Теги → материалы
Быстрый переход

Корейцы создали гибкий и полупрозрачный светодиод из перовскита

В последние годы среди учёных набирает популярность исследование свойств и поиск прикладных свойств перовскитов ― минералов титаната кальция, впервые найденных на Урале около 180 лет назад. Дальше всего зашли разработчики солнечных панелей (фотоэлементов) из перовскита. Использование напыления из этого материала позволяет создавать искривлённые и полупрозрачные панели с КПД заметно большим, чем у обычного кремния. Но перовскиты при определённых условиях могут также излучать фотоны. Именно сочетание светоизлучающих свойств этого материала с гибкостью и частичной прозрачностью позволило корейским учёным создать гибкий и полупрозрачный светодиод из перовскита.

Испытание светодиода из перовскита на изгиб (UNIST)

Испытание светодиода из перовскита на изгиб (UNIST)

Группа учёных из южнокорейского Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) представила светодиод на основе перовскита. Также разработчики создали методологию и инструменты для изучения надёжности светодиодов на изгиб. Опытная разработка без разрушений выдерживает многократный изгиб радиусом до 2,5 мм. Это позволяет надеяться на создание складывающихся дисплеев на экранах с использованием PeLED (Perovskite Light Emitting Diode), если таковые когда-нибудь появятся.

Испытание светодиода из перовскита на скручивание (UNIST)

Испытание светодиода из перовскита на скручивание (UNIST)

Опытный светодиод из перовскита обладает хорошей мощностью, яркостью и чистым цветовым спектром. Его прозрачность составляет 50 %. Чтобы все компоненты светодиода были полупрозрачными, пришлось отказаться от токопроводящих дорожек из металла, которые заменили нанодорожками из серебра. Кстати, светодиод из перовскита продолжал ярко светится как во время изгибов поперёк плоскости, так и при закручивании в спираль. В дальнейшем учёные планируют изучить надёжность перовскитов в качестве светодиодов в виде тонкоплёночных структур. Этот материал быстро деградирует на открытом воздухе (при взаимодействии с кислородом) и в процессе увлажнения. Эксперименты должны прояснить перспективность использования этого материала для производства LED.

Сделано в России: созданы передовые изоляционные материалы для современной электроники

Холдинг «Росэлектроника», входящий в госкорпорацию Ростех, сообщил о разработке первых в нашей стране изоляционных материалов для современных электронных устройств.

В настоящее время российские производители электронных устройств вынуждены закупать изоляционные материалы у иностранных поставщиков. Причина — отсутствие отечественных аналогов. Впрочем, новая разработка «Росэлектроники» позволит решить проблему импортозамещения в данной сфере.

Российские исследователи создали передовые термостойкие материалы с низкой диэлектрической проницаемостью на основе производных бензоциклобутена. Эти материалы, как ожидается, смогут найти широчайшее применение. Они будут использоваться для покрытий высокочастотных печатных плат для телекоммуникаций, создания изоляционных структур в кремниевых, арсенид-галлиевых и керамических устройствах, изоляции лазерных структур в квантовых каскадных лазерах, а также при производстве изоляционных слоёв в многофункциональных высокоплотных электронных модулях, созданных по технологии 3D-микросистем.

Утверждается, что российская разработка обладает рядом преимуществ перед зарубежной продукцией. В частности, диэлектрические характеристики новых отечественных материалов на 10–15 % превосходят показатели импортных аналогов. При этом стоимость российской продукции окажется в 3–4 раза ниже.

В скором времени планируется организовать серийное производство новых изоляционных материалов. 

Программа DARPA MACH будет решать проблемы с перегревом обтекателей при движении на гиперзвуке

Организация министерства обороны в области передовых поисковых проектов США DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) объявила о подготовке новой программы MACH. Название программы расшифровывается как Materials Architectures and Characterization for Hypersonics или, по-русски, программа выработки спецификаций и состава материалов для гиперзвука. Если вкратце, то оборонное ведомство США призывает найти приемлемое решение для охлаждения сверхперегретых краёв (кромок) движущихся с гиперзвуком объектов: транспортных средств или средств доставки боевых грузов.

...и не сгорел в плотных слоях атмосферы (DAPRA)

...и не сгорел в плотных слоях атмосферы (DARPA)

Под гиперзвуком принято считать скорость свыше 5 Махов или в пять раз выше скорости распространения звука в атмосфере. Движущиеся с гиперзвуковой скоростью в атмосфере объекты подвергаются высочайшим нагрузкам в виде трения о воздух. Поэтому разработка материалов, которые могут выдержать температуры как в «плавильном горне» — это технологический вызов для учёных и необходимое решение для создания гиперзвуковых транспортных средств.

Подробнее о программе MACH будет рассказано 22 января 2019 года на мероприятии DARPA. В целом программа должна помочь в поиске и разработке новых термоустойчивых структурных материалов для защиты краёв и фронтальных частей гиперзвуковых движущихся объектов, которые подвергаются наибольшему нагреву. Новые термоустойчивые материалы должны сохранять форму и лучше охлаждаться. Для этого, в частности, предполагается создать масштабируемую структуру материала, которая позволила бы массивный перенос тепла для его распространения и выброса.

Программа MACH охватит две технологические области. В первой из них будут разрабатывать и доводиться до зрелого решения полностью интегрированные пассивные системы отвода тепла от кромок и обтекателей. Вторая область исследований — это разработка новых пассивных и активных термальных защитных структур, покрытий и материалов с учётом современных уточнённых представлений в области термодинамики. Об этом также подробно будет рассказано в январе.

Предложен способ двукратного увеличения срока службы солнечных башен

Российские исследователи в сотрудничестве с египетскими коллегами разработали технологию, которая теоретически позволит существенно продлить жизнь одного из ключевых элементов солнечных электростанций башенного типа.

Принцип работы солнечных башен сводится к нагреву воды в специальном резервуаре за счёт солнечной энергии. Образующийся при этом пар вращает турбины электростанции.

Иллюстрации НИТУ «МИСиС»

Иллюстрации НИТУ «МИСиС»

Для нагрева воды до нескольких сотен градусов Цельсия служит массив гелиостатов — специальных зеркал, которые окружают башню. Эти зеркала меняют свою ориентацию в пространстве в зависимости от положения Солнца. За счёт этого происходит концентрация световых пучков на солнечном адсорбере — теплопоглощающем элементе, который нагревает особый солевой раствор. Далее от раствора нагревается вода в примыкающем резервуаре.

Специалисты говорят, что сейчас в качестве материала для солнечных адсорберов выступает карбид кремния (SiC). Он обладает высокой плотностью, прочностью и стойкостью к окислению. В то же время карбид кремния чувствителен к агрессивной среде солевых растворов, из-за чего срок службы ограничивается 2–3 годами.

Способ продления жизни солнечных адсорберов предложили учёные НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Центрального научно-исследовательского института металлургии (г. Каир, Египет).

Технология предусматривает применение нитрида алюминия (AlN) наряду с карбидом кремния. «В ходе работы были подобраны оптимальные составы добавок и режимы спекания новых композитов, которые существенно превосходят традиционные благодаря формированию твёрдого раствора на границах зерён карбида кремния. Наряду с высокой теплопроводностью и термостойкостью такие композиты обладают низким коэффициентом температурного расширения, что существенно улучшает их эксплуатационные параметры», — говорят исследователи.

В результате, срок службы солнечных адсорберов может быть увеличен примерно в два раза — до пяти лет. 

В России предложен новый метод создания встраиваемых микротермометров

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») сообщил о том, что российские специалисты предложили новую технологию создания интегрируемых микротермометров.

Учёным удалось показать, что для измерения температуры можно использовать микропровода на основе магнитных аморфных металлов. Выяснилось, что такие изделия позволяют регистрировать изменения температуры с довольно высокой точностью.

Аморфные металлы — сплавы, получаемые путём очень быстрого охлаждения расплавов металлов. Большая скорость охлаждения не позволяет атомам образовывать кристаллические зёрна и упорядочиваться, из-за чего подобные материалы сильно отличаются по своим свойствам от обычных сплавов.

Фотографии НИТУ «МИСиС»

Фотографии НИТУ «МИСиС»

Исследователи НИТУ «МИСиС» экспериментировали с микропроводами из аморфного сплава кобальта, железа, никеля, бора и кремния. Оказалось, что импеданс (комплексное сопротивление) таких изделий очень чувствителен к колебаниям температуры. В частности, для названного материала температуру можно точно измерять в диапазоне от 20 до 100 градусов Цельсия.

Предполагается, что микротермометры на основе магнитных аморфных металлов найдут применение в промышленности, медицине и других областях. Такие решения, к примеру, могли бы использоваться для отслеживания состояния различных конструкций, имплантатов и пр. Подробнее о работе можно узнать здесь

Для облегчения переработки или ремонта электроники создан низкотемпературный термоклей

В последнее время довольно часто мы слышим, как та или иная новинка — смартфон, планшет, ультрабук или какой-то другой электронный гаджет — не подлежат разборке или разбираются до ограниченного предела. С одной стороны, это удешевляет производство и делает устройства тоньше, легче и надёжнее в эксплуатации (клеевые соединения герметичны и создают дополнительную защиту от ударов). Обратная сторона медали — это сложность или невозможность ремонта. Но если на нужды пользователей (ремонт) можно закрыть глаза, чем производители охотно пользуются, то от проблем утилизации электроники и от растущего к этой теме интереса государственных структур так просто не отмахнёшься.

Фото Amadeus Bramsiepe, KIT

Фото Amadeus Bramsiepe, KIT

Несколько последних лет в Европе на разных уровнях власти поднимается вопрос эффективной и даже полной утилизации электроники. Среди прочего этому препятствуют высококачественные и не допускающие разборку устройств клеящие материалы. Хорошо и надёжно склеенное устройство или приклеенные компоненты можно оторвать в любом случае, но на это уходит много ресурсов и времени. Впрочем, для ремонта такой подход тоже не годится. Ремонтируемое устройство желательно вернуть владельцу в состоянии не хуже, чем до отдачи в ремонт.

Решить проблему с упрощением переработки электроники или её ремонта взялся Технологический институт Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology, KIT). В институте создали термолабильный (неустойчивый к тепловому воздействию) адгезивный материал, который теряет клеящие свойства при относительно низкой температуре — менее 100 градусов по Цельсию. При этом, что удобно, меняется цвет материала, что облегчает процесс разборки устройств. При комнатной температуре такое клеевое соединение остаётся прочным и надёжным.

Предложенный в институте низкотемпературный термоклей представляет собой длинноцепочечные молекулы полимера, свойства которого можно менять в зависимости от потребностей. Можно задавать прочностные и другие физические характеристики клея, а также устанавливать температуру, при которой он будет терять клеящие свойства. Данный клей первоначально был разработан для зубного протезирования, но будет полезен не только для использования в перерабатываемой электронике, но также для временной склейки изделий на производстве и в строительстве.

В России планируется создание передовых композитных материалов для космической отрасли

Компания «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва» (ИСС) и Сибирское отделение Российской академии наук (РАН), по сообщению ТАСС, намерены создать передовые композитные материалы для космической отрасли.

Фотографии Роскосмоса

Фотографии Роскосмоса

На днях ИСС и Сибирское отделение РАН подписали программу совместных исследований на период с 2019 по 2024 год. Партнёры намерены развернуть работу по сокращению сроков и стоимости производства космических аппаратов. Кроме того, планируется снизить срок внедрения новых технологий и инноваций в проектирование и производство.

Как сообщается, специалисты займутся разработкой инновационных композитных материалов для двигателей космических аппаратов. Исследования будут проводиться в 2019–2020 гг.

Новые материалы планируется создавать на основе «наноламинатных соединений». Предполагается, что передовые композитные изделия будут обладать очень высокой жаропрочностью.

Отмечается, что материалы можно будет использовать в двигателях космических аппаратов при температуре газов 1900 К не менее пяти минут. При температуре 1800 К время «жизни» материалов составит не менее 30 минут. 

Графен сделает автомобили Ford тише и легче

Компания Ford впервые в автомобильной промышленности намерена использовать графен при производстве коммерческих транспортных средствах.

Графен — это двумерный наноматериал, образованный слоем атомов углерода толщиной в один атом. Графен отличается небольшим весом и высокой прочностью, в 200 раз превышающей прочность стали. Кроме того, этот уникальный материал обладает рекордно большой теплопроводностью.

Применительно к автомобильной промышленности графен ранее рассматривался как «волшебная» добавка, улучшающая характеристики краски, полимеров и электрических аккумуляторов. Однако получение графена сопряжено с серьёзными сложностями, из-за чего стоимость материала оказывается весьма высокой. Это ограничивает его практическое применение.

В 2014 году компания Ford совместно с поставщиками начала изучать свойства материала и экспериментировать с его применением в кожухах топливной рампы, насосов и крышке двигателя. Обычно попытка снизить общий шум в салоне означает добавление дополнительного объёма материала и повышение массы автомобиля. Однако благодаря графену удалось добиться обратного эффекта.

Ford предлагает добавлять графен к традиционным пеноматериалам. Испытания показали, что такая комбинация обеспечивает снижение шума на 17 %, улучшение механических свойств на 20 % и улучшение теплопроводности на 30 % в сравнении с пеноматериалом без добавления графена.

Исследования проводились совместно с Eagle Industries и XG Sciences. Ford планирует начать производство компонентов с добавлением графена до конца текущего года. Поначалу новый материал будет применяться в подкапотном пространстве моделей Ford F-150 и Mustang, а со временем — всех автомобилей производителя. 

В России создаётся передовой материал для авиапромышленности

Специалисты НИТУ «МИСиС» разработали технологию, которая, как ожидается, позволит заменить титановые сплавы в авиапромышленности на материалы на основе алюминия.

Фотографии НИТУ «МИСиС»

Фотографии НИТУ «МИСиС»

Отмечается, что один из оптимальных по характеристикам металлов для изготовления изделий для аэрокосмической отрасли — это именно титан. Однако его нельзя использовать в набирающих популярность системах 3D-печати по причине пожаро- и взрывоопасности порошков.

Поэтому исследователи ищут альтернативные материалы. Одним из них может стать композит на основе алюминия.

«Мы разработали технологию упрочения алюмоматричных композитов, полученных методом 3D-печати, получив инновационные прекурсоры — модификаторы, полученные сжиганием порошков алюминия. Продукты горения — нитриды и оксиды алюминия — обладают специфически подготовленной для спекания, разветвлённой поверхностью со сформированными переходными нанослоями между частицами», — говорят исследователи.

Ожидается, что новый материал будет применяться при изготовлении деталей методом 3D-печати. Преимуществами производства изделий с помощью аддитивных технологий являются более сложные формы и конструкции получаемых изделий, а также их низкая себестоимость. 

В России появятся передовые материалы с наносвойствами

Холдинг «Швабе», входящий в госкорпорацию Ростех, заключил соглашение о сотрудничестве в сфере науки, производства и инноваций с Тамбовским государственным техническим университетом (ТГТУ). О подписании договора было объявлено в ходе форума «Армия-2018».

Речь идёт о разработке передовых материалов с наносвойствами. Специалисты, в частности, займутся исследованиями в области углеродных наноструктур и композиционных решений.

Предполагается, что материалы с наносвойствами найдут применение в фотоэлектронике, медицине, оборонном секторе, а также в гражданской сфере.

Уже в этом году партнёры приступят к реализации проектов в области приборостроения, займутся развитием научно-технического потенциала и внедрением инновационных технологий в серийное производство.

НПО «Орион»

НПО «Орион»

Нужно отметить, что холдинг «Швабе» на форуме «Армия-2018» продемонстрировал новейшую лазерную и тепловизионную технику. Это, в частности, квадрокоптер ORION-DRONE со SWIR-камерой и камерой, работающей в ультрафиолетовом диапазоне. SWIR-камера способна «видеть» в тумане и дыму, обнаруживать замаскированные объекты в условиях нулевой видимости. 

Российские исследователи создали «невозможные» материалы

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» объявил о том, что учёным удалось получить материалы-нитриды, создание которых ранее считалось невозможным.

В работе приняли участие исследователи из Университетов Байрота и Мюнстера (Германия), Чикагского университета (США) и Линчёпингского университета (Швеция).

Иллюстрации НИТУ МИСиС

Иллюстрации НИТУ МИСиС

Нитриды активно используют в сверхтвёрдых покрытиях и электронике. Отмечается, что обычно содержание азота в этих материалах невысоко, а превысить его по сравнению с содержанием переходного металла — затруднительно.

Обойти это ограничение исследователи решили путём синтеза в условиях сверхвысоких давлений. Для проведения экспериментов были выбраны соединения рения и железа.

Оказалось, что предложенный метод обеспечивает возможность прямого синтеза «невозможных» материалов. «Нитрид рения показывает свойство низкой сжимаемости, потенциально имеет очень высокие механические характеристики и свойство сверхтвёрдости», — говорят авторы работы.

Теперь исследователям предстоит установить, являются ли материалы сверхпроводниками или магнитами. Теоретически они могут оказаться пригодными для спинтроники (раздел квантовой электроники, занимающийся изучением спинового токопереноса). А это может привести к появлению качественно новых электронных компонентов и устройств. 

В России получен новый биодеградируемый материал для стимуляции роста клеток

Томский политехнический университет сообщает о том, что российским учёным удалось получить материал с уникальными свойствами для регенеративной медицины.

Проект реализован специалистами Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы». Они создали особый биодеградируемый полимер, способный со временем растворяться в организме человека.

Материал является хорошим пьезоэлектриком, то есть при механическом воздействии он может производить электрический заряд. За счёт этого создаётся взаимодействие с зарядом мембраны клетки, что, в свою очередь, стимулирует регенерацию тканей.

Исследователи растворили исходные полимеры полигидроксибутират и полианилин, и из этого раствора методом электроформования получили гибридный полимер. Он состоит из переплетённых волокон исходных материалов. Размеры волокон можно варьировать от 300 нанометров до 10 микрометров.

«Самые сильные пьезоэлектрики недеградируемые. А для регенеративной медицины это одно из ключевых свойств. Материал должен быть деградируемым, чтобы со временем растворяться в организме, и чтобы его место занимали новые клетки», — отмечают учёные.

Предполагается, что новый материал получит широкое применение. Его можно использовать в качестве основы для костных имплантатов с целью замещения костных дефектов. Кроме того, разработка поможет при восстановлении нервов. Наконец, на базе материала можно изготавливать заживляющие повязки на раны. 

Раскрыт секрет материала для сверхбыстрой компьютерной памяти нового поколения

Исследователи НИТУ «МИСиС» разработали теорию, которая объясняет необычные свойства, экспериментально обнаруженные в одном из самых перспективных материалов для современной микроэлектроники.

Речь идёт о слоистом дисульфиде тантала. В 2014 году в этом материале было выявлено так называемое «скрытое состояние вещества». Оказалось, что при воздействии на образец сверхкороткими лазерными или электрическими импульсами в облучённой области меняется состояние материала. В результате, он из диэлектрика превращается в проводник или наоборот.

Такое свойство позволяет использовать материал для хранения данных — логических нолей и единиц. Более того, переключение между состояниями происходит за одну пикосекунду — на порядки быстрее, чем в самых «быстрых» материалах, используемых в качестве основы современной компьютерной памяти. Важно отметить, что полученное после воздействия на материал состояние не исчезает, а сохраняется.

Правда, до сих пор оставалось непонятным, почему вещество ведёт себя описанным образом и почему после возбуждения система не возвращается в своё исходное состояние, а продолжает оставаться в изменённом виде неограниченно долго.

Предложенная российскими исследователями теория как раз и объясняет необычные свойства материала. «После обработки электрическими импульсами в образце слоистого дисульфида тантала часть атомов металла вылетает из решётки, из-за чего формируются дефекты — заряжённые вакансии электронного кристалла. Но вместо того, чтобы максимально дистанцироваться друг от друга, заряды "размазываются" по линейным цепочкам атомов тантала, образующим границы зон с разным состоянием атомов тантала — доменов, а затем эти цепочки вообще связываются в некую глобальную сеть. Именно манипуляции этой наносетью отвечают за эффекты переключения и памяти», — говорится в исследовании. Подробнее о работе можно узнать здесь

В России будут созданы материалы нового поколения для 3D-печати

Специалисты Научно-исследовательского института прикладной математики и механики (НИИ ПММ) Томского государственного университета (ТГУ) займутся созданием новых композиционных материалов, температура эксплуатации которых превысит 1400 градусов Цельсия.

Сообщается, что проект реализуют учёные лаборатории высокоэнергетических систем и новых технологий НИИ ПММ ТГУ. Работы будут проводиться в рамках Национальной технологической инициативы TechNet. Проект рассчитан на два года; на первый год его выполнения государство выделило 7,5 млн рублей.

Главная задача исследователей — разработка технологии синтеза новых жаропрочных материалов на основе оригинальных металлокерамических композиций. Более того, учёным предстоит дополнительно адаптировать эти материалы для аддитивных технологий, то есть сделать их пригодными для печати на 3D-принтерах.

Специалисты разработают материалы, пригодные для создания изделий по технологии прямого лазерного выращивания. В качестве примера можно привести «выращивание» деталей для турбин из металлического порошка. В ходе этого процесса газопорошковая струя совмещается с лазерным лучом, благодаря чему частицы остаются в двухфазном состоянии, то есть частично жидкими и частично твёрдыми. После кристаллизации такая деталь будет иметь структуру с мелким зерном, которая является залогом высокого уровня механических свойств.

Проект будет способствовать развитию технологий 3D-печати в нашей стране. Нужно отметить, что пока Россия отстаёт от стран-лидеров по производству оборудования для 3D-печати, масштабам применения технологий в ключевых промышленных отраслях, производству сырья и вспомогательных материалов. На нашу страну, по оценкам Frost & Sullivan, приходится лишь около 1 % мирового аддитивного производства. 

Созданный в России сплав позволит снизить массу авиакосмической техники

Всероссийский институт лёгких сплавов (ВИЛС) запатентовал новый материал на основе алюминия, который в перспективе позволит существенно снизить массу отдельных узлов авиакосмической техники.

Предложенный материал характеризуется повышенной электропроводностью. Утверждается, что применение сплава в токопроводящих элементах оборудования позволяет снизить их массу и габариты на 20 %. Это принципиально важно для авиакосмического производства и ряда других отраслей.

Повышения электропроводности удалось достичь благодаря особому составу материала. «Новый деформируемый сплав на основе алюминия наряду со скандием дополнительно содержит до 0,15 % циркония и 0,06 % железа. Суммарное содержание неизбежных примесей, основными из которых являются магний, марганец, кремний, медь, цинк, титан и хром, — не более 0,15 %, остальное алюминий. Соотношение между содержанием циркония и скандия — от 0,25 % до 0,75 %», — рассказали в ВИЛС.

Роскосмос

Роскосмос

Кроме того, новая российская разработка обладает хорошим пределом прочности. Сплав выпускается в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно прессованных прутков, а также в виде заготовок для получения электропроводов.

Изобретение подтверждено патентом РФ №2621086. Вместе с ОАО «ВИЛС» правообладателем разработки является ОАО «Композит», а исключительное право на неё сохраняется до 28 марта 2036 года. 

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥