При помощи лазера мы можем рисовать на асфальтеновых пленках разные узоры в зависимости от того, что именно нам необходимо получить. Если мы хотим использовать этот материал для производства электрохимических сенсоров, нам нужно сделать три компактных электрода, которые между собой не контактируют. Если мы хотим сделать антенну, то это должны быть два равных по размеру резонатора, как в старой телевизионной «рогатке». Проще говоря, сразу на этапе производства композита мы закладываем конфигурацию будущего устройства.

— Илья Петров. Инженер-исследователь Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета.

Получаемый композит довольно тонкий и прочно связан с пластичной подложкой, поэтому устройства остаются гибкими и не разрушаются даже после тысячи сгибаний. Материал из асфальтенов не подвержен коррозии, поэтому его можно использовать там, где обычные металлические компоненты неприменимы: например, в агрессивных средах.

На технологию получен патент.

Больше новостей об энергетике читайте на сайте журнала Энергия+: https://e-plus.media/news/

Всего 1,5% (по массе) графенового порошка сокращает время схватывания раствора почти на 40% — с шести до четырех с половиной часов. Причина — в ускорении взаимодействия такого цемента с водой.

Наночастицы оксида графена вступают в реакцию с цементным раствором и образуют микроскопические кристаллы, которые увеличивают предел прочности цементного камня более чем в два раза. Так, прочность камня без графенового порошка после 14 суток выдержки составляет 6 мегапаскалей, а с ним — 13.

По словам авторов разработки, модифицированный цемент может с успехом использоваться в нефтедобыче — например, при строительстве скважин.

Больше новостей об энергетике на сайте журнала Энергия+: https://e-plus.media/news/

Политехники провели эксперимент и выявили зависимости влияния силы тока и времени горения дуги на массу образцов. Исследование показало, что увеличение входных параметров приводит к увеличению массы образца, повышает производительность процесса. При этом рост силы тока больше влияет на результат, чем время горения дуги.

– В отличие от аналогов, при изготовлении материала таким способом не нужно использовать связующее, что повышает физико-механические свойства изделий, такие как прочность, износостойкость, теплопроводность. Кроме того, технология не требует энергоемкой и дорогостоящей термической обработки, – объясняет руководитель проекта, доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения» Пермского Политеха, кандидат технических наук Дмитрий Караваев.

Разработка ученых ПНИПУ вносит большой вклад в производство уникального по своим свойствам материала. Технология изготовления деталей из графена перспективна для создания ответственных элементов с высокими эксплуатационными свойствами. Качественные изделия способны заменить многие существующие элементы в аэрокосмической,  автомобильной и энергетической промышленности на более прочные и легкие детали. Отечественное промышленное производство выходит на новый уровень.

Технология получила название Neutrinovoltaic и разработана международным коллективом ученых компании Neutrino Energy Group под руководством математика Holger Thorsten Schubart, которые исследовали влияние нанесения тонкопленочных покрытий из различных наноматериалов на эффективность работы солнечных панелей. Оказалось, что нанесение некоторых пленочных покрытий привело к снижению эффективности их работы. Причиной являлись повышенные колебания атомов исследуемых материалов. Объяснение было найдено в опубликованных в журнале Nature результатах работ, проведенных в лабораториях профессора Вуд в ETH Zurich и в Swiss Spallation Neutron Source в Институте Пола Шеррера. В публикации показано, что, когда материалы изготавливаются с размерами менее 10–20 нанометров, то есть в 5000 раз тоньше человеческого волоса, колебания внешних атомных слоев на поверхности наночастиц велики и играют важную роль в том, как этот материал ведет себя.

Наиболее заметные колебания в экспериментах компании Neutrino Energy Group показывали атомы графена, причем было отмечено нетипичное поведение графена в отличие от других исследуемых материалов. В микроскоп с большим разрешением было отчетливо видно появление «графеновой» волны, что вызвало интерес ученых к прикладному использованию такого поведения графена. Потребовалось еще несколько лет многочисленных экспериментов, которые позволили ученым создать многослойный наноматериал из чередующихся слоев графена и легированного кремния, наносимых послойно на одну сторону металлической фольги, который генерирует постоянный электрический ток. Такая пластина размером 200х300 мм при комнатной температуре дает напряжение 1.5 В и силу тока 2 А, что позволяет перейти к промышленному внедрению Neutrinovoltaic технологии и разработке на ее основе генераторов различной мощности и различного предназначения.

Эксперименты показали, что мощность электрогенерации зависит от амплитуды и частоты колебаний «графеновых» волн, т.е. от амплитуды и частоты колебаний атомов графена. Требовалось физическое объяснение процесса преобразования энергии окружающих полей излучений в электрический ток и выявление факторов, влияющих на колебания атомов графена. Эксперименты, проведенные при различных условиях и температурах, показали, что основные факторы, влияющие на амплитуду и частоту колебаний атомов графена, – это тепловое (броуновское) движение атомов графена, зависящее от температуры. Кроме того, атом графена (углерода) имеет порядковый номер 6 в периодической системе химических элементов и атомный вес 12,011, т.е. являются одними из самых легких. Так как вес атома сосредоточен в его ядре, то кинетическая энергия нейтральных частиц нейтрино, имеющих массу, может передаваться ядрам атомов графена только при столкновении с ними. Часть низкоэнергетических нейтрино в этом случае могут полностью потерять скорость или изменить направление движения.

Процесс похож на столкновение большого (ядро атома графена) и маленького (нейтрино) шаров под различными углами, приводящее к едва заметному отклонению ядра атома графена, но, чем больше энергия нейтрино, тем сильнее отклонение ядра. Данный механизм взаимодействия подробно описан в результатах работ коллаборатории COHERENT в Ок-Риджской национальной лаборатории (США). Несмотря на маленький размер ядра атома графена по сравнению с размером самого атома, данный процесс взаимодействия очень важен для увеличения амплитуды и частоты колебаний «графеновой» волны. Для того чтобы подчеркнуть важность воздействия нейтрино на мощность электрогенерации, технологии было дано название Neutrinovoltaic. На величину колебаний атомов графена влияют также другие энергетические поля, как электросмог, различные станции связи и WI-FI, электромагнитные поля, поток антинейтрино вблизи ядерных установок и т.д. Ученые сделали вывод, что колебания атомов графена находятся в состоянии резонанса, и это состояние многократно усиливает эффект генерации электроэнергии.

Графен имеет чрезвычайно высокую плотность электрического тока и рекордную подвижность носителей зарядов. В графене каждый атом связан с 3 другими атомами углерода в двухмерной плоскости, при этом один электрон остается свободно доступным в третьем измерении для электронной проводимости. Колебания «графеновой» волны вызывают появление электродвижущей силы в каждом слое графена, которых может быть от 12 до 20. Для того, чтобы направить поток заряженных частиц в одном направлении используются пленки легирующих элементов, создающих p-n переход, пропускающих ток только в одном направлении.

Первый завод начнет серийный выпуск Neutrino Power Cubes бестопливных генераторов нетто-мощностью 5-6 кВт в Швейцарии в начале 2024 года, в настоящее время проводится техническая сертификация для допуска продукции на рынок ЕС. Также в этом году в Корее начинается строительство завода по выпуску Neutrino Power Cubes, которая по плану должна начать выпуск продукции в конце 2024 года, достигнув к 2029 году ежегодного выпуска продукции 30 ГВт. А через 3 года планируется представить самозаряжающийся Pi электромобиль, корпус которого будет иметь точки «сбора» энергии и систему конденсаторов. Такой электромобиль разрабатывается компанией Neutrino Energy Group совместно с индийской компанией Центр материалов для электронных технологий (C-MET) в Пуне, ведущей правительственной лабораторией Министерства электроники и информационных технологий (MeitY), которую возглавляет генеральный директор доктор Bharat Bhanudas Kale — член Королевского химического общества в Лондоне, один из самых известных ученых мира в области энергетики и материалов, а также компанией SPEL Technologies Pvt. Ltd. — первый и в настоящее время единственный в Индии производитель суперконденсаторов и их усовершенствованных версий. Доктора Rajendrakumar Sharma, генерального директора SPEL Technologies, называют «отцом суперконденсаторов».

Таким образом случайный результат исследований из параллельных научных областей стал основой принципиально новой технологии генерации энергии Neutrinovoltaic, которая способна изменить основы традиционной энергосистемы в мире и образ жизни человечества на Планете в целом.

Ссылка на статью

Содержание ролика:
00:05 Китайская лампа накаливания

01:59 Учёные выяснили механизм самоочищения атмосферы

04:00 Химики смогут заменить столетний процесс производства удобрений

05:26 Найден ключевой этап развития глаз

07:40 Графен проявил новые удивительные свойства

09:57 Лучшая новость предыдущего выпуска

Лампа накаливания переизобретена

Китайские учёные придумали как вместо привычных недолговечных ламп со спиралью в инертном газе использовать улучшенные. Для этого вместо вольфрамовой спирали будет двойная спираль, один слой из углеродных нанотрубок, а второй из нитрида бора. Чёрный и белый излучатели. Работают они по-старому на принципе накаливания. Поместить спираль надо не в стеклянный контейнер, а в керамический резонатор, но оставить кварцевое окно для испускания фотонов, причём только в видимом спектре, а инфракрасное и ультрафиолетовое излучение отражается назад и рециркулируется. То есть чёрный излучатель поглощает эти спектры, а при этом сам он излучает с коэффициентом, близким к единице. Внутри устройства образуется в итоге контур рециркуляции фотонов, а потери на рассеяние энергии становятся минимальными.

Называется эта вещь «устройство освещения с рециркуляцией фотонов на принципе накаливания». КПД у него выше 25%, эффективность в полтора раза лучше, чем у светодиодок, при этом и срок службы раза в 3 выше, чем у них. И при этом хорошие индексы цветопередачи.

Учёные выяснили механизм самоочищения атмосферы

Несмотря на то, что мы выбрасываем умопомрачительное количество вредных веществ в атмосферу, у неё есть механизм для самоочищения. Тонны диоксида серы, оксидов азота, углерода, углеводородов, аммиака, фтористого водорода и ещё десятков наименований приводят к гибели миллионов людей ежегодно. Но в воздухе есть свой герой - гидроксид. Он очень высокоактивен и поэтому живёт мало. Зато он успевает прореагировать с частью этих вредных соединений, связать их и убрать из атмосферы.

Вопрос ранее заключался в том, а откуда этот гидроксид-ион появляется в атмосфере? Химики считали, что катализатором для его образования из атомов водорода и кислорода должен служить солнечный свет. Такие реакции не редкость в лабораториях. Или ещё более экзотически - какие-нибудь тяжелые металлы выступают катализаторами. Но всё оказалось гораздо проще.

Эксперименты учёных показали, что свет для реакции образования гидроксида вообще не нужен, реакция проходит и в темноте. Для этого они собрали вот такие установки с обычной водой, которые помещали на свет и в темноту, а из некоторых даже откачали воздух. Также в установки добавили флуоресцентные вещества, которые указывали на старт спонтанных реакций образования гидроксида. В итоге что на свету, что в темноте реакции протекали одинаково, в темноте даже чуть активнее. А вот без воздуха образование гидроксид-ионов сильно замедлилось.

Однозначно сказать сложно, но похоже, что в промежутке между воздухом и водой сильное электрическое поле способствует выделению гидроксида. А так как такое состояние встречается везде, нужны только капли воды чтобы избавиться от всех этих углеводородов, то это действительно хорошая новость для нас. Надо подумать, можно ли активизировать эти процессы.

Химики смогут заменить столетний процесс производства удобрений

Вы же в курсе, что аммиак, который требуется всему миру для производства удобрений, производят вот уже 100 лет одним и тем же способом, при помощи процесса Габера-Боша, который очень энергозатратен. Суть заключается в реакции азота с водородом в присутствии катализатора при давлении в несколько сотен атмосфер и высокой температуре. Затем из аммиака делают азотные удобрения, которые в общем и целом помогли населению вырасти с тех пор на 4 миллиарда.

И наконец-то тут наметился сдвиг. Оказалось, что есть процесс, при котором аммиак может образовываться из азота и воды без ресурсоёмкого нагревания и даже без водорода, который для Габера-Боша тоже нужно специально выделять.

Правда, давление в 80 бар для этого процесса всё ещё нужно. Для реакции нужны микрокапли воды, распылённые в азоте. При прохождении взвеси через катализатор получался положительно заряжённый гидратированный ион аммония, а далее и аммиак. А соль опять же, скорее всего в том, что эта реакция связана с тем, что на микрокаплях, там где воздух встречается с водой, быстрее идут реакции одноэлектронного переноса.

Что мне очень напомнило про гидроксид в атмосфере. Так что удобрения можно будет производить проще, с меньшим углеродным следом. А нам того и надо.

Найден ключевой этап развития глаз

Думается, что очень многие слышали от креационистов что-то вроде "Посмотри на свои глаза! Как мог такой сложный орган сформироваться самостоятельно?"

Справедливости ради, с тех пор, как мы выяснили, что своим появлением человек обязан эволюции, проблема объяснения того, как глазное яблоко могло возникнуть в этом неупорядоченном процессе, оставалась нерешённой.

Говорят, что сам Чарльз Дарвин был озадачен. Но недавнее исследование, кажется, всё же поможет разрешить все сомнения. Хотя есть ли хоть один факт, который креационисты не смогут интерпретировать в свою пользу?

Всё началось с идеи, что зрение позвоночных могло начаться с использования генов светочувствительности, характерных для бактерий, и, собственно, от них же и полученным. Тогда учёные отобрали в качестве кандидатов в потомки таких бактериальных генов ряд человеческих генов и скормили их программе IQ-TREE.

Она умеет находить схожие генетические последовательности. Сравнение производили с генами разных существ, но в основном с бактериями. Один из человеческих генов, IRBP, подходил под выдвинутую теорию.

IRBP кодирует одноимённый белок, который в человеческих глазах отвечает за конвертацию света в электрические импульсы, они далее поступают в мозг по зрительному нерву. Но он работает не только у человека, а вообще является важной частью зрения позвоночных.

Наличие такого гена и белка у позвоночных вполне понятно, мы тут в основном с ними родственники. Но также аналог IRBP встречается и у бактерий, как показал поиск по генетической базе.

У бактерий он встречался в основном в бактериальной пептидазе, это такие ферменты, которые умеют утилизировать белки. Филогенетическая реконструкция показала, что белки IRBP позвоночных все происходят из довольно древних бактериальных белков, возрастом около 500 миллионов лет.

А вот у беспозвоночных такого гена в основном не существует. То есть полмиллиарда лет назад случился горизонтальный перенос этого гена между доменами, от бактерии к древнему позвоночному, что в итоге привело к развитию светочувствительности и возможности читать и смотреть QWERTY при помощи глаз.

Графен проявил новые удивительные свойства

Мы думали, что узнали о всех возможностях графена. Изучили его до последний детали за последние 2 десятилетия. Исчерпали золотую жилу. Ни черта подобного. Начну издалека. Есть ценный тип материалов - они меняют свою электропроводность под воздействием магнитного поля.

Самые простые примеры, где они нужны, - это датчики в смартфонах, автомобилях, компьютерах. Такие материалы достаточно редки. БОльшая часть металлов и полупроводников меняют своё сопротивление в магнитных полях буквально на миллионные доли процента. Чтобы наблюдать магнитосопротивление в более значительных масштабах, материалы обычно охлаждают чем-то вроде жидкого гелия, это помогает снизить рассеяние электронов.

И, как сказал один из учёных, все охлаждали-охлаждали разные материалы, потому что так обычно обнаруживаются разные интересные свойства, а мы решили нагреть. Речь о графене. Нагрев превратил его в нечто совершенно особенное.

Команда учёные под руководством сэра Андрея Гейма, нобелевского лауреата за открытие графена, настроила высококачественный графен так, чтобы носители заряда в нём возбуждались только благодаря изменению температуры. Так образовалась плазма из быстро-движущихся Дираковских фермионов, дираковская плазма.

У неё была высокая подвижность, несмотря на высокое рассеяние. И хотя она была не должна, но она демонстрировала свойства, требующиеся для явления под названием гигантское магнитосопротивление. Настолько гигантское, что электрическое сопротивление материала менялось на сотни процентов в стандартных магнитных полях. Но и это не всё.

При повышенных температурах нейтральный графен повёл себя как "странный металл". Это настоящий термин. Он означает, что в материале имеется быстрое рассеяние электронов, которое определяется только лишь принципом неопределённости Гейзенберга. Откровенно говоря, поведение странных металлов нам неясно и представляет собой научную загадку.

Собственно, и линейное магнитосопротивление в магнитных полях выше пары Тесла, которое слабо зависит от температуры, тоже довольно загадочно. И вероятно, открытие рекордного магнитосопротивления в графене поможет решить эту загадку. И кстати, если бы не только охлаждали, но и нагревали, то обнаружили бы это явление лет 10 назад.