Популярные темы

Прозрачные солнечные батареи и «резиновый» алмаз

Дата: 09 января 2021 в 09:16


Прозрачные солнечные батареи и «резиновый» алмаз

Michigan State University

3D-аутопсия обещает заменить скальпель паталогоанатома. Прозрачные солнечные панели будут напыляться на стеклопакеты. Деформируемые алмазы пригодятся в наших смартфонах. В праздничной подборке новостей о высоких технологиях присутствуют разработки «ближнего прицела», то есть способные изменить нашу с вами действительность уже завтра. Начнем, по традиции, с казахстанской новости.

В университете КазГЮУ в качестве эксперимента введут «виртуальное вскрытие»

О возможности в экспериментальном порядке внедрить 3D-аутопсию сообщил ректор Гуманитарно-Юридического университета (КазГЮУ) Сергей Пен на декабрьском онлайн-круглом столе, где обсуждался законопроект по вопросам судебно-экспертной деятельности.

O’Reilly Media: Компьютерный снимок умершего от ранения ножом

Новость кажется вполне ожидаемой для тех, кто следит за модернизацией казахстанского здравоохранения, благо томографы нынче устанавливают даже в областных стационарах. Благодаря высокой разрешающей способности магнитно-резонансного сканирования работники морга в считанные минуты смогут получить исчерпывающую информацию о состоянии организма умершего человека. Особенно ценится такая оперативность и точность сканирования в области криминалистики.

Но если обратиться к общественной подоплеке этого события, то идея заменить томографом скальпель паталогоанатома является для нас реальным сдвигом. Дело в том, что аутопсия (посмертное вскрытие останков человека) в постсоветском сознании прочно занимает место обязательной процедуры. Но в тех же европейских странах останки умершего могут быть отданы на вскрытие лишь при подозрениях на криминал, или по требованию родственников.

Особенную деликатность проблема аутопсии в Казахстане приобрела после бурных обсуждений проекта закона «О здоровье народа и системе здравоохранения», в котором отдельно регламентируются случаи и условия для трансплантации донорских органов.

На этом бэкграунде инициатива руководства КазГЮУ кажется не просто экспериментом, а попыткой одним ударом решить множество проблем. Томограф, установленный в морге, избавит общество от вечной деликатной проблемы, связанной с этикой и религией, а врачей — от риска заразиться при вскрытии  опасным заболеванием.

Для криминалистов и юристов особенно ценным является возможность сохранить полученные снимки в электронной базе данных, что может быть важным для регистрации смерти и последующего расследования, если таковое понадобится.

Будущее за солнечными панелями-невидимками

Вслед за мичиганскими исследователями, увидевшими перспективу в разработке солнечных батарей, способных собирать энергию за пределами видимого диапазона, пришла новость и о практическом воплощении данной технологии. В недавнем исследовании, опубликованном в Journal of Power Sources, профессор Джундонг Ким с кафедры электротехники Корейского Инчхонского национального университета сообщил о сборке полностью прозрачного солнечного элемента.

Со слов профессора Джундонга Кима, новаторство нового солнечного элемента заключается в особом подборе тонких активных пленок, отвечающих за поглощение невидимого излучения. В солнечной энергетике, как известно, используется эффект гетероперехода, когда свет проходит сквозь различные по химическому составу полупроводники.

В изобретении корейских ученых используются пленки из диоксида титана и оксида никеля. Эти полупроводники хорошо известны разработчикам солнечных панелей. Первый компонент — диоксид титана (TiO2), который обладает отличными электрическими свойствами, и, что немаловажно, нетоксичен в производстве. При высокой степени прозрачности для видимого светового диапазона диоксид титана способен поглощать ультрафиолет (часть светового спектра, невидимая глазом).

Вторым компонентом гетероперехода был избран оксид никеля (NiO), который также обладает высокой оптической прозрачностью. Надо сказать, что никелевая руда широко распространена в земной коре, а современные технологии позволяют производить оксид NiO в экологически чистых условиях.

Ученые провели несколько тестов, чтобы оценить эффективность новой пары в качестве солнечного элемента. Как выяснилось, производительность панели в роли преобразователя энергии оказалась довольно хорошей — 2,1%, учитывая, что полученные ячейки вырабатывают электричество из очень небольшой части светового спектра.

Incheon National University: реальная прозрачность новых фотоэлементов

Панель также способна работать в условиях низкой освещенности, пропуская 57% видимого света, что делает ячейки почти прозрачными на вид. Исследователи продемонстрировали, как с помощью новой солнечной батареи можно запустить небольшой электродвигатель.

«Даже с учетом того, что инновационный солнечный элемент все еще находится на стадии разработки, первые результаты свидетельствуют о том, что можно и дальше увеличивать степень прозрачности панели за счет оптимизации оптических и электрических свойств элемента», — предполагает профессор.

Теперь, когда практичность прозрачного солнечного элемента подтверждена экспериментами, разработчики надеются добиться более высокой эффективности в ближайшем будущем. Перспектива оснащения солнечными панелями прозрачных окон в домах и теплицах может придать второе дыхание зеленой энергетике.

В связи с этим стоит вспомнить о весьма обнадеживающем прогнозе, с которым 3 года назад выступил Ричард Лант, доцент Мичиганского университета им. Йохансена Кросби: «Мы проанализировали потенциал прозрачных панелей и выяснили, что, собирая только невидимый свет, эти устройства способны обеспечивать такой же объем выработки электроэнергии, как солнечные панели на крышах, а полная прозрачность позволит использовать новые панели в зданиях, автомобилях и мобильной электронике».

Зачем нам эластичный алмаз?

Из школьного курса физики мы знаем, что алмаз — самый твердый минерал в природе. Но даже столь «непреклонный» кристалл можно, как выяснилось, деформировать, чтобы использовать в самых передовых областях электроники и квантовых компьютерах.

Об этом заявили участники совместной исследовательской группы, возглавляемой университетом Гонконга (CityU). Ученые с кафедры машиностроения (MNE) CityU, исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Харбинского технологического института (HIT) впервые продемонстрировали факт упругой деформации алмазных кристаллов с помощью наномеханического воздействия.

Dang Chaoqun, City University of Hong Kong: деформация при растяжении алмазных мостиков

В журнале Science совместная работа ученых получила название «Достижение большой однородной эластичности при растяжении в микрообработанном алмазе». Доктор Лу, доцент кафедры машиностроения CityU, так прокомментировал достигнутый результат: «Впервые с помощью экспериментов мы получили возможность разработки электронных устройств посредством глубокой упругой деформации микроструктур алмазов».

Инженеры не один год бьются над попытками обработать и видоизменить свойства алмаза, чтобы использовать его для решения самых разнообразных задач в микроэлектронике и квантовых вычислениях. Однако плотная кристаллическая структура алмаза препятствует «легированию», то есть попытке наделить минерал электронными свойствами полупроводников.

Мало того, до недавнего времени алмаз не поддавался и альтернативной «инженерии деформации», то есть попытке деформации кристаллической решетки для изменения электронной структуры, а значит, и всех последующих свойств.

Но в 2018 году доктор Лу и его коллеги обнаружили, что алмаз, выращенный в наномасштабах, неожиданно поддается деформации на локальном уровне. То есть изменение физических свойств алмаза с помощью инженерии упругих деформаций возможно.

Для этого разработчики создали методику выращивания монокристаллического алмаза в форме моста размером 1 микрометр в длину и 300 нанометров в ширину, с площадками для захвата. Затем алмазные мостики растягивали, контролируя процесс в электронном микроскопе. В ходе циклов нагрузки-разгрузки алмазные мосты продемонстрировали явные признаки упругой деформации в пределах 7,5% по всей калибровочной части образца.

Остается только надеяться, что разработка наноэлектромеханических систем и транзисторов на основе «пластичных алмазов» позволит оснастить будущие компьютеры сверхмощными оптоэлектронными и квантовыми компонентами.

Поделитесь новостью с друзьями