плотность энергии — 285 кВт‧ч/кг. Учёные Технического университета Чалмерса выяснили, что с новым типом графенового электрода натрийионный аккумулятор способен демонстрировать аналогичные показатели: этот материал способен удерживать такое же число ионов натрия. Натрийионные аккумуляторы более стабильны и имеют меньшую себестоимость — в электромобилях и электронике они окажутся полезными, тогда как литийионные батареи могут быть опасными при перегреве.

Для быстрой зарядки и большой ёмкости аккумулятора ионы должны легко входить в материал анода. Катод натрийионного аккумулятора производится из оксидов натрия, а в качестве анода используется материал на основе углерода. Это может быть активированный уголь, но он дорогой, и производить такие катоды трудно. Недорогим его аналогом является графит, однако ионы натрия не могут достаточно эффективно перемещаться между слоями графена. Для преодоления этой проблемы учёные создали новый материал, который состоит из чередующихся слоёв графена и бензола. Бензоловый слой увеличивает расстояние между графеновыми, позволяя ионам натрия беспрепятственно перемещаться. Кроме того, бензол может образовывать с ионами натрия сильную связь.

По подсчётам авторов проекта, ёмкость такого аккумулятора сравнима с показателями литийионного: с чистым графитом плотность энергии составляет 30 мА·ч/г, а с новым материалом она вырастает до более чем 330 мА·ч/г.

Учёные вырастили «графен» из бора, что открывает новые горизонты для электроники и аккумуляторов

Теоретики давно предсказали существование плёночных форм бора атомарной толщины — борофенов. Но на практике вырастить однослойный борофен оказалось на порядки сложнее, чем получить графен. Мечты создать многослойный борофен с возможностью межслойного накопления энергии и вовсе казались фантастикой.

Однако учёные смогли получить условия выращивания двухслойного борофена, хотя это произошло совершенно случайно. В опубликованной на днях в издании Nature Materials статье группа учёных из американского Северо-Западного университета сообщила о выращивании образцов двухслойного борофена. Секрет крылся в выборе правильной подложки для процесса.

 Два слоя борофена, соединённых межслойными связями (атомы связи показаны пурпурным цветом).Источник изображения: Northwestern

Два слоя борофена, соединённые межслойными связями (атомы связи показаны пурпурным цветом). Источник изображения: Northwestern

Для производства графена можно использовать простейшие способы, включая атомарно тонкое отслоение с помощью плёнки с липким слоем. Борофен таким образом отделить нельзя. Его структура более прочная и атомарно тонкий слой можно лишь вырастить на специальной подложке. Более того, все попытки вырастить двухслойный борофен заканчивались провалом — вместо второго слоя образовывались объёмные скопления бора в виде монокристаллической структуры.

В одном из своих экспериментов с подложками для выращивания борофена учёные из Северо-Западного университета использовали серебро, которое подвергли нагреву до определённой температуры. Получившаяся подложка выглядела как каскад террас с относительно большой площадью каждая. В ходе опыта выяснилось, что на такой подложке борофен сформировался в виде двух аккуратных слоёв. Этого никто не ожидал, но все были приятно удивлены — нашлось то, о чём давно мечтали.

Двухслойный борофен в теории лучше подходит для аккумуляторов будущего, чем графен. Он более прочный, гибкий и лёгкий. Расстояние между двумя слоями борофена хорошо подходит для удержания ионов и накопления энергии. Этот материал обещает упростить структуру батарей и снизить их вес. Учёные рассчитывают, что смогут изучить открывшиеся возможности для получения борофена в объёмах, которые позволят выявить его свойства и, в итоге, приблизить возможность практического применения.

В России на основе графена синтезировали полимер для самолётов-невидимок и антенн 5G

Международная группа учёных во главе с российскими исследователями разработала полимерный композит на основе графена, поглощающий до 99,9 % СВЧ-излучения в радарном диапазоне. Кроме стелс-технологий новый полимер пригодится для производства антенн для устройств сотовой связи 5G. К изобретению привела нетипичная комбинация диэлектрика и проводника, что стало необычным, но прорывным решением.

 Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Сегодня век простых «однофазных» материалов в области снижения радарной заметности заканчивается. Для стелс-технологий и других применений в области СВЧ требуются композитные материалы. Такой перспективный композитный полимер синтезировали учёные НИТУ «МИСиС», Южно-Уральского государственного университета и Объединённого института ядерных исследований совместно с коллегами из Египта, Саудовской Аравии и Республики Беларусь. Утверждается, что новый композит способен поглощать до 99,9 % электромагнитного излучения, о чём было рассказано в статье в издании Journal of Alloys and Compounds.

Новизна идеи заключалась в том, что учёные предложили комбинацию магнитного диэлектрического наполнителя (гесаферрит бария) и диамагнитного проводящего наполнителя (нанографит) — это сочетание порошкообразных материалов-наполнителей с принципиально различными электродинамическими характеристиками. Выбору материалов предшествовал расчёт и множество экспериментов, поскольку необходимо было подобрать состав, успешно поглощающий практически весь заданный диапазон СВЧ-излучения и не теряющий прочности с сохранением упругости.

«В качестве матрицы композита был использован поливинилиденфторид, или ПВДФ/PVDF, — поясняется в исследовании. — Этот полимер известен своей химической стабильностью, устойчивостью к органическим растворителям и более высоким, по сравнению с другими полимерами, модулем упругости. Его использование позволило компенсировать такие недостатки гексаферрита бария, как хрупкость и недостаточная пластичность».

В конечном итоге исследователи пришли к формуле, при которой оптимальное весовое соотношение ПВДФ и гексаферрита бария составило 15 % к 85 % соответственно, а содержание нанографита определено на уровне не больше 5 % от веса финального продукта. Заявленные характеристики и свойства нового композита открывают перспективы его использования в СВЧ-области: в антенных и радарных технологиях.

Способность графена сохранять сверхпроводимость в сильных магнитных полях выведет медицину и квантовые вычисления на новый уровень

Физики Массачусетского технологического института (MIT) заметили признаки редкого типа сверхпроводимости в материале, который называется «повёрнутый под "магическим углом" трёхслойный графен». Материал сохранял сверхпроводимость в магнитном поле силой 10 Тесла, что невозможно для обычных сверхпроводников. Подобное свойство может помочь значительно улучшить разрешение сканеров МРТ и привести к появлению помехоустойчивых квантовых компьютеров.

 Сверхпроводимость в графене в представлении художника. Источник изображения: MIT

Сверхпроводимость в графене в представлении художника. Источник изображения: MIT

Аппараты МРТ в настоящее время ограничены магнитными полями от 1 до 3 Тесла. Если бы они могли быть построены из сверхпроводников с более сильной устойчивостью к магнитным полям, то сканеры МРТ могли бы получать более чёткие и глубокие изображения человеческого тела. То же самое относится к квантовым компьютерам. Сильные магнитные поля разрушают квантовые состояния кубитов и делают невозможным значительное масштабирование систем. Поможет ли с этим новое открытие, пока неясно, но надежда на прорыв всегда остаётся.

В своём эксперименте учёные из МИТ и их коллеги из японского Национального института материаловедения, проверили воздействие магнитного поля на три уложенных друг на друга слоя графена. Средний слой графена физики повернули на угол 1,56 градуса по отношению к внешним слоям. Это так называемый «магический» угол, при котором графен приобретает новые свойства, например, становится сверхпроводником. Применив к этому бутерброду постоянный магнит, учёные обнаружили, что магнитное поле постепенно подавляет эффект сверхпроводимости, но позже она возвращается и не пропадает вплоть до напряжённости 10 Тесла (более сильного магнита в лаборатории не нашлось, так что это может быть не предел материала).

Физики считают, но пока не уверены в этом, что электроны в повёрнутом под «магическим углом» трехслойном графене приобретают спин-триплетный характер — они образуют куперовские пары с полным спином равным 1. В обычном сверхпроводнике электроны в куперовских парах отталкиваются (их полный спин равен 0) и плохо сопротивляются внешнему магнитному полю. В спин-триплетных сверхпроводниках — редчайшем типе сверхпроводников — куперовские пары за счёт более сильного сцепления электронов остаются устойчивы к внешним магнитным полям и не теряют сверхпроводимости до довольно сильных значений напряжённости.

Если физикам удастся доказать, что повёрнутый под «магическим углом» трехслойный графен — это спин-триплетный сверхпроводник, то это откроет путь к новым сверхпроводящим материалам, что расширит область применения этого эффекта.

Российские учёные вырастили графен при комнатной температуре — это приведёт к новым материалам для авиации и космоса

Учёные из НИТУ «МИСиС» разработали уникальный метод синтеза мультиграфеновых пленок при комнатной температуре. Технология позволяет добавлять графен с его уникальными свойствами в порошки легкоплавких металлов. Для авиации и космоса — это настоящая находка. Новые композиционные материалы для производства компонентов методом 3D-печати усилят конструкции аппаратов и придадут им другие интересные особенности.

 Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

«Добавки графена в материалы, используемые в 3D-печати, улучшают механические и функциональные свойства композиционных изделий: повышается их теплопроводность, механическая прочность, электропроводность. Это является актуальной задачей при создании сложных деталей для аэрокосмической промышленности методами 3D-печати», — сообщается в пресс-релизе института.

Один из способов получения графена в промышленных условиях заключается в проведении электрохимической реакции, но высокотемпературные процессы от 500 до 700 °C не позволяют осаждать его на легкоплавкие металлы, например, на алюминий. Тем самым круг создания уникальных композитных материалов сильно сужается, а ведь тот же алюминий — это классический «крылатый» металл, широко применяющийся в аэрокосмической отрасли.

 Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Учёные из России сумели разработать технологию электрохимического производства графена при температуре 25–30 °C и дали жизнь композитам из лёгких металлов и графена. Это повысит прочность новых материалов, их теплопроводность и электропроводность и выведет 3D-печать деталей и составных частей атмосферных и космических аппаратов на новый уровень. Чуть подробнее о разработке можно прочесть на сайте института. Также об исследовании сообщено в статье в издании Materials Chemistry and Physics.

Магнитные пластины с графеновым покрытием позволят вдесятеро увеличить ёмкость жёстких дисков

Использование графена при изготовлении пластин жёстких дисков позволит десятикратно повысить плотность записи по сравнению со стандартными HDD, используемыми в настоящее время. К такому выводу пришли учёные из Кембриджского центра графена, Университета Эксетера и их коллеги из Индии, Швейцарии, Сингапура и США. Они провели соответствующее исследование, результаты которого опубликованы в журнале Nature Communications.

 Изображение: University of Cambridge

Изображение: University of Cambridge

Жесткие диски используются в качестве основных запоминающих устройств с середины 80-х годов прошлого века. С тех пор они уменьшились в размерах, а плотность записи данных значительно возросла. Хотя в наши дни в мобильных устройствах в основном применяются твердотельные накопители, жёсткие диски продолжают оставаться популярным продуктом для настольных компьютеров, в основном из-за более приемлемой цены.

Основными компонентами жёсткого диска являются пластины и магнитная головка, используемая для записи и чтения данных. Для обеспечения более высокой плотности записи пространство между пластинами и читающими головками постоянно уменьшается, и в настоящее время большую часть таких промежутков занимает углеродное покрытие, предназначенное для защиты пластин от механических повреждений и коррозии. Плотность записи данных на жёсткие диски с 1990 года выросла в четыре раза, до 1 Тбит/дюйм² (до 2 Тбит/дюйм² при использовании HAMR), а толщина защитного покрытия на пластинах уменьшилась с 12,5 нм до примерно 3 нм.

Исследователи использовали вместо традиционного защитного покрытия от одного до четырёх слоёв графенового покрытия, после чего проверили пластины на износ, коррозию, термическую стабильность и совместимость со смазочными материалами. Оказалось, что покрытие из графена не только значительно тоньше, оно также обладает свойствами, которые необходимы покрытию пластин жёстких дисков с точки зрения защиты, снижения трения, повышения износостойкости, гладкости поверхности, твёрдости и совместимости со смазочными материалами.

 Изображение: Nature.com

Изображение: Nature.com

Графен позволяет вдвое снизить трение, а также обеспечивает значительно более высокую защиту от коррозии и износа, чем используемые в настоящее время решения. Всего один слой графена в 2,5 раза эффективнее противостоит коррозии.

Учёные также протестировали термомагнитную запись (HAMR), которая позволяет значительно повысить плотность данных на пластине за счёт нагрева записывающего слоя до высоких температур. Тут использование графена позволяет добиться беспрецедентной плотности записи более 10 Тбит/дюйм². Ученые отмечают, что значительный скачок в плане повышения плотности записи при одновременном увеличении износостойкости являются большим шагом в направлении создания более надёжных жёстких дисков, которые позволят сохранять большие объёмы данных.

«Демонстрация того, что графен может служить защитным покрытием для обычных жёстких дисков и что он способен выдерживать условия HAMR, является очень важным результатом. Это будет способствовать дальнейшему развитию и появлению новых жёстких дисков с высокой плотностью записи», — считает Анна Отт (Anna Ott), сотрудница Кембриджского центра графена, участвовавшая в исследовании.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥