Теги → учёт
Быстрый переход

Печатная электроника добралась до органических фотодетекторов

Очевидно, печатать электронику на промышленных струйных принтерах дешевле и чище, чем многократно обрабатывать кремниевые пластины кислотами и газами. Сегодня струйные технологии зашли в производство OLED, а в будущем они обещают подтолкнуть в развитии печатную электронику. Например, немцы предлагают печатать фотодиоды для нужд связи и не только.

Команда исследователей из Технологического института Карлсруэ (KIT) разработала печатные органические фотодиоды, которые способны улавливать заданные длины волн светового излучения. В настоящее время фотодетекторы широко применяются в датчиках движения, камерах, световых барьерах и в массе других приложений. В будущем фотодиоды могут широко использоваться для передачи данных в видимом диапазоне. Это сравнительно новая тема беспроводной связи на базе систем освещения помещений.

По мнению отраслевых аналитиков, внутренняя сеть в зданиях на основе передачи данных в видимом диапазоне гораздо безопаснее (сильнее защищена от взлома), чем традиционные WLAN или Bluetooth. Печать фотодетекторов может ускорить и удешевить распространение сетей этого типа. Печатными датчиками можно будет вооружать носимую электронику на гибких подложках и устройства для Интернета вещей.

Учёные их Карлсруэ смогли разработать составы материалов на основе органических соединений, которые улавливают световое излучение строго заданной длины волны. Производство таких детекторов, как сказано выше, адаптировано для струйной печати.

Статья о результатах исследования опубликована в Advanced Materials (доступ к оригинальной статье свободно открыт). Изюминка открытия в том, что датчики работают без цветных фильтров. Это повышает чувствительность, ведь материал фотодетектора напрямую взаимодействует со светом, и токи в его структуре возникают лишь под воздействием заданных длин волн. Плюс ко всему этому удешевление производства. Кстати, по словам немецких учёных, представленная технология готова для массового производства.

В США поставлен эксперимент по запутыванию фотонов на дальности до 83 км

Десять дней назад Белый дом объявил о финансировании проектов по развёртыванию в США «квантового» Интернета. В течение следующих пяти лет должны появиться фундаментальные основы технологии и ключевые компоненты. В следующие 20 лет начнётся развёртывание квантовых каналов связи, и невероятное будущее станет реальностью.

Схема коммуникации для установления квантовой запутаности на дальности 52 мили (83+ км)

Схема коммуникаций для установления квантовой запутанности двух фотонов на дальности 52 мили (83+ км)

В новости за 15 февраля мы уже сообщали о планах развернуть «квантовый» Интернет между всеми 17-ю национальными лабораториями в США. Уточним, речь идёт не только и не столько о защищённой квантовой связи ― о распределении квантовых ключей шифрования, а о передаче данных и о кластерах на основе квантовых компьютеров. Это совсем другое. В данном случае подразумевается передача информации с использованием законов квантовой механики, что ещё называют квантовой телепортацией.

Для осуществления квантовой телепортации ― мгновенной передачи информации на далёкое расстояние со скоростью выше скорости света ― частицы (в эксперименте это фотоны) должны быть запутаны. Это означает, что квантовые состояния двух или большего числа объектов (частиц, атомов или чего-то другого) оказываются взаимозависимыми. В такой связи состояние спина одной частицы всегда оказывается строго противоположным состоянию спина другой удалённой частицы. Также измерение состояние одной из частиц мгновенно разрушает запутанность ― происходит «телепортация» воздействия, что служит основой для передачи информации.

Учёные из национальной лаборатории Аргонн поставили эксперимент по запутыванию пары фотонов в условиях старой оптоволоконной городской кабельной сети. В опыте использовались две закольцованные петли по 26 миль каждая, всего получилась петля длиной 52 мили или свыше 83 км. Этот эксперимент важен был тем, что использовалась кабельная инфраструктура со всеми её недостатками ― температурными, механическими, шумовыми и электромагнитными воздействиями плюс годы эксплуатации.

Опыт показал, что пара фотонов сохраняла запутанность на удалении фактически 83 километров. С группой частиц (кубитов) всё будет сложнее, но факт остаётся фактом. Квантовая запутанность работает в полевых условиях и оставляет пространство для дальнейших экспериментов.

Американские учёные научились добывать электричество из влаги в воздухе

Как говорил Артур Кларк, любая достаточно развитая технология неотличима от магии. Американские учёные наглядно доказали этот постулат. Довольно простая с виду установка смогла добыть электричество буквально из воздуха.

Художественное представление разработки (UMass Amherst)

Художественное представление разработки (UMass Amherst)

Группа исследователей из Массачусетского технологического университета в Амхерсте (не путать с MIT) опубликовала в журнале Nature статью, в которой сообщила об интересном изобретении. Созданное учёными небольшое устройство со сторонами 1×2 см смогло добывать электрический ток из окружающей влажности в воздухе. Устройство генерировало ток часами и восстанавливалось для дальнейшей работы после небольшого перерыва.

Генерирующий электричество элемент представляет собой тонкую плёнку толщиной 7 мкм. Но это необычная плёнка. Плёнка состоит из белковых нитей нанометровой толщины. Эти нити производятся в процессе жизнедеятельности бактерий Geobacter sulfurreducens. Это интересные бактерии. Они вырабатывают реагенты, которые позволяют восстанавливать металлы.

В 7-мкм плёнке довольно много слоёв белковых нитей. Естественно, вся толща плёнки пористая и способна абсорбировать влагу из окружающего воздуха. При этом нижний электрод занимает всю площадь под генерирующим элементом, в верхний закрывает только небольшой участок на поверхности плёнки.

Благодаря абсорбции влаги из воздуха в толще плёнки возникает перепад влажности ― создаётся градиент по направлению к нижнему электроду. Из-за молекул воды на поверхности белковых нитей начинают происходить процессы ионизации, что, в свою очередь, приводит к появлению в плёнке подвижных протонов ― носителей заряда. Поскольку влажность плёнки (её градиент) изменяется от одного электрода к другому, возникает также градиент носителей заряда (протонов) и, как следствие, при замыкании электродов или в случае подключения нагрузки в системе начинает течь электрический ток.

Иллюстрация из статьи в Nature

Иллюстрация из статьи в Nature

Эксперимент показал, что без нагрузки генератор выдаёт 0,5 В. Достигнутая плотность тока составила 17 мкА на см2. Соединив последовательно 17 таких генераторов и в качестве баланса подключив к нему конденсатор, учёные смогли запитать небольшой экран. В таком состоянии цепь вырабатывала электричество 20 часов, за которые напряжение упало на 30 %. После перерыва в 5 часов напряжение на контактах снова было на уровне первоначального значения.

Исследователи считают, что данное изобретение может привести к появлению источников питания для носимой электроники или нательных медицинских приборов. Влажный воздух есть везде, даже в пустыне Сахара. А ничего другого для работы предложенного генератора больше не нужно.

В США разработана новая технология производства нанометровых полупроводников

Дальнейшее развитие микроэлектроники невозможно представить без совершенствования технологий производства полупроводников. Чтобы расширить границы и научиться выпускать всё более мелкие элементы на кристаллах нужны новые технологии и новые инструменты. Одной из таких технологий может стать прорывная разработка американских учёных.

Группа исследователей из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработала новую методику создания и травления тончайших плёнок на поверхности кристаллов. Потенциально это может привести к производству чипов с меньшими масштабами технологических норм, чем сегодня и в ближайшей перспективе. Публикация об исследовании размещена в журнале Chemistry of Materials.

Предложенная методика напоминает традиционный процесс атомно-слоевого осаждения и травления, только вместо неорганических плёнок новая технология создаёт и работает с органическими плёнками. Собственно, по аналогии новая технология названа молекулярно-слоевым осаждением (MLD, molecular layer deposition) и молекулярно-слоевым травлением (MLE, molecular layer etching).

Как и в случае атомно-слоевого травления метод MLE использует газовую обработку в камере поверхности кристалла с плёнками из материала на органической основе. Кристалл циклически обрабатывается двумя разными газами попеременно до тех пор, пока плёнка не истончится до заданной толщины.

Химические процессы при этом подчиняются законам саморегуляции. Это означает, что слой за слоем снимаются равномерно и контролируемо. Если использовать фотошаблоны, на кристалле можно воспроизвести топологию будущего чипа и вытравить рисунок с высочайшей точностью.

В эксперименте учёные использовали для молекулярного травления газ с содержанием солей лития и газ на основе триметилалюминия. В процессе травления соединение лития реагировало с поверхностью пленки алукона (alucone) таким образом, что литий осаждался на поверхности и разрушал химическую связь в пленке. Потом подавался триметилалюминий, который удалял слой плёнки с литием, и так поочерёдно до тех пор, пока плёнка не уменьшалась до нужной толщины. Хорошая управляемость процессом, уверены учёные, может позволить предложенной технологии подтолкнуть развитие полупроводникового производства.

Китайские и американские учёные разработали сверхэффективный опреснитель воды

Многим это в диковинку, но с питьевой водой в мире становится всё хуже и хуже. Особенно от дефицита воды страдают районы, где много солнца и солёной воды, а электричества, так необходимого для работы опреснительных установок, недостаточно. Проблему могли бы решить пассивные опреснители воды, но для этого важно повысить их эффективность, чем вместе занялись учёные из США и Китая.

Совместная группа учёных из Массачусетского технологического института и Шанхайского университета Джао Тонг (Shanghai Jiao Tong University) разработала высокоэффективный пассивный опреснитель воды. Опытная установка, расположенная на крыше одного из каммпусов MIT, показала производительность 1,52 галлона в час с квадратного метра освещённой поверхности (примерно 5,7 л). Такие системы могут потенциально обслуживать автономные прибрежные районы, чтобы обеспечить эффективный и недорогой источник воды. Качество полученной воды, кстати, было выше, чем того требуют санитарные нормы.

По мнению исследователей, в перспективе разработка позволит создать небольшие опреснители воды стоимостью до $100 для суточного обслуживания питьевой водой семьи из четырёх человек. Также можно будет создавать свободно плавающие в море опреснители для обслуживания прибрежных поселений и городов. Установка, как сказано выше, не требует электричества, и даже закачка воды и вынос соли осуществляются пассивно за счёт разницы в плотности растворов.

Секрет предложенного опреснителя в том, что он многослойный. Учёные остановились на 10 слоях, которые представляют собой пакет из чередующихся испарительных камер. Ключевой особенностью установки стало то, что каждый следующий из слоёв использует тепло, которое вырабатывает предыдущий слой (камера). Это тепло, которое вырабатывается в процессе конденсации воды. В обычных испарителях (конденсаторах) тепло излучается в окружающее пространство. В новой установке оно передаётся следующему конденсатору и снова пускается в дело и так до 10 раз.

Многократная рециркуляция собранного солнечного тепла позволила добиться эффективности установки по опреснению воды до 385 %. Учёные считают, что дальнейшая оптимизация структуры конденсаторов и используемых материалов могли бы поднять эффективность опреснения до 700 % и даже до 800 %.

Кстати, о материалах. Опытная установка не использует чего-то необычного. За сбор солнечного тепла отвечает простой чёрный поглотитель, а солёную воду в камеры подают бумажные полотенца с помощью обычного капиллярного эффекта «фитиля». Оседающую в процессе испарения в «фитиле» соль будет вымывать в течение ночи и к утру система снова будет готова опреснять солёную воду.

Опытная установка пассивного опреснителя воды на крыше здания MIT

Опытная установка пассивного опреснителя воды на крыше здания MIT

Самым дорогим в установке является прозрачный аэрогель, изолирующий всю верхнюю поверхность от окружающей среды. Это одновременно и теплоизолятор и поставщик тепла внутрь опреснителя. Сделать этот слой дешевле можно с помощью материалов из кремнезёма, с чем учёные планируют разобраться в дальнейшем. Также исследователи обещают создать прототип установки, которая годилась бы для коммерческого использования.

Алмазные транзисторы любят погорячее

Максимальная теоретическая рабочая температура кремниевых транзисторов и микросхем не может превышать 200 °C, но на деле ограничивается вдвое меньшими значениями. Но как быть, если датчики и электронику нужно разместить поближе к двигателям, где не просто жарко, а очень горячо? В этом могут помочь транзисторы из алмаза, которые от нагрева работают только лучше.

Исследователи из знаменитой американской лаборатории HRL Laboratories (принадлежит General Motors и Boeing) разработали техпроцесс производства полевых транзисторов FinFET с алмазными рёбрами. Статья о работе опубликована вчера в журнале Nature и доступна по этой ссылке. Эксперименты подтвердили, что алмазные транзисторы могут работать при температуре до 200 °C. Целью дальнейших исследований ставится задача создать электронные приборы, способные работать при температуре до 1000 °C.

Самым интересным из этого можно считать то, что для полевых транзисторов с вертикальными алмазными рёбрами повышение температуры идёт только во благо. Чем выше нагрев алмаза, тем лучше проводимость транзисторных каналов и тем выше их производительность. При комнатной температуре они работают с посредственными характеристиками. Поэтому в персональных компьютерах они вряд ли появятся. Но космос и небо ― спутники и самолёты ― будут только рады появлению высокотемпературной электроники.

Алмазные транзисторы и чипы на их основе можно будет устанавливать в непосредственной близости от электрических двигателей, двигателей внутреннего сгорания и даже реактивных двигателей. Это наверняка приведёт к появлению интеллектуальных двигательных установок и к новому слову в двигателестроении. Также жаропрочная электроника нужна для управления глубоководными бурильными установками и в промышленности.

Для производства полевых транзисторов FinFET с алмазными рёбрами исследователи использовали технологию омической рекристаллизации (повторного роста) контактов между алмазом и составными частями транзистора. Задачей было создать надёжные контакты с низким сопротивлением между каналом, стоком и истоком, что давно реализовано для полупроводников и в новинку для алмазов. Учёные с этой задачей справились.

Для ориентации в помещениях дроны обучат эхолокации

Камеры, GPS и инерционные системы могут оказаться не самыми лучшими способами для ориентации дронов в помещениях. Новым инструментом для определения расстояния до препятствий может стать эхолокация. Алгоритм и принцип её работы применительно к дронам представили математики из США и Германии.

Пока это только теоретическая работа. Математики Мирей Бутен (Mireille Boutin) из Университета Пердью (США) и Грегор Кемпер (Gregor Kemper) из Технического университета Мюнхена представили математически доказанный алгоритм ориентации дронов в помещениях с помощью прослушивания эха. Работа опубликована в журнале Applied algebra and geometry («Прикладная алгебра и геометрия»).

Согласно теоретическим выкладкам учёных, ориентация дронов в пространстве и картографирование помещений с точным определением расположения и даже наклона стен возможна с использованием всего четырёх ненаправленных микрофонов на дроне. Источник звукового сигнала может располагаться как на самом дроне, так и быть где угодно в пределах комнаты и даже за стеной.

Все четыре микрофона на дроне улавливают отражённый от стен сигнал и рассчитывают разницу во времени движения звука от источника до стен и отражённого сигнала до микрофонов. Чтобы алгоритм мог определить угол наклона стен, микрофоны должны располагаться на разных уровнях (не на одной линии). Для расчёта используется только эхо «первого порядка». Вторично отражённые звуковые сигналы должны отсеиваться, но в данном исследовании этот процесс не отражён. По словам математиков, это очень сложный процесс и его ещё предстоит проработать.

Работать математикам предстоит ещё над многими аспектами алгоритма. Например, пока нет теоретических выкладок для эхолокации в условиях стен с искривлённой поверхностью. Доказанный алгоритм может надёжно работать только с плоскими стенами. Выгода предложенного метода в том, что ориентация осуществляется всего по одному сигналу и ненаправленными микрофонами, а не сонарами ― это предельно упрощает работу системы ориентации по эху.

Молекулярная запись данных стала немного ближе

Рано или поздно на смену жёстким дискам и SSD придут новые виды носителей данных, на что намекает экспоненциальный рост объёмов информации. Для этого уже сейчас учёные бьются над проблемами записи на молекулярном уровне, и определённые успехи на этом направлении есть.

Группа учёных из Университета Брауна (США) сообщила о прогрессе в разработке методов записи и считывания данных на молекулярном уровне. Данные об исследовании опубликованы в Nature Communications (статья доступна для бесплатного прочтения на английском языке). В серии экспериментов учёные записали, сохранили и затем считали цифровые файлы с закодированными изображениями египетского бога Анубиса, абстрактной картины скрипки Пикассо и другие изображения общим объёмом 200 Кбайт.

Это не первая попытка закодировать данные с помощью набора молекул, но в данном случае учёные решили не ждать милости от природы. До данного эксперимента учёные брали известные химические соединения (молекулы) и создавали из них смеси ― таким образом кодировали входящие данные. Считывание данных происходит с помощью последовательного анализа смесей масс-спектрометром. Затем компьютерная программа преобразует полученный результат в картинку или текст. Подобный подход был ограничен известным химикам набором небольших по размеру молекул. А чем меньше молекул, тем меньше возможностей для кодирования, например, с точки зрения разрядности.

Учёные из Университета Брауна синтезировали собственные наборы молекул ― библиотеки для кодирования данных. Вся хитрость заключалась в том, чтобы из простейших соединений и без сложных реакций научиться быстро создавать библиотеки из простых молекул, которые масс-спектрометр мог бы идентифицировать с максимальной точностью.

Для синтеза малых молекул была выбрана так называемая Уги реакция ― это многокомпонентная комбинаторная реакция с использованием четырёх компонентов: карбоновой кислоты, амина, альдегида (кетона) и изоцианида. Эта реакция широко используется в фармацевтике и является надёжным инструментом для синтеза соединений. Для создания библиотек из молекул в различных комбинациях использовались пять аминов, пять альдегидов, 12 карбоновых кислот и пять изоцианидов. Всего учёные смогли создать до 1500 соединений.

Преимуществом здесь является потенциальная масштабируемость библиотеки. Используя всего 27 различных компонентов, учёные за один день создали библиотеку из 1500 молекул и им не пришлось искать для этого какие-либо уникальные молекулы.

Для кодирования каждой картинки использовались свои библиотеки в виде уникального набора из молекул. Для записи изображения Анубиса, например, библиотека содержала 32 компонента. Для кодирования 0,88-мегапиксельного рисунка Пикассо была задействована библиотека из 575 соединений.

Технически запись происходила следующим образом. Данные кодировались в смеси молекул, которые помещались в крохотные лунки диаметром менее миллиметра на небольших пластинках из железа. В каждой лунке (капле) уникальных молекул может быть так же много, как в библиотеке. Например, в самом максимальном случае ― 1500, но надёжно считать их все в такой  комбинации пока нельзя. Тем не менее, это позволяет судить о разрядности каждой смеси, а она ограничена только размерами библиотеки. Затем каждая смесь считывается масс-спектрометром, молекулы идентифицируются и входящие данные расшифровываются.

Для представленного метода учёным пришлось разрабатывать алгоритмы коррекции ошибок. Разработанный метод позволил идентифицировать молекулы с точностью до 99 %. Метод доказал свою надёжность, но исследования необходимо продолжить.

Для выработки электричества по ночам предложены «антисолнечные» батареи

Как бы нам ни хотелось перейти на возобновляемые источники энергии, все они имеют те или иные недостатки. Солнечные панели, например, работают только в светлое время суток. Ночью они простаивают, а энергия черпается из заряженных днём аккумуляторов. Обойти это ограничение помогут придуманные учёными терморадиационные панели.

ACS Photonics

ACS Photonics

Как подсказывает интернет-ресурс ExtremeTech, исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе (University of California Davis) предложили концепцию «антисолнечных» панелей, которые могут генерировать электричество в процессе излучения накопленного самими панелями тепла (инфракрасного излучения). Поскольку инфракрасное излучение обладает меньшей энергией, чем видимое, «антисолнечные» панели будут вырабатывать примерно до 25 % электричества от возможностей обычных солнечных панелей такой же площади. Но это ведь лучше, чем ничего?

Терморадиационные панели вырабатывают электричество не так, как солнечные панели. В обычных панелях видимый свет в виде фотонов проникает в полупроводник фотоэлемента и в процессе взаимодействия с веществом передаёт ему свою энергию. Предложенные учёными терморадиационные элементы работают на подобном принципе, только используют энергию инфракрасного излучения. Физика та же, но материалы в элементах должны быть другими, как заявили учёные в соответствующей статье в журнале ACS Photonics.

Вопрос работы терморадиационного элемента в дневное время остаётся открытым, хотя условия для его работы днём тоже можно создать. В ночное время нагретый за день терморадиационный элемент активно излучает накопленное им тепло в более холодное открытое пространство. В процессе инфракрасного излучения в материале терморадиационного элемента энергия излучаемых частиц преобразуется в электрическую энергию. В принципе, такой преобразователь может начинать работать сразу же, как только температура окружающей среды становится ниже точки его нагрева.

В настоящий момент учёные не готовы показать прототип терморадиационного элемента и только приближаются к его созданию. Нет также данных, какой материал будет предпочтительным для производства терморадиационных элементов. В статье речь идёт о возможном использовании сплавов ртути, что заставляет задуматься о безопасности. В то же время, было бы заманчиво получить элементы, которые могли бы вырабатывать электричество не только днём, но также и ночью.

Придумана 3D-индуктивность для чипов: миниатюризация идёт к меломанам и связистам

Катушки индуктивности или просто индуктивности трудно воспроизвести на кристалле чипа в компактном виде. Обычно они изготавливаются в виде двухмерной спирали и поэтому занимают много места. Но недавно была придумана технология, которая позволяет создавать в сто раз более компактные объёмные индуктивности с возможностью генерировать сильные магнитные поля.

Рулон свернувшейся мембраны диаметром примерно 80 мкм

Рулон свернувшейся мембраны диаметром примерно 80 мкм

Изобретение представила группа учёных из США во главе с профессором по электротехнике и вычислительной технике Университета Иллинойса Сюлин Ли (Xiuling Li). Вместо того, чтобы вытравливать на поверхности кристалла спирали или навивать тончайшие провода на металлические сердечники учёные разработали технологию самостоятельно сворачивающихся в рулоны отрезков мембран с полыми микротрубками поперёк оси намотки.

Как показано на видео выше, в специально созданных условиях мембраны начинают сами сворачиваться в рулоны, в ходе чего каналы в мембранах фактически наматываются друг на друга и в итоге образуют объёмную катушку индуктивности. В качестве провода в таких катушках используются проводящие наночастицы, которые заполняют микротрубки в мембране. За счёт пространственного расположения рулона мембраны (катушки), на самом чипе она занимает в сотни раз меньше места, чем если бы её изготовили в виде плоской спирали.

Вопрос с металлическим сердечником тоже решён интересным способом. Вместо железного стержня, который как-то надо поместить внутрь индуктивности, учёные воспользовались обычным капиллярным эффектом. Капля жидкого раствора оксида железа втягивается в сердцевину рулона мембраны, и после высыхания жидкости создаёт внутри неё металлический слой с превосходными электромагнитными свойствами (см. видео ниже).

По словам разработчиков, предложенная технология испытана на сворачивании в рулон мембраны длиной 1 см в газовой среде. Первые испытания проходили в жидких средах, но на больших отрезках мембран они показали плохую управляемость процессом скручивания. Также остаются проблемы с отводом тепла от 3D-катушек индуктивности, и с этим ещё предстоит разобраться.

Если довести технологию до ума, уверены учёные, то она позволит создавать электронные приборы с индуктивностью от сотен до тысяч мТл (миллитесла), что сделает их полезными в чипах для силовой электроники, аудиорешений, магнитно-резонансной томографии и связи.

Учёный из России принял участие в разработке методов оценки стабильности солнечных батарей из перовскитов

Солнечные элементы на перспективных «российских» минералах перовскитах обещают заменить классические кремниевые солнечные панели и предоставить человечеству неисчерпаемый источник возобновляемой энергии. Чтобы элементы на перовскитах быстрее вышли из лабораторий, для их практической оценки необходимы новые стандарты, в разработке которых принял участие профессор из России.

Как сообщается, большая группа ученых, в которой Россию представил профессор Сколтеха Павел Трошин, разработала алгоритмы исследования эксплуатационной стабильности солнечных элементов на основе перовскитов. Предложенные протоколы и рекомендации представлены в большой статье, опубликованной в журнале Nature Energy.

По прогнозам, солнечные элементы на основе перовскитов составят конкуренцию широко используемым кремниевым солнечным панелям. Они уже не уступают им по эффективности. Проблема кроется лишь в недостаточной эксплуатационной стабильности перспективных панелей, которую ещё нужно научиться правильно оценивать. А эта оценка, в свою очередь, позволит приблизить коммерциализацию перовскитных солнечных батарей.

Решением проблемы занималась большая группа учёных из 59 исследователей из 51 организации. Возглавляла программу профессор Моника Лира-Канту (Mónica Lira-Cantú) из Каталанского института нанотехнологий (Испания) и профессор Евгений Кац (Eugene A. Katz) из Университета Бен Гуриона в Негеве (Израиль). Сколтех представлял профессор Центра энергетических технологий Павел Трошин. В упомянутой выше публикации в Nature Energy можно найти результаты дискуссии в виде протоколов и стандартов, рекомендованных для исследования стабильности перовскитных солнечных элементов.

«Например, предложено циклирование в режиме «день-ночь», протоколы оценки стабильности в модели «идеальной инкапсуляции», методы исследования поведения солнечных элементов при воздействии внутреннего и внешнего электрических полей. Также сделаны рекомендации по стандартизации исследований в области стабильности перовскитных солнечных батарей с целью повышения их воспроизводимости».

На следующем шаге учёные подготовят технический отчёт ― это станет последним этапом перед фазой массового производства и практического внедрения перовскитных солнечных батарей. Это означает, что появится инструмент для стандартизации производства и широкого появления более эффективных солнечных батарей.

Учёные создали тело на чипе, имитирующее поведение 10 связанных органов

Похоже, скоро нас ждёт революция в методах индивидуальной диагностики и в целом в сфере биологических исследований. Чипы для анализа биологических материалов давно не новость, хотя они становятся лучше, дешевле и точнее. Учёные идут дальше. На очереди создание тела на чипе, имитирующее поведение связанных органов.

Учёные из Института бионики Висса (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) Гарвардского университета создали имитатор тела человека из 10 связанных органов. Предложенная платформа Body-on-Chips (тело на чипе) идёт дальше простой имитации органов и позволяет в комплексе отследить воздействие медицинских препаратов на организм человека, а не только на его отдельные части.

Подобная платформа значительно ускорит разработку новых препаратов, особенно на ранних стадиях испытаниях лекарств. Полезное действие химического вещества на один орган может вызывать побочные явления в других, на что укажет «тело на чипе», но никак не «орган на чипе». Также разработанная система даёт возможность подобрать нужную концентрацию лекарства и оценить скорость вывода его из организма. Иначе говоря, платформа Body-on-Chips позволяет отслеживать как фармакокинетику (ФК, поглощение, распределение, метаболизм и вывод), так и фармакодинамику (ФД, воздействие, механизмы и побочные действия).

Конструктивно тело на чипе представляет собой соединённые между собой несколько устройств размером с карту памяти. Каждый орган ― это два параллельных канала, один из которых имитирует или содержит специфические ткани определённого органа, а второй, смежный, имитирует кровеносные сосуды. Оба канала разделены пористой мембраной, специфичной данному органу. В модели тела все «органы» и кровеносные сосуды соединены микротрубками, имитирующими циркуляцию крови в теле человека. Управляется всё это командами с компьютера.

В своём исследовании учёные последовательно связали сосудистые каналы восьми различных чипов-органов, включая кишечник, печень, почку, сердце, легкое, кожу, гематоэнцефалический барьер и мозг. Прибор смог поддерживать жизнеспособность всех тканей на чипах в течение трёх недель. Эксперименты с распространением никотина в «органах» и воздействие на них одного из препаратов для химиотерапии показали, что содержание веществ в «органах», их негативное воздействие на ткани, концентрация и скорость вывода из искусственного организма практически те же самые, что и в случае приёма живым человеком. Не будет преувеличением сказать, что в обозримом будущем это изменит мир фармацевтики и человека.

За сокрытие научной работы в Китае арестован профессор Гарвардского университета

Для государства нет ничего важнее, чем национальная безопасность. В полной мере это относится к сфере научных изысканий. Но наука сегодня не работает без международных контактов. Важно не перейти грань между стремлением к знаниям, защитой национальных интересов и желанием заработать.

Как сообщают источники, Министерство юстиции США объявило об обвинении и заключении под стражу профессора Гарвардского университета доктора Чарльза Либера (Charles Lieber). И это не рядовой, пусть и известный в своих кругах учёный. Доктор Либер возглавляет кафедру химии и химической биологии Гарвардского университета. Это старейший ВУЗ в США. Арестовать заведующего кафедрой такого учебного заведения ― это удар по престижу академической науки в этой стране.

Формально профессор обвиняется в мошенничестве и ложном заявлении. Согласно документам, с 2008 года на исследования в области нанотехнологий профессор Либер получил от Национального института здравоохранения (NIH) и Министерства обороны США (DOD) порядка $15 млн в виде грантов. Подобный уровень финансирования предполагает, что учёный должен был обязательно сообщить грантодателям о совместной научной работе с иностранными организациями и компаниями. Учёный не только не сообщил об активном сотрудничестве с университетом в Китае и о работе в рамках китайской программы «Тысяча талантов» для поиска и возврата в Китай учёных с китайскими корнями, но позже лжесвидетельствовал, когда его прямо спросили об этом.

Подчеркнём, профессору вменяется в вину не сам факт многолетнего сотрудничество с Китаем, а факт сокрытия этой информации от работодателя в лице Гарвардского университета (сомнительно, что за 8 лет сотрудничества профессора с китайцами никто ничего не заподозрил), а также от грантодателей в лице МО США и других. При этом в соответствии с трехлетним контрактом Лайбера с «Тысячей талантов» ему ежемесячно выплачивалась заработная плата в размере $50 000 и средства на проживание в Китае в размер $158 000.

Также ему были выделены средства в размере $1,5 млн на обустройство химической лаборатории в Уханьском университете. Помимо прочего, американский профессор курировал исследования в китайском университете, публиковал научные статьи и организовывал конференции. В Китае он обязан был работать не менее 9 месяцев в году. Как всё это можно было скрыть, даже тяжело себе представить. Позже в ходе опроса он отрицал, что каким-то образом связан с китайским университетом и якобы даже не подозревал о своём отношении к этому учебному заведению. Собственно, на этой лжи он и погорел.

Отметим, для приобретения учёными из США вороха проблем с государственными структурами вовсе не обязательно что-то скрывать. Достаточно открыто получать гранты от китайцев в рамках сотрудничества по официальным программам. Госструктуры США предупреждают, кормиться можно только из их рук.

Австралийские учёные придумали гибкий нанотонкий тачскрин

Сенсорные экраны смартфонов и дисплеев прочно вошли в нашу жизнь. Осталось сделать их ещё лучше ― ярче, прочнее, гибче, надёжнее и дешевле. Как выяснилось, учёные из Австралии могут предложить улучшения по каждому из перечисленных выше пунктов.

Образец тонкого тачскрина (RMIT University)

Образец тонкого тачскрина (RMIT University)

Группа учёных из Австралии из Университета Нового Южного Уэльса, Университета Монаша и Центра передового опыта ARC в области технологий низкоэнергетической электроники (FLEET) опубликовала в журнале Nature Electronics результаты исследований, в ходе которых они научились создавать тончайшую электропроводную плёнку, свойства которой позволяют ей служить сенсорным экраном. Утверждается, что плёнка получается едва ли не атомарной толщины.

Из нескольких слоёв такой плёнки можно создавать гибкие сенсорные экраны для смартфонов или дисплеев, прозрачность которых будет выше традиционных тачскринов из современных плёнок из оксидов индия и олова (indium-tin oxide, ITO). Традиционные сенсорные экраны из ITO поглощают до 10 % света подсветки дисплеев. Предложенная учёными 2D-плёнка (что говорит о толщине её слоя) поглощает только 0,7 % света. Очевидно, эту прозрачность можно конвертировать в запас аккумулятора смартфона, что банально позволит устройствам работать дольше при меньшей яркости подсветки.

Что ещё полезнее, техпроцесс производства сверхтонкого тачскрина очень простой. Как шутят учёные, вы его сами можете приготовить на своей кухне из доступных ингредиентов. Нужно разогреть сплав олова и индия до 200 ºC, и как только они станут жидкими, раскатать расплав тонким слоем на силиконовом коврике. Если говорить серьёзно, предложенный техпроцесс предполагает рулонное производство тонкой плёнки для тачскрина по методу, аналогичному печати газет в типографиях. Выходит гораздо дешевле и без поддерживания вакуума, как этого требует современный техпроцесс производства «толстых» тачскринов из ITO.

В настоящий момент учёные пытаются получить патент на своё изобретение и готовятся выпустить опытные экземпляры тачскринов «нанометровой» толщины. Если у них всё получится, технология может найти применение не только в смартфонах, но также в широких областях оптоэлектроники, для выпуска солнечных панелей и «умных» окон для помещений.

Японские разработки облегчат охлаждение и аккумулирование тепла в электронике и строительстве

Системы охлаждения или аккумулирования тепла на материалах с эффектом фазового перехода могут стать эффективнее. Это поможет охлаждать электронику или технику, а также запасать тепло в конструктивных элементах зданий, чтобы потом постепенно отдавать его по мере надобности.

Японское агентство по исследованиям AIST (Agency for Industrial Science Technology) сообщило о разработке фазово-переходного теплоаккумулирующего компонента, обеспечивающего высокую плотность и надежность. Новый материал одновременно позволяет запасать достаточно много тепла и при этом не боится грубой механической обработки.

По сравнению с предыдущими разработками новинка оказалась намного прочнее без ущерба для плотности аккумулирования тепла, хотя материал получается путём спекания порошкообразного диоксида ванадия. До недавнего времени эксперименты с этим веществом не могли похвастаться получением материалов с высокими прочностными характеристиками. На выходе получался материал, который был хрупким и не поддавался обработке (крошился).

После детального изучения реакций, которые происходят при спекании и затвердевании порошка оксида ванадия, исследователи разработали метод приготовления исходного порошка, который значительно способствует спеканию даже без использования агломерационной добавки, отличной от оксидов ванадия. Полученное значение плотности накопления тепла сопоставимо с таковым для льда и парафина, а прочность на сжатие была увеличена в пять или более раз по сравнению с использованием необработанного порошка. Также было подтверждено, что рабочую температуру накопителя тепла можно регулировать от 5 °С или менее до примерно 100 °С.

AIST

Слева старый подход к аккумулированию тепла, справа новый (AIST)

Поскольку переход из одного фазового состояния в другое происходит без плавления материала и его разрушения, новый материал имеет все шансы быть широко использованным в простых и недорогих системах отвода или аккумулирования тепла. В дальнейшем исследователи намерены оценить теплопроводность полученных компонентов, а также разработать материал, который позволит контролировать такие характеристики, как температурный диапазон и количество тепла в зависимости от назначения материала. Тепло ― это роскошь, особенно на большинстве территории России. К нему надо относиться бережно.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥