Теги → материалы
Быстрый переход

В России разрабатывают новые материалы для устройств 5G-связи и спутниковых систем

Холдинг «Росэлектроника», входящий в государственную корпорацию Ростех, начал разработку базовых материалов нового типа для производства печатных плат, которые найдут применение в системах 5G-связи, автомобилестроении, спутниковом оборудовании, кабельных сетях и пр.

Речь идёт о соединениях на основе производных бензоциклобутена. Это первые российские изоляционные материалы для современных электронных устройств, диэлектрические характеристики которых на 10–15 % превосходят зарубежные аналоги.

Создаваемые материалы, как ожидается, смогут использоваться на частотах до 30–40 ГГц. Их появление позволит уменьшить размеры печатных плат и одновременно увеличить объёмы и скорость передачи данных. Это будет способствовать развитию отечественной электроники нового поколения.

«На данный момент в России отсутствует производство базовых материалов с необходимыми характеристиками для СВЧ-плат. По нашим оценкам, потенциальная емкость внутреннего рынка этой продукции в ближайшие 5–10 лет может достигать 1 млрд рублей в год. Реализация проекта позволит снизить зависимость российских производителей от зарубежных материалов, а также откроет перспективы для экспорта новой продукции», — отмечает «Росэлектроника». 

Красный кирпич превратили в аккумулятор: запасать энергию можно прямо в стенах

Группа американских учёных из Университета Вашингтона нашла неожиданное применение обычному красному кирпичу из обожжённой глины. С помощью не очень сложных химических реакций красный кирпич наделили свойством батарейки, точнее ― суперконденсатора. Стена из таких кирпичей может стать источником энергии для аварийного освещения или обеспечить питанием датчики или другую мелкую электронику.

Кирпич питает зелёный светодиод (Washington University in St. Louis)

Красный кирпич питает зелёный светодиод (Washington University in St. Louis)

Пористая структура обожжённого кирпича хорошо подходит в качестве обложки конденсатора, а насыщенность его железом способствует запуску окислительных реакций. Осталось только добавить электроды и напитать кирпичи жидким или гелеобразным электролитом — и суперконденсатор готов. Предложенный техпроцесс превращения кирпичей в накопители энергии подходит как для новых кирпичей, так и для бывших в употреблении.

Единственный минус заключается в том, что в ходе обработки кирпич из красного становится тёмно-синим и даже практически чёрным. Фасады такого цвета потеряют всю классическую «тёплую ламповую» красоту и обаяние красного кирпича.

Доклад о работе и подробное описание химических процессов по превращению поверхности (и структуры) красных кирпичей в суперконденсаторы представлены в журнале Nature Communications (статья на английском языке доступна без регистрации по ссылке). Если вкратце, то суть процесса превращения заключается в нанесении на поверхность кирпича проводящего полимера PEDOT. Волокнистая структура полимера способствует глубокому проникновению волокон внутрь кирпича и создаёт ёмкость для накопления ионов ― «ионную губку», как назвали обработанный кирпич учёные.

Иллюстрация процесса превращения кирпича из обожжённой глины в суперконденсатор (Nature Communications)

Иллюстрация процесса превращения кирпича из обожжённой глины в суперконденсатор (Nature Communications)

В ходе экспериментов было показано, что кирпич может заряжаться до 3 В за 10 секунд и потом 10 минут питать зеленый светодиод. Система работала даже под водой. Кирпич-суперконденсатор выдержал 10 000 циклов заряда без значительного ухудшения свойств, потеряв на этом не больше 10 % от первоначальной ёмкости. К примеру, участок стены из 50 кирпичей-батареек позволит питать аварийное освещение в течение пяти часов. Вместе с возобновляемыми источниками энергии кирпичи-конденсаторы могут многое поменять в строительстве зданий. Впрочем, это только начало исследований. Многое ещё предстоит улучшить.

Илону Маску приглянулся сплав, из которого делают кастрюли. Его применят в Cybertruck или Starship

Компания Tesla обещает революцию материалов как в космосе, так и на земле. Вместо композитных материалов для космических ракет и традиционных для автопрома композитов и сплавов Tesla перешла на холоднокатаную сталь. Более того, во время анонса электрического пикапа Cybertruck было заявлено, что корпуса «звездолёта» SpaceX и электромобиля Cybertruck будут изготавливаться из одной и той же стали. Но, как часто случается, первые заявления разбились о реалии жизни.

Внешний стальной корпус электропикапа Tesla Cybertruck

Внешний стальной корпус электропикапа Tesla Cybertruck

Вчера Илон Маск в твиттере сообщил, что сплавы для корпусов ракеты и электрического пикапа быстро меняются, поскольку компания всё ещё в поиске наиболее оптимальных материалов. Меняются также способы формовки частей корпуса и кузова. Фактически до сих пор идёт процесс подбора материала, хотя до серийного выпуска Cybertruck, например, остаётся не так уж много времени ― около года.

Также Маск подтвердил, что на данном этапе состав стали для космических межпланетных ракет и для электрических пикапов Cybertruck будет разный. В частности, в твиттере он сказал, что новый сплав приближается по составу к холоднокатаной стали марки «304L», но не уточнил, относится ли это к выбору материала для корпуса ракеты или электромобиля.

Тем не менее, внимание Маска к стали 304L весьма любопытно. Дело в том, что данный сплав ― это аустенитная нержавеющая сталь серии T-300, содержащая минимум 18 % хрома и 8 % никеля. Сплав 304L ― самый универсальный и широко используемый вариант в семействе нержавеющих сталей. Сплавы 304L идеально подходят для широкого круга домашних и коммерческих применений. Они обладают отличной коррозионной стойкостью, простотой изготовления и превосходно формуются и свариваются. Чаще всего этот тип стали используется для изготовления кастрюль и прочей кухонной утвари.

Что же, по крайней мере, корпуса Tesla Cybertruck или SpaceX Starship не перетянут на себя изрядную часть себестоимости этих перспективных аппаратов.

Российские учёные улучшили суперконденсаторы с помощью кислородной плазмы

Российские учёные сделали ещё одно открытие, которое может приблизить появление «идеальных» источников питания для носимой электроники. Речь идёт о суперконденсаторах, которые по совокупности качеств выглядят привлекательнее классических аккумуляторов. В последнем опубликованном исследовании учёные из Сколтеха и МГУ показали, что увеличивать емкость суперконденсаторов можно с помощью легирования графена кислородом.

Иллюстрация Сколтех

Иллюстрация Сколтех

Ранее учёные провели серию экспериментов, в ходе которой модифицировали поверхности углеродных электродов с помощью атомов азота. Встроенные в углеродную решётку атомы азота существенно повысили электрохимические характеристики модифицированной поверхности. Это означает, что открывается возможность повысить ёмкость заряда суперконденсаторов и, что важно, без ущерба для электролита (без ухудшения в процессе циклов заряда/разряда). Встроенные в углеродную решётку атомы неспособны «отравить» электролит ― безвозвратно изменить его химический состав.

В новой серии экспериментов с легированием углеродной решётки сторонними элементами учёные использовали кислородную плазму как чистую, так и с содержанием азота. Выяснилось, что предложенный процесс позволяет вставлять в углеродную решётку атомы кислорода и одновременно атомы азота, если азот добавлялся в газовую смесь в камере горения.

Измерение электрохимических характеристик модифицированных поверхностей электродов (углеродных структур) показало, что использование для легирования исключительно кислорода существенно повышало значение электрохимической ёмкости материала. Кислород в ряде случаев оказался более перспективным веществом для улучшения свойств суперконденсаторов, чем азот или смеси из этих газов.

Изображение углеродных наностенок со сканирующего электронного микроскопа, возможное положение гетероатомов кислорода и азота, электрохимические характеристики модифицированной поверхности (Сколтех)

Изображение углеродных наностенок со сканирующего электронного микроскопа, возможное положение гетероатомов кислорода и азота, электрохимические характеристики модифицированной поверхности (Сколтех)

Кроме того, легирование кислородом углеродной структуры с помощью кислородной плазмы ― это довольно простой технологический процесс, который окажется недорогим при массовом производстве суперконденсаторов, если до этого дойдёт.

Российские учёные помогут в создании высокоэффективных материалов для аэрокосмической техники

Учёные из России, Франции и Японии проведут на базе Самарского университета им. Королёва теоретические и экспериментальные исследования по созданию технологии производства новых высокоэффективных биметаллических материалов для аэрокосмической техники.

Фотографии Роскосмоса

Фотографии Роскосмоса

Работы ведутся в рамках проекта «Разработка метода создания и оптимизация свойств высокоградиентных биметаллических материалов аэрокосмического назначения». Инициатива предусматривает формирование международного научного коллектива: в него войдут специалисты из Самарского университета, Института проблем механики имени А.Ю. Ишлинского РАН (г. Москва), Токийского столичного университета (Япония) и университета Южной Бретани (Франция).

Ожидается, что новые материалы смогут выдерживать значительные механические нагрузки и экстремальные перепады температур с разницей в несколько сотен градусов.

«Очень важно, чтобы используемые в аэрокосмической технике материалы были термически стабильными, чтобы они не расширялись при высоких температурах. Этого можно добиться, если брать разные материалы с разными коэффициентами линейного расширения и чередовать их в многослойной конструкции: когда один слой расширяется, другой — сжимается, а во всём объёме — не происходит никаких изменений», — говорят учёные.

Исследователи предлагают наносить с помощью аддитивных технологий слои металлопорошковой композиции на подложки из листового проката, создавая при этом на поверхностях особый микро- и макрорельеф, который позволит практически на порядок увеличить площадь контакта соединяемых слоёв и даже образовывать механические неразъёмные соединения в виде микрозамков. 

В лаборатории создан «чёрный азот» с перспективами графена

Сегодня мы являемся свидетелями, как учёные пытаются на практике реализовать чудесные свойства относительно недавно синтезированного материала графена. Подобные перспективы обещает и только что синтезированный в лаборатории материал на основе азота, свойства которого намекают на возможность высокой проводимости или на высокую плотность запасаемой энергии.

Алмазная наковальня для создания немыслемого давления

Алмазная наковальня для создания немыслимого давления

Открытие сделала международная группа учёных на базе Университета Байройта в Германии. Согласно законам химии и физики, один химический элемент способен существовать в виде нескольких различных простых веществ. Например, кислород (O2) можно превратить в озон (O3), а углерод ― в графит или алмаз. Такие виды существования одного и того же элемента называются аллотропами. С азотом проблема была в том, что его аллотропов сравнительно мало ― около 15 штук и всего три из них — полимерные модификации. Но теперь найден ещё один полимерный аллотроп этого вещества, получивший название «чёрный азот».

Синим цветом показано строение «чёрного азота»

Синим цветом показано строение «чёрного азота»

«Чёрный азот» получен с помощью алмазной наковальни при давлении 1,4 млн атмосфер при температуре 4000 °C. В таких условиях азот приобрёл доселе невиданную структуру ― его кристаллическая решётка стала походить на кристаллическую решётку чёрного фосфора, что дало повод назвать полученное состояние «чёрным азотом». В этом состоянии азот имеет двумерную, хотя и зигзагообразную структуру. Двухмерность намекает, что проводимость азота в таком состоянии может в чём-то повторять свойства графена, что может пригодиться при использовании вещества в электронике.

Кманда химиков из Великобритании, Германии и США: Леонид и Наталья Дубровинские, Доминик Ланиэль и Тимофей Федоренко

Команда химиков из Великобритании, Германии и США: Леонид и Наталья Дубровинские, Доминик Ланиэль и Тимофей Федоренко

Кроме того, в новом состоянии атомы азота связаны одинарными связями, которые в шесть раз слабее тройной связи, как в случае обычного атмосферного азота (N2). Это означает, что возвращение «чёрного азота» в обычное состояние будет сопровождаться выделением значительной энергии, а это — путь к топливу или топливным ячейкам. Но всё это впереди, а пока на этом пути сделан даже не шаг, а так ― посмотрели в замочную скважину и что-то увидели.

Редкоземельные элементы могут приоткрыть дверь к сверхплотной магнитной записи

Металлорганические соединения в виде так называемых сэндвичевых соединений (sandwich compounds) плохо изучены, но могут привести к прорыву как на пути к более плотной магнитной записи, так и на пути к новым дисплейным технологиям. Это неизвестный, но многообещающий путь, зелёный свет которому дал центральный орган содействия научным исследованиям в Германии — Немецкое научно-исследовательское общество (DFG).

Молекула ферроцена — одно из наиболее известных металлоорганических соединений, представитель класса сэндвичевых соединений

Молекула ферроцена — одно из наиболее известных металлоорганических соединений, представитель класса сэндвичевых соединений

В рамках финансирования научных проектов в Германии обществом DFG есть Фонд Райнхарта Козеллека (Reinhart Koselleck Projects). Этот фонд вкладывает деньги в проекты с высочайшей степенью риска с точки зрения гарантии получения практических результатов. Например, в 2019 году фонд профинансировал только восемь проектов. В этом году деньги в размере 500 тыс. евро были выделены Фондом Райнхарта Козеллека на изучение сэндвичевых соединений на основе редкоземельных элементов, что станет первым в мире подобным исследованием.

Сэндвичевые соединения условно состоят из атома металла, заключённого (захваченного) между двумя кольцевыми структурами. Фактически это бутерброд размером с молекулу. Вернее, это и есть молекула. В зависимости от кольцевой структуры в составе сэндвича и задействованного металла свойства соединения могут очень и очень сильно отличаться. Магнитные и люминесцентные свойства редкоземельных элементов намекают на возможность сверхплотной записи, где каждый бит может быть записан в область размером с молекулу, и на появление дисплеев с немыслимым доселе разрешением.

Схематическое изображение сэндвичевого соединенния (KIT)

Схематическое изображение сэндвичевого соединения (KIT)

Впрочем, сейчас перед немецкими учёными из Карлсруэского технологического института (KIT) поставлена задача изучить влияние состава и размера кольцевых структур в сэндвичевых соединениях на свойства соединений. Иначе говоря, пока только понять, как меняются физические свойства соединений в зависимости от ряда переменных параметров в их составе. Но акцент, повторимся, будет делаться на магнетизм и люминесценцию. Добавим, проект рассчитан на пять лет, и он не ставит перед собой обязательное достижение практического результата за этот отрезок времени.

Радиационные экраны могут быть лёгкими и недорогими

Промышленность, медицина и, наконец, военные нуждаются в радиационных экранах нового поколения. От ионизирующего излучения необходимо защищать электронику и персонал, но при этом нужно стараться не использовать токсичные материалы, чтобы не навредить экологии и не испортить отношения с экоактивистами. Поэтому учёные всё чаще и чаще обращают свой взор в сторону полимеров как на основу радиационной защиты нового поколения.

Группа исследователей из Университета штата Северная Каролина (NCSU) под руководством профессора Да Цао (Da Cao) сообщила о работе над новым полимером, который может стать основой для более легкой, дешевой и относительно экологически чистой радиационной защиты. Для этого команда Да Цао внедрила частицы триоксида висмута (Bi2O3) в полиметилметакрилат (ПММА). Затем получившаяся смесь в виде смолы (компаунда) была отверждена ультрафиолетовым светом. В результате получился лёгкий и прочный материал, эффективно блокирующий гамма-излучение.

По сравнению с этим изобретением традиционные технологии и материалы для экранирования оборудования и защиты людей от ионизирующего излучения (например, на основе свинца) выглядят сложными, громоздкими, дорогими и токсичными. Также для изготовления современных радиационных экранов часто требуются длительные по времени техпроцессы в условиях очень высоких температур. Предложенный учёными способ ― отверждение смолы ультрафиолетом за считанные минуты в условиях комнатной температуры ― это радикальное снижение себестоимости производства радиационных экранов и множество других сопутствующих положительных эффектов.

Для проведения экспериментов учёные изготовили различные образцы нового антирадиационного материала с концентрацией триоксида висмута до 44 %. Попутно было обнаружено, что привнесение этой примеси в полимер увеличило микротвёрдость материала до семи раз. В сочетании с напечатанными на 3D-принтерах активными зонами ядерных микрореакторов полимерные радиационные экраны сулят в будущем удешевление процессов развёртывания новых атомных электростанций.

Добавим, статья об исследовании опубликована в журнале Nuclear Engineering and Technology и доступна по этой ссылке.

Прочнее чем алмаз: 3D-печать ведёт к появлению новых материалов

Аэрокосмическая отрасль нуждается в лёгких и очень прочных материалах. Помочь в этом могут новые технологии с использованием 3D-печати. Например, учёные из США смогли напечатать наноразмерную решётчатую структуру с лучшим соотношением прочности к плотности, чем у алмаза.

Наноструктурная решётка, напечатанная учёными из США (University of California, Irvine)

Наноструктурная решётка, напечатанная учёными из США (University of California, Irvine)

Искусственно повторить или превзойти прочностные характеристики алмаза ― мечта многих учёных и одновременно вызов природе. Как обычно, теоретические исследования в этой области идут быстрее практической реализации. Одну из таких теорий, которая говорила о возможности создать искусственный материал с меньшей плотностью без ущерба прочности, подтвердила группа учёных из Калифорнийского университета в Ирвине (UCI).

Традиционно решётчатые наноструктуры изготавливали в виде объёмной решётки с лучевыми (цилиндрическими) распорками в каждой плоскости и между вершинами ячейки. Теория гласила, что распорки из нанопластинок, например, как показано на картинке выше, придадут материалу лучшие прочностные характеристики. Проблема была в том, что создать такую наноструктуру оказалось чрезвычайно сложно.

Учёные из Калифорнийского университета в Ирвине смогли разработать технологию 3D-печати нанорешёток с пластинчатыми распорками. Печать структуры осуществлялась ультрафиолетовым лазером с послойной проекцией модели в жидкой смоле, чувствительной к УФ излучению. Об уровне технологии можно судить по тому, что толщина каждой нанопластинки составляла всего 160 нм.

Для стока избытков смолы из уже напечатанной модели в нанопластинках были предусмотрены отверстия. После удаления излишков смолы модель в течение часа выдерживалась в вакууме при температуре 900 °C. Последующие эксперименты с наноструктурой показали, что пластинчатые рёбра жёсткости по сравнению с лучевыми обеспечивают рост средней прочности материала на величину до 639 % и увеличивают среднюю жёсткость на величину до 522 %.

«Хотя теоретические характеристики этих структур были предсказаны ранее, мы были первой группой, которая экспериментально подтвердила, что они могут работать так же хорошо, как и прогнозировалось, и в то же время продемонстрировала спроектированный материал с беспрецедентными механическими характеристиками», ― сказал Лоренцо Вальдевит (Lorenzo Valdevit), профессор материаловедения и один из участников эксперимента.

Полупроводники смогли удивить: они могут вести себя как металлы и как сверхпроводники

Международная группа учёных обнаружила новое свойство полупроводников. Оказалось, что один и тот же материал, но с несколько отличающейся атомарной структурой, обнаруживает фундаментально различные свойства. Это открытие заставит по-новому взглянуть на материалы для электронной промышленности. Может так статься, что мы, фигурально выражаясь, до сих пор забивали гвозди микроскопом.

На левом изображении слева проволока из полупроводника, а справа Z-образная прволока с металлическими свойствами. На правом изображении эта же нанопроволока между золотыми контактами.

На левом изображении слева проволока из полупроводника, а справа Z-образная проволока с металлическими свойствами. На правом изображении эта же нанопроволока между золотыми контактами.

Учёные из британского Университета Суонси и немецкого Университета Ростока провели глубокий анализ кристаллической структуры на поверхности полупроводниковых материалов. С помощью так называемого коллоидного синтеза учёные смогли получить из полупроводника сульфида свинца две по-разному упорядоченные структуры.

В обычных условиях оба типа атомов в материале равномерно смешаны, что позволяет сульфиду свинца быть полупроводником со всеми вытекающими свойствами. Но после специальной обработки взвеси материала в жидком растворе атомы свинца выстроились вдоль всей поверхности полученной таким образом нанопроволоки. Новая структура стала проводить существенно больше электрического тока, как это свойственно металлу, и показала обратную зависимость от температуры, что также характерно для металлов. Полупроводниковых свойств она не продемонстрировала.

Более того, после охлаждения нанопроволоки до криогенных температур она стала вести себя как сверхпроводник. Иначе говоря, её сопротивление электрическому току резко упало. Данное открытие позволяет надеяться, что в других популярных материалах также кроется возможность фундаментально менять свои свойства при определённой несложной обработке. А раз есть тайные возможности, то это даёт надежду на прорыв там, где не этого давно не ждали.

Учёные предлагают делать оболочку для носимой электроники из материала на основе рыбьей чешуи

Однажды носимая электроника может стать одноразовой или с ограниченным сроком службы. Это могут быть светящиеся тату, мониторы сердечной деятельности, приборы спортивного назначения или что-то другое. Делать всё это в пластиковых корпусах означает множить свалки и загрязнять Землю. Но если использовать биоразлагаеые природные материалы, то всё может быть не так плохо.

Листик плёнки, на основе материала из рыбьей чешуи

Листик плёнки на основе материала из рыбьей чешуи

Группа учёных из Нанкинского технологического университета (Китай) опубликовала в журнале ACS Nano статью с исследованием свойств гибкого и прозрачного материала, полученного из возобновляемых источников. Точнее, из рыбьей чешуи, которая после переработки рыбы обычно утилизируется. Полученная учёными плёнка показала довольно высокую стойкость к механическим воздействиям в виде сгибания и полностью разлагалась в земле за неполный месяц.

Для изготовления плёнки учёные получили из чешуи желатин, сделали из него водный раствор и вылили в форму до полного высыхания. Затем на получившуюся плёнку нанесли токопроводящие цепи и светящийся материал. После подачи на контакты питающего напряжения плёнка начала светиться. Эта немудрёная конструкция выдержала 1000 изгибов и продолжила свечение.

Фактически она вела себя так, как если бы она была полимерная и на основе сырья, полученного из нефти. Только вот обычная полимерная плёнка провела бы в земле много десятилетий и не распалась бы, а плёнка из «чешуи» либо моментально растворилась бы в горячей воде, либо стала бы ничем в земле за 24 дня. Воспользуется кто-то этим изобретением или нет, но возможность альтернативы можно только приветствовать.

В разработку технологии для гиперзвуковых полётов включается HRL Laboratories

Полёты с гиперзвуковой скоростью стали вызовом и насущной необходимостью для военных всех развитых стран. Россия оказалась впереди в этой сфере, подготовив для поставки в войска комплексы «Авангард» и ракеты «Циркон» и «Кинжал». В США одной из программ в развитии гиперзвука является проект MACH агентства DARPA.

Getty Images

Getty Images

Легендарный исследовательский центр HRL Laboratories, который сегодня принадлежит корпорациям General Motors и Boeing, включился в разработку материалов и технологий для обеспечения гиперзвуковых полётов по программе MACH Агентства перспективных исследований МО США. Программа MACH была представлена в декабре 2018 года, о чём мы в своё время сообщали.

Гиперзвуковой полёт подразумевает движение летательных аппаратов на скорости свыше 5 Махов на минимально доступных высотах в плотных слоях атмосферы. Эта скорость в пять раз превышает скорость распространения звука в воздухе и намного выше, чем скорость полёта пули. Передние кромки летательных аппаратов на такой скорости испытывают колоссальное давление и высочайшие температуры, что приводит к их разрушению и к проблемам маневрирования аппаратов.

DARPA

DARPA

Лаборатория HRL собирается в комплексе использовать собственные наработки в области тугоплавких металлов, систем отвода тепла и аддитивных технологий, чтобы в рамках программы MACH (архитектура и спецификации материалов для гиперзвука) спроектировать кромки летательных аппаратов, выдерживающих рабочие нагрузки. На выходе должна появиться единая технология, предотвращающая разрушение кромок. В HRL Laboratories утверждают, что разработки последних лет создают уверенность в достижении поставленных целей, но делиться подробностями при этом не спешат.

Nissan и РКЦ займутся разработкой новых материалов с применением квантовых систем

Компания Nissan и Проект по квантовому машинному обучению Российского квантового центра (РКЦ) объявили о заключении соглашения о сотрудничестве в области применения квантовых вычислений для решения задач моделирования химических соединений.

Речь идёт о разработке и тестировании материалов нового поколения. Ожидается, что они найдут применение, в частности, в передовых аккумуляторных батареях, что поможет Nissan укрепить позиции на быстро развивающемся рынке электромобилей.

В рамках партнёрства предполагается создать новые методы моделирования квантовых систем и протестировать их с использованием существующих квантовых процессоров. Ожидается, что применение квантовых систем позволит многократно повысить эффективность разработки новых материалов по сравнению с традиционными компьютерными платформами.

Отмечается, что совместная инициатива Nissan и РКЦ — это один из первых коммерческих проектов в области квантовых вычислений в России. Сумма и сроки выполнения работ не раскрываются.

«Квантовые технологии чрезвычайно перспективны для решения ряда индустриальных задач. Материалы, которые можно будет создать с помощью квантовых компьютеров, существенно увеличат энергоёмкость и мощность батарей. В итоге мы получим возможность создавать высокоэффективный и экологичный транспорт, а также новые решения», — заявляет Nissan. 

Учёные создают «живой бетон», который размножается и лечит трещины

Строительный материал с прочностью бетона и с возможностями расти и восстанавливать повреждения окажет неоценимую услугу человеку на Земле и в космосе. На этом направлении далеко продвинулись американские учёные с финансированием со стороны военных.

CU Boulder College of Engineering and Applied Science

CU Boulder College of Engineering and Applied Science

Университет штата Колорадо в Боулдере (University of Colorado Boulder) по программе агентства DARPA занимается поиском строительного материала на основе живых организмов ― бактерий. Такой материал мог бы восстанавливать свою структуру после повреждений, например, в ходе боевых действий. Также растущий и самоизлечивающийся строительный материал мог бы помочь в освоении Арктики, африканских пустынь и даже Луны или Марса, куда непросто доставить обычные строительные материалы в необходимом объёме.

В ходе эксперимента учёные подобрали режимы освещения и питания цианобактерий, которых поместили в специальные формы в смесь песка и желатина (как вариант ― гидрогеля). По мере роста и отмирания бактерии поглощали углекислый газ и превращались в карбонат кальция ― основной ингредиент при производстве бетона. Опыты выявили, что колонии бактерий не погибают полностью, а уровень выживания может достигать 14 %. Это означает, что если к излому «живого» кирпича добавить питательную среду, то бактерии возобновят рост и сами достроят недостающую часть или зарастят трещину или скол.

В лабораториях университета учёные успешно вырастили «живые кирпичи» размером с обувную коробку и материалы сложной формы. С каждой половинки кирпича получилось вырастить по 8 целых кирпичей. Колонии бактерий оставались живыми и продолжали расти раз за разом. Побочной особенностью роста бактерий стало изменение цвета кирпичей. Это свойство можно использовать для сигнализации о наличии в воздухе токсичных веществ. Если стена напротив вдруг покраснела, значит, концентрация вредных веществ в воздухе выше нормы. Это может оказаться полезным для внеземных поселений.

Когда ожидать подвоза «живого бетона» в ближайший строительный супермаркет? Учёные полагают, что до этого момента пройдёт не менее 5, но не более 10 лет.

НАСА мечтает построить на Марсе дома из грибов

Исследователи из НАСА разрабатывают ряд проектов, которые могут помочь будущим исследователям новых планет в обустройстве новых мест обитания. Всего с собой с Земли не увезёшь, включая материалы и строительную технику. Выходом могут стать технологии выращивания строений из грибов. Отличная и малозатратная альтернатива для ранних инопланетных поселений.

Мицелий земных гибов, прорастающий в марсианском грунте (2018 Stanford-Brown-RISD iGEM Team )

Мицелий земных грибов, прорастающий в марсианском грунте (2018 Stanford-Brown-RISD iGEM Team )

Несмотря на кажущуюся абсурдность решения, предложенный метод выращивания самовосстанавливающихся строений не такой сложный, как может показаться в первый момент. Для создания стен и предметов из грибов учёные в опытах используют мицелий грибов, а не плодовое тело ― ножку, шляпку и так далее. Год назад, кстати, исследователи из университетов Стэнфорда и Брауна вырастила табуретку в рамках проекта по микоархитектуре в Исследовательском центре Эймса НАСА (Ames Research Center). А от табуретки до стены не так уж много шагов.

Концепция марсианского обиталища из грибов представляет собой трёхслойную структуру. Внешний слой ― это водяной лёд, он прозрачен для работы фотосинтеза бактерий на нижних слоях и поставляет им воду. Второй (внутренний) слой состоит из цианобактерий, которые производят кислород и питательные вещества. Третий слой ― это собственно мицелий грибов, прорастающих в заданном каркасе в нужной конфигурации. После завершения роста, когда мицелий заполнит весь каркас, внутренний слой прожигают для остановки роста и обеззараживания. Дом готов ― вселяйся и обживай.

В НАСА уверены, что технология окажется безопасной и будет под полным контролем, что не позволит заразить среду Марса земными бактериями и грибным материалом. В агентстве не исключают, что подобную технологию можно будет также использовать в земных условиях. В принципе, споры возникают преимущественно после появления плодовых тел, так что главной заботой будет изолировать мицелий от попадания в пограничные биосистемы.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Apple сможет внедрить в iPad и MacBook дисплеи Mini-LED быстрее, чем ожидалось 17 мин.
Вторым смартфоном со скрытой под экраном фронталкой стал вьетнамский Vsmart Aris Pro за $430 25 мин.
Фото дня: «расплывчатая» спиральная галактика в созвездии Большой Медведицы 2 ч.
Через тринадцать лет Tesla сможет захватить треть рынка стационарных систем хранения электроэнергии 2 ч.
Xiaomi выпустит смартфон Mi 10T Lite с ёмкой батареей и поддержкой 5G 3 ч.
Корпус SilverStone Fara B1 Pro для игровой системы наделён четырьмя ARGB-вентиляторами 3 ч.
Представлен смартфон OPPO Reno4 SE 5G с 32-Мп селфи-камерой и 65-Вт подзарядкой 4 ч.
Новая статья: Обзор материнской платы ASUS ROG STRIX B550-F GAMING (WI-FI): буква всё меняет? 11 ч.
Новая статья: Всё, что вы пропустили: NVIDIA купила Arm, Apple провела презентацию без iPhone 12, а Sony объявила официальные цены PlayStation 5 15 ч.
Новая статья: Обзор видеокарты NVIDIA GeForce RTX 3080, часть 2: долгожданные тесты 21 ч.