См Ч.1 http://www.metodolog.ru/node/720

Раздел ЭЛЕКТРОНИКА  традиционно крепко связан с проблемами энергетики. «Американские материаловеды ратуют за бумажную энергетику», пишет //popnano.ru 24 сентября. «Стэнфордским инженерам удалось вмонтировать ультратонкие перезаряжаемые литий-ионные батареи в бумажный лист.Результат — чрезвычайно гибкий и безумно лёгкий переносной источник питания. Сфера применения — электроника на бумажных платах, «умная» упаковка, радиочастотные датчики и пр. Лянбин Ху, Хуэй У, И Цуй и прочие американские материаловеды покрыли твёрдую подложку тонкой плёнкой углеродных нанотрубок, а сверху разместили плёнку из смеси на основе лития. Затем эти двухслойные структуры сняли с основы и нанесли с обеих сторон бумажного листа. Слои Li4Ti5O12 (с одной стороны) и LiCoO2 (с другой) в этой конструкции выполняют роль электродов батареи, а нанотрубки служат токоприёмниками. Бумага выступает разделителем электродов, а также обеспечивает механическую поддержку. Толщина батареи — 200 нм. Ничего подобного в мире пока нет. При этом она не только тоньше и гибче любого другого элемента питания, но и даёт более высокую плотность энергии. После экспериментальных трёхсот перезарядок КПД батареи так и не снизился». « Японцы создали светодиоды рекордной эффективности», сообщает www.membrana.ru 31 августа. «Корпорация Nichia сообщила о разработке экспериментальных светодиодов, которые благодаря нескольким усовершенствованиям в конструкции и материалах сделали большой шаг вперёд в повышении КПД источников света. Дабы приблизить световую революцию, то есть открыть светодиодам дорогу к массовому общему освещению, специалисты Nichia обратили внимание на несколько сторон устройства приборов, влияющих на светоотдачу и эффективность. В результате родились три новых светодиода. Первый светодиод при токе 1 ампер выдаёт суммарный поток в 1913 люмен (больше, чем у 100-ваттной лампы накаливания) при КПД в 135 люмен на ватт. Заметим, некоторые коммерческие светодиоды добрались уже до 150 лм/Вт, а лучшие опытные образцы до сего дня держали рекорд в 169. Держали, поскольку второй образец при токе в 350 миллиампер выдаёт 203 лм с КПД в 183 люмена на ватт. А третий вариант при 20 мА генерирует всего 14,4 люмена, но зато с КПД в 249 лм/Вт. И этот же образец при меньшем токе (5 мА) и, конечно, меньшей яркости показал рекордную эффективность — 265 лм/Вт! А это уже совсем близко к теоретическому пределу для белых светодиодов, который японские учёные оценивают в 260-300 люмен на ватт. Для сравнения: обычные лампы накаливания выдают 13-17 лм/Вт, а люминесцентные светильники — 60-90. Японцы утверждают, что эксперименты будут продолжены, поскольку резервы для повышения КПД ещё есть. И хотя нынешние рекордные образцы светодиодов слишком дороги для массового выпуска, в будущем цены должны снизиться, — обещают исследователи из Nichia». «Китайскиеученыеразработалиновыйультратонкийсуперконденсаторсфеноменальнойемкостью», информирует 24 сентября www.nanonewsnet.ru. «Исследователи из Китая разработали новый ультратонкий суперконденсатор, емкость которого в шесть раз выше емкости самых мощных современных коммерчески доступных суперконденсаторов. Помимо высокой емкости новый конденсатор выгодно отличается от существующих еще и тем, что сочетает высокую гибкость и уникальные электромеханические свойства. Исследователи из группы Чуйжу Менга из Университета Циньхуа начали изучение методов получения гибких конденсаторов исходя из того, что в настоящее время электронные устройства уменьшаются и становятся гибкими. Однако миниатюризация систем питания таких устройств – аккумуляторов и суперконденсаторов происходит не с такой большой скоростью, что, естественно тормозит прогресс в области создания более легкой и удобной электроники нового поколения. Так, размеры суперконденсаторов определяются их конструкционным строением – два электрода, погруженных в жидкий электролит, отделены друг от друга специальным разделителем. Два основных недостатка такой конструкции заключаются в том, что, во-первых, наличие жидкого электролита требует специального контейнера для предотвращения протечек жидкости, и, во-вторых, большое количество элементов, из которых создана система, приводит к понижению производительности и сокращению жизни устройства. Для того чтобы сделать энергозапасающее устройство, которое было бы меньше по размеру и гибче уже существующих, исследователи решили использовать материалы на основе углерода. Новый суперконденсатор был получен из двух электродов из полианилина (проводящего полимера) и углеродных нанотрубок; электроды были помещены в гелеобразный полимерный твердотельный электролит (одновременно игравший роль разделителя). Такой подход к конструкции позволил исследователям получить гибкий суперконденсатор, который был не толще листа бумаги. Применение новых материалов и отсутствие движущихся частей позволило исследователям отойти от классической конфигурации и увеличить гибкость элемента питания. Интересным наблюдением оказалось то, что при наложении напряжения и сгибании емкость нового суперконденсатора. Во время лабораторных испытаний исследователи продемонстрировали, что максимальная емкость нового суперконденсатора (в согнутом, напряженном состоянии) составляет 31.4 Ф/г, для сравнения – емкость коммерчески доступных в настоящее время суперконденсаторов составляет 5.2 Ф/г. Новый суперконденсатор также обладает и другими уникальными характеристиками – высокой плотностью энергии, низким значением тока потерь и большим количеством циклов зарядки-разрядки. Исследователи предполагают, что эти свойства могут быть дополнительно улучшены за счет оптимизации материалов для создания устройства и особенностей его конструкции, например, уменьшения расстояния между электродами. Исследователи продемонстрировали, что три суперконденсатора, объединенные в единую систему, могут использоваться в качестве источника тока для красного светоизлучающего диода. После 15 минут зарядки током с напряжением 2.5 В суперконденсаторы поддерживали свечение светоизлучающего диода около получаса». 20 сентября //popnano.ru пишет, что

 

«Телефоны будут заряжать с помощью звука». «Корейские ученые превратили основной компонент жидкости от солнечных ожогов в материал, который преобразует звуковые волны в электричество.Итогом исследования могут стать панели, заряжающие сотовый телефон во время разговора и обеспечивающие подзарядку национальной электрической сети от внешних шумов в часы пик. «Как динамик превращает электрический сигнал в звук, так и звук можно обратить в электроэнергию», - говорят Янг Жун Парк (Young Jun Park ) и Санг-Ву Ким (Sang-Woo Kim), авторы новой статьи в журнале Advanced Materials. «Звуковая энергия может использоваться по-разному, в том числе заряжать сотовые телефоны и звукоизолирующие стены возле автомагистралей, которые будут генерировать электричество от шума произжающих мимо машин», - добавляют соавторы. Возможность сбора энергии от телефонных звонков и шумных машин основывается на материалах - пьезоэлектриках, превращающих механическую энергию в электричество. Существует много пьезоэлектрических материалов: тростниковый сахар, кварц, даже высушенная кость создает электрический заряд под напряжением. Многие десятилетия ученые накачивали электричеством пьезоэлектрики, используемые в экологических датчиках, динамиках и других устройствах. В последние несколько лет ученые добились впечатляющих успехов в получении электричества из таких материалов. Большинство пьезоэлектрических приборов, еще не доступных обычным потребителям, генерируют энергию, когда человек прогуливается, бежит или, как в данном случае, разговаривает. Армия США даже рассматривает вариант частичной подзарядки некоторых машин путем каналирования физического импульса пули в небольшой электрический ток. Но корейские ученые хотят подчинить другой вид энергии – звуковые волны. При помощи оксида цинка, главного ингридиента жидкости от ожогов, Янг Жун Парк, Санг-Ву Ким и их коллеги создали поле нанопроводов между двумя электродами (по типу сендвича). Ученые воздействовали на эту структуру звуковой волной мощностью 100 децибел. Обычный разговор проходит примерно на уровне 60-70 децибел. Звуковые волны производили слабый электрический ток примерно в 50 милливольт. В среднем для работы сотовому телефону необходимо несколько вольт, то есть в несколько раз больше энергии, чем может произвести новая технология в данный момент»...

 

«Податливая мышь: Гибкий подход», так называется заметка, размещенная 22 сентября на www.popmech.ru. «Новая компьютерная мышь лежит в руке особенно легко, ведь ей можно придать любую форму по желанию, да и кнопки переместить куда угодно. Конечно, изначально создатели Moldable Mouse задумывали этот манипулятор с тем, чтобы форма мыши легко адаптировалась под любую руку и посадку. Но вообще границы изменения формы задает лишь ваше воображение и воспитанность. Изготовленная из нетоксичной и легкой модельной глины, покрытая нейлоном и полиуретаном, мышь послушна любой фантазии. После придания ей нужной формы она ее сохраняет – пока вы не решите изменить ее снова. Пока что этот полезный гаджет лишь разрабатывается и находится на стадии концепта – но уже получил престижную премию Red Dot. А главное – ее с нетерпением ждут покупатели, особенно левши и люди, страдающие болезненным туннельным синдромом из-за неудобного и застывшего положения кисти».

 

 

Отбирая новости для раздела НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, опять приходится резать по живому. Вот что получилось в результате этой вивисекции. «Создан алюминиевый сплав прочнее стали», пишет 20 сентября www.membrana.ru. «Сохраняя присущую алюминию лёгкость, этот материал выдерживает нагрузку как высокопрочная сталь. Успех пришёл к группе исследователей из нескольких университетов Австралии, России и США. За основу авторы опыта взяли "авиакосмический" алюминиевый сплав марки 7075, который содержит магний и цинк, плюс ряд иных добавок. В зависимости от тонкостей состава и обработки распространённые вариации 7075-го сплава обладают пределом текучести от 145 до 476 мегапаскалей. Тонкий диск из такого материала физики подвергли скручиванию при давлении около 60 тысяч атмосфер(high-pressure torsion). Далее учёные оставили образец на месяц при комнатной температуре, для естественного старения. Измерив предел текучести, новаторы получили значение около одного гигапаскаля, что близко к показателям высокопрочных сталей и даже превышает соответствующий параметр для некоторых их марок. Применив атомно-зондовую томографию, исследователи выяснили, что обработанном сплаве возникла иерархическая структура. Размер кристаллического зерна уменьшился до десятков нанометров, а атомы цинка и магния собрались в субнанометровые и нанометровые кластеры различной формы, в зависимости от того, расположились они внутри зерна или на его границах. Только одна смена структуры, без изменения химического состава материала, увеличила его прочность в разы. Зёрна алюминия тут хорошо подогнаны друг к другу, при этом добавки в сплав играют роль цемента в кирпичной кладке. Детали взаимодействия атомов ещё предстоит разобрать…Учёные считают, что такой сплав пригодится там, где необходимо сочетание низкого веса с очень высокой прочностью: в пластинах для бронежилетов, небольших, но ответственных деталях машин или в медицинских имплантатах».

 

«Новые сверхпрочные бронежилеты на основе наноматериалов» - так называется заметка, размещенная 15 сентября на www.nanonewsnet.ru. «Создание материалов на основе наноструктур в будущем позволит создавать невероятно прочные бронежилеты и броню нового поколения, которые будут в разы превосходить по прочности нынешние образцы. Во время последних исследований под руководством профессора Янь Кви Джу из Ноттингемского Университета (Великобритания), образец материала ApNano подвергался сильным ударам, произведенным стальным снарядом на скоростях до 1,5 км/сек. Материал выдерживал ударную нагрузку равную 250 тоннам на квадратный сантиметр. Это примерно равняется падению четырех дизель- локомотивов на площадь размером с человеческий ноготь. Во время испытаний материал оказался настолько прочным, что после удара образцы практически не отличались от оригинального материала. Более того, последние исследования профессора Ж.М. Мартина из Ecole Centrale de Lyon (Франция) показали, что материал оставался стабильным при воздействии изостатического давления как минимум 350 т/см2…[Материал создан на основе IF – неорганических наноструктур – С.Н.] В начале 90-х Nano-materials Synthesis Group из института Вейцмана под руководством проф. Решев Тене совместно с доктором Менахем Генут и профессорами Гари Ходес и Львом Маргулисом, открыли новый класс неорганических наноструктур. Группа обнаружила, что определенные неорганические соединения, такие как WS2, MoS2, TiS2 и NbS2, обычно встречающиеся в виде больших плоских пластинок, могут быть синтезированы в гораздо меньшие наносферы и нанотрубки, которые они назвали неорганическими фуллереноподобными наноструктурами или сокращенно IF». 2 сентября //popnano.ru сообщает, что

 

«Заряженный хлопчатобумажный фильтр быстро и дешево очистит воду». «Ученые из Стенфорда разработали высокоскоростной фильтр, состоящий из простой хлопчатобумажной ткани и нанотрубок. Он очищает грязную воду, используя меньше энергии, чем традиционные водоочистители. Большинство водных фильтров просто захватывает живые бактерии, когда они проходят сквозь ряд мелких пор, - метод эффективный, но имеет свои недостатки. Во-первых, очень медленная скорость работы, что приведет к дефициту воды в критических ситуациях: толпы людей не спасти от жажды, если вода течет тонкой струйкой. Во-вторых, вода прокачивается через фильтры с помощью насосов, которым нужен достаточный запас электроэнергии – этого ресурса в удаленных и бедствующих районах может не оказаться. Кроме того, фильтры подвержены биозагрязнению, так как захваченные бактерии образуют пленку, засоряющую поры фильтра. Фильтр ученых из Стенфорда решает эти проблемы, свободно пропуская бактерии сквозь материал и уничтожая их смертельным разрядом электричества. Углеродные нанотрубки являются эффективными проводниками, а серебро имеет антибактериальные свойства. Ученые решили выяснить, как соединить все эти ингридиенты в один недорогой фильтр (количество использованного серебра настолько мало, что его стоимость можно не учитывать). Ткань послужила в качестве дешевой основы, на которой расположились наноструктуры. Погрузив обычную хлопчатобумажную ткань в раствор углеродных нанотрубок и серебряных нанопроводов, ученые создали фильтр, который уничтожает 98 процентов Escherichia coli (кишечной палочки), содержащейся в воде, применяя 20-вольтовый заряд электричества, - меньше, чем нужно для работы насосов в обычных фильтрах.Работающий от пары 12-вольтных батареек или ручного генератора, фильтр действует до полного израсходования энергии. Его крупные поры обеспечивают движение мощных потоков очищенной воды. Насос не нужен, так как поры достаточно большие, чтобы не препятствовать силе гравитации. В будущем ученые собираются испытать фильтр на других бактериях и выяснить, насколько универсально сочетание углерода и серебра в борьбе с микроорганизмами. Однослойный фильтр может уничтожить 98 процентов бактерий кишечной палочки, а составной фильтр со слоями из различных материалов по эффективности может приблизиться к 100 процентам».

 

«Ученые покроют дома "человеческой" кожей», пишет 28 сентября www.nanonewsnet.ru. «Американские ученые планируют изготовить уникальное высокотехнологичное покрытие для домов — биоматериал, являющийся аналогом человеческой кожи. Такие «живые» здания смогут реагировать на погодные условия, подстраиваясь под них. На данный проект уже выделен грант в 2 миллиона долларов. Ученые из Пенсильванского университета обратили внимание на клетки человеческого кожного покрова. Дело в том, что кожа — это огромное рецепторное поле, благодаря которому осуществляется связь организма с окружающей средой. По замыслу американских исследователей, искусственная кожа зданий могла бы стать аналогичным рецептором, реагирующим на погодные условия. Оболочка нового здания окажется в состоянии подстраиваться под высокую или низкую температуру на улице, под влажность и уровень света, а также организовать работу внутренних коммуникаций, к примеру, включить режим дополнительного отопления или кондиционирования. Таким образом, дом с «живой» кожей может с большим для жильцов комфортом пережить и аномальную жару, и аномальный холод. Кроме того, уникальное защитное покрытие позволит самому зданию лучше сохраниться. Это означает, что капитальный ремонт потребуется ему намного реже. Самое интересное, что создать подобный материал ученым вполне по силам. Как считает профессор, доктор биологических наук Вячеслав Добрынин, есть возможность разработать аналог человеческой кожи на молекулярном уровне. Исследователи могут задействовать присутствующие в человеческой коже белковые молекулы — коллаген и эластин – и на их базе создать биополимеры». 13 сентября www.strf.ru информирует, что

 

«Создан материал – прототип искусственной кожи». «Американские ученые создали новый материал, который в будущем может стать искусственной кожей. Команда ученых из Университета Беркли в Калифорнии взяла за основу неорганический полупроводник — сплав кремния и германия, который «реагирует» на малейший электрический импульс. «Наша идея — получить материал, работающий как человеческая кожа, а значит, совмещающий способности чувствовать и трогать объекты», — заявил руководитель команды исследователей Али Джейви. По его словам, люди от природы знают, как нужно держать яйцо, чтобы его не разбить. В будущем новый материал можно будет применять в строительстве роботов. «Если мы когда-нибудь захотим, чтобы робот мог, например, подавать посуду, мы б хотели быть уверенными, что он в процессе не разобьет бокалы», — говорит ученый. Одновременно подобный материал представила другая команда исследователей из Стэнфордского университета. Если в Университете Беркли пленку с нанопроводами наносили на полимерную подложку, то в Стэнфорде нашли другой подход. В их материале между двумя полимерными пластами есть воздушные карманы. По словам ученого Чженана Бао, такой материал «реагирует» даже на прикосновение бабочки». «Команда Джейви нашла способ сделать ультратонкие нанопровода из сплава кремния и германия» – добавляет //popnano.ru. «Провода из этого материала располагаются на внешней стороне цилиндрического вала, который заворачивают в липкую пленку, равномерно распределяя провода. Слои этой полупроводниковой пленки покрыты слоем самоклеящейся резины. Тесты показали, что материал может различить широкий диапазон усилий - от печати на клавиатуре до удержания объекта… Датчики Бао сделаны по принципу сендвича: точно сформованный, высокоэластичный слой резины между двумя электродами в сетке маленьких пирамидальных структур. «Мы создали такую микроструктуру, чтобы включить в нее воздушные полости, - сказала Бао. – Если мы добавляем воздушные карманы, фрагменты резины смогут адаптироваться». Когда материал растянут, искусственная кожа фиксирует изменения электрической активности. «Изменение толщины материала преобразуется в электричекий сигнал», - говорит Бао».

 

«Разработано нанопокрытие, эффективно уничтожающее штаммы MRSA», сообщает 30 сентября www.nanonewsnet.ru. «Исследователи из Ренселлеровского политехнического института (США) на основе природного фермента создали нанопокрытие для хирургических инструментов, больничных стен и других внутрибольничных поверхностей, обеспечивающее безопасную эрадикацию метициллинрезистентного S. aureus (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA). В ходе тестов 100% штаммов MRSA, содержащихся в растворе, были уничтожены в течение 20 минут после контакта с поверхностью под латексной краской, на которую был нанесен слой защитного покрытия. Новое покрытие объединяет углеродные нанотрубки с lysostaphin, энзимом, который непатогенные штаммы стафилококка используют для защиты от S. aureus, в т.ч. MRSA. По сообщению исследователей, новое покрытие обладает токсическим эффектом только по отношению к MRSA, не зависит от антибиотиков и не выделяет химикаты в окружающую среду. Покрытие можно неоднократно мыть без потери эффективности, в сухом состоянии эффективность покрытия сохраняется до шести месяцев!»

 

«Материалы для медицины: вектор прогресса нанотехнологий» - называется статья, размещенная 15 сентября на www.nanonewsnet.ru.(По материалам статьи журнала «Российские нанотехнологии» (№ 1–2 2010 год) главного редактора академика РАН М.В. АЛФИМОВА). «Важнейшей задачей нанотехнологий в ближайшие 10–20 лет, по мнению большинства экспертов, будет разработка материалов для медицины. Считается, что за эти годы будут созданы наноматериалы для целевой доставки лекарств, «умных» имплантатов (искусственных сосудов, искусственной кожи и т.д.) и искусственных органов, для интерфейса электронных устройств, вживляемых в человеческие органы, и самих органов для поддержания жизнедеятельности человека. Это очень серьезный вызов для специалистов, занятых разработкой новых материалов. Предыдущий опыт показывает, что создание материалов, совместимых с живым организмом, требует совместимости искусственного материала не просто с живой тканью, но именно с тканью конкретного человека. Это означает, что искусственные материалы должны обладать многими свойствами своего природного «партнера». За прошедшее столетие исследователи хорошо научились копировать природные материалы. Созданы искусственные красители, волокна, полимеры, кожи и т.д. Но хотя эти искусственные материалы близки к биоматериалам по химическому составу, они значительно отличаются от них по строению – люди пока не научились копировать биоматериалы и создавать искусственные материалы, приближающиеся по сложности к природным. Единственный искусственный материал, сравнимый по сложности химического состава и строения с биоматериалами, – это галогенидосеребряный фотографический материал. Он содержит более сотни химических веществ и состоит из элементов различного масштаба: молекул, агрегатов красителей и кластеров атомов серебра нанометрового масштаба, микрокристаллов галогенидов серебра, микроэмульсии цветообразующих компонент и т.д. Чтобы создать современные галогенидосеребряные материалы, потребовались усилия тысяч ученых и более 150 лет. Ясно, что методологические подходы, использованные при разработке фотографических материалов, могут быть полезны при создании биосовместимых материалов. Однако эти методологические подходы потребуют существенной доработки, для того чтобы стать основой проектирования и разработки современных биосовместимых материалов. Природные материалы – ткани живых организмов и растений – имеют иерархическое строение, и если человечество намерено создавать полноценные биосовместимые материалы, их строение также должно быть иерархическим, что потребует разработки высокопроизводительных методов компьютерного проектирования и эффективных технологий производства, основанных на процессах самоорганизации многомасштабных иерархических материалов. Создание многомасштабных иерархических материалов будет в ближайшие десятилетия целью разработчиков материалов не только для медицины, но и для других сфер деятельности человека – машиностроения, приборостроения и энергетики – поскольку именно такие архитектуры позволяют строить «снизу – вверх» материалы с большим разнообразием характеристик».