9.2. Да будет свет!
Как следует из названия устройства, вечный фонарь (Forever Flashlight) не требует замены батарей или аккумуляторов. Более того, как утверждается в пресс-релизе, новинка даже не нуждается в смене лампочек, поскольку свет излучается сверхъярким светодиодом. Работа фонаря основана на явлении электромагнитной индукции. Для активации рабочего режима достаточно интенсивно потрясти Forever Flashlight в течение нескольких секунд. Так, для непрерывного свечения в течение пяти минут понадобится около 15-30 секунд тяжелых физических усилий . Фонарь выполнен в водонепроницаемом корпусе, устойчивом к воздействию агрессивных сред, а свет от него виден за полтора километра. Таким образом, можно предположить, что основными областями применения новинки станет ее использование различными службами спасения, а также любителями экстремальных видов спорта - дайверами, покорителями пещер и так далее.
http://www.nature.ru/db/msg.html?mid=1185523&s=260000102
9.3. Не большой и не горячий?
Питер Хагельштайн и Ян Кучеров из Массачусетского технологического института (США) разработали миниатюрное устройство, предназначенное для переработки тепловой энергии в электрическую.
Известно, что при определенных условиях тепло наделяет электроны кинетической энергей, достаточной для возникновения слабых токов. На этом принципе работают так называемые термические диоды - устройства, состоящие из двух вакуумных трубок и двух электродов. Однако их очень сложно использовать, хотя бы потому что они требуют очень высоких температур (около 1000 градусов Цельсия) и имеют довольно большие размеры: попытки поместить вакуумную прослойку между слоями микрочипа оказались безрезультатными.
Хагельштайну и Кучерову идеей удалось создать "термочип" с рабочей температурой в 200 Цельсия: они заменили вакуум насыщенным электронами слоем из обладающим особыми свойствами полупроводника - антимонида индия. Теперь исследователи пытаются заставить устройство работать при еще более низких температурах.
По мнению разработчиков, усовершенствованный термический диод позволит подзарядить бортовую электронику автомобиля за счет тепла двигателя, привести в состояние "боевой готовности" аккумуляторы ноутбука, подпитавшись от греющегося процессора, или же просто стать солнечной электростанцией, которую можно поместить на крыше своего дома.
http://www.nature.ru/db/msg.html?mid=1179301&s=260000102
9.4. Энергетическия труба
Изобретатель Дойль Брюингтон (Doyle Brewington) решил извлечь выгоду из того, что часто окружает путешественника, любителя дикой природы - из термальных источников и вулканов. Его детище, получившее название "Power Tubes" вырабатывают энергию из тепла, спрятанного в недрах Земли.
При контакте такой трубы с поверхностью, нагретой до 104oC, содержащиеся в ней изопентан и изобутан превращаются в пар и приводят в движение генератор. Газ затем снова переходит в жидкую форму (с помощью сжатого гелия, расширяющегося под воздействием звуковых волн) и возвращается на исходное место, завершая цепочку превращений. Для работы генератора не требуется смазка: все его части имеют магнитную подвеску.
По словам разработчика, для обслуживания его изобретения, в год потребуется лишь шесть часов, в течение которых необходимо будет заменить устаревающие компоненты их более технологичными версиями. Прототип, над которым работает Брюингтон, имеет диаметр 74 см и длину 25 м, что позволит получать мегаватты энергии. Как ожидается, коммерческая версия продукта будет иметь диаметр 107 см и длину 56 метров, а так же секционную конструкцию для более легкой транспортировки.
Первые испытания Power Tubes пройдут на Гавайах и в Коста Рике.
http://www.nature.ru/db/msg.html?mid=1173803&s=260000102
9.5. Энергонезависимость прежде всего
Сегодняшняя жизнь подразумевает постоянное использование ноутбуков, карманных компьютеров, мобильных телефонов и плееров. И хотя без этих устройств иногда даже трудно представить себе современного делового человека, все они сразу же становятся бесполезными, как только разряжаются их аккумуляторы. Различные компании то и дело предлагают всевозможные способы решения этой проблемы (например, ручная подзарядка для сотового аппарата), однако оптимальное решение до сих пор не найдено. И вот на этой неделе американская корпорация SRI International в рамках проекта "Добывание электроэнергии" разработала новый элемент питания - ботинки. Как бы это ни звучало странно, но ходьба в такой обуви может вполне подзарядить батарею мобильного телефона или карманного компьютера, ведь мощность несущего элемента составляет полватта.
Принцип действия новинки заключается в преобразовании механической энергии в электрическую. В этих целях используется особый полимер, который, будучи встроенным в подошву ботинка, постоянно испытывает деформации, что и приводит к получению электроэнергии. И если учесть, что к январю будущего года SRI International собирается увеличить "мощность" ботинок в четыре раза, то возможная сфера их применения представляется очень широкой.
http://www.nature.ru/db/msg.html?mid=1172326&s=260000102
9.6. Трубчатая батарейка
В настоящее время ученые со всего мира уделяют огромное внимание пока что неизученным до конца свойствам нанотрубок. Недавно в лаборатории компании NEC был создан прототип первой батарейки на основе углеродных нанотрубок. При разработке нового элемента питания трубки особой рогоподобной формы (называемые также "nanohorns") были использованы в качестве электродов топливного элемента - источника питания нового поколения, где энергия химической реакции водорода и кислорода превращается в электричество напрямую. В результате удалось получить элемент с емкостью, более чем в 10 раз превышающей емкость стандартного литий-ионного аккумулятора таких же размеров. Подобный эффект был достигнут за счет резкого уменьшения размеров частиц катализатора, наносимых на поверхность электрода, и за счет увеличения площади самих электродов. Все это обеспечило лучшую интенсивность протекания химической реакции и, как следствие - белее высокие показатели емкости элемента. Полученные результаты, скорее всего, будут использованы при создании новых элементов питания для мобильных устройств: ведь, как известно, огромной проблемой в настоящее время является малое время автономной работы ноутбуков, цифровых камер и карманников.
http://www.nature.ru/db/msg.html?mid=1169696&s=260000102
9.7. Два литра солнечных батарей
Ученые Кембриджского университета создали сверхтонкие солнечные батареи, используя технологиюраспыления специальной жидкости. Открытие позволит с легкостью и наименьшими затратами покрывать большие площади, подобные крышам домов, эффективными, сверхтонкими светочувствительными пленками.
Для создания необычных фотоэлементов исследователи взялидва вещества: перилен (perylene) и гексабензокоронин (hexabenzocoronene - HBC), которые впоследствии были растворены в хлороформе. Получившуюся смесь вылили на лист стекла с установленными на нем электродами. После того, как хлороформ испарился, ученые обнаружили оставшуюся пленку толщиной в одну десятую микрона.
При ближайшем рассмотрении оказалось, что перилен поднялся наверх, а HBC кристаллизовался внизу. Внутри же слоя иглоподобные кристаллы перилена частично перемешались с дискообразными молекулами HBC. Для проведения испытаний на получившийся "сэндвич" напылили пленку алюминия. Измерения тока между алюминием и электродом при освещении поверхности показали относительно высокий коэффициент фотоэффекта - до 34 процентов.
Принцип работы такой солнечной батареи прост. Фотоны света попадают на слой материала, выбивая электроны из молекул, с которыми они сталкиваются. Каждое столкновение оставляет дырку, перемещающуюся в материале за потерянным электроном на короткое расстояние. Обычно электронно-дырочные пары рекомбинируют очень быстро. Однако, так как перилен хорошо проводит электроны, а HBC - дырки, то электронно-дырочная пара разрывается на границе слоев. Это приводит к появлению тока электронов в верхнюю часть слоя, а дырок - в нижнюю.
Ученые не останавливаются на достигнутом, в их плане стоит повышение эффективности солнечных батарей путем оптимизации ориентации молекул для наибыстрейшего пролета зарядов через слой.
http://www.nature.ru/db/msg.html?mid=1173466&s=260000102
9.8. Отрежь и мне кусочек батарейки
Новый тип маломощных батареек, не требущих изготовления корпуса и достаточно тонких для того, чтобы быть напечатанными на бумаге, скоро впервые появятся на прилавках магазинов.
Источник тока основывается на смеси химических веществ и способен производить 20 миллиампер-часов при напряжении в 1,5 вольта на каждый напечатанный сантиметр. Толщина этого удивительного материала составляет всего 0.5 миллиметра, а при массовом производстве его цена достигнет нескольких центов на квадратный дюйм (6,25 кв.см). Авторство в изобретении принадлежит израильской компании Power Paper ("Энергетическая бумага").
Новый тип батареи состоит из трех различных слоев. Привычные цинк и диоксид марганца выступают здесь в роли анода и катода. Состав же размещенного между ними химического источника энергии является строго охраняемым секретом.
Компания-производитель утверждает, что созданный материал не токсичен и не подвержен коррозии, что позволяет уйти от использования корпуса. "Мы называем это нашей формулой Кока- Колы", говорит генеральный менеджер Power Paper Зохар Сажи (Zohar Sagi). "С технической точки зрения все работает как обычная батарейка, с одним лишь различием - вы можете вырезать элемент нужного вам размера и использовать в своем товаре."
Первой областью применения для чудо-изобретения будут различные рекламные карточки и стикеры, снабженные светящимися элементами. Филиал компании в Гонконге уже приступил к выпуску пригласительных карточек и ковриков для мыши. Возможно новый продукт понравится также медикам, где подобная батарей сможет питать различное миниатюрное оборудование (электронные термометры, к примеру), а так же производителям компьютерных комплектующих.
http://www.nature.ru/db/msg.html?mid=1167031&s=260000102
9.9. Чудо-пластмасса
Как сообщает журнал Science, группе ученых из Калифорнийского университета, проводивших исследования под руководством доктора Фреда Вадлема, удалось разработать искусственный полимер, который при физическом повреждении, будь то трещина или надлом, способен практически полностью восстановить первоначальную структуру. При этом для "активации" процесса авто-ремонта достаточно нагреть материал до температуры 120 градусов Цельсия, а затем охладить: при понижении температуры трещина "зарастает" с образованием небольшого шва на поверхности. Суть процесса заключается в следующем: новая пластмасса состоит из двух типов молекул, основными компонентами которых являются углерод и водород. При нагревании между молекулами по разные стороны трещины высвобождаются свободные связи, которые при последующем охлаждении образуют поперечные соединения, благодаря чему и происходит восстановление первоначальной структуры изделия. Правда, прочность такого шва несколько ниже, чем прочность всего материала в целом, однако ученые в дальнейшем надеются решить эту проблему.
http://www.nature.ru/db/section_page.html?s=260000020&page=2
9.10. Новый оптомеханический эффект
Известно свойство некоторых полимерных материалов значительно менять свою форму при их нагревании и охлаждении. Группой исследователей из Германии и Великобритании впервые экспериментально показано, что некоторые полимеры изменяют форму также и под действием света.
Группа немецких и английских ученых разработали подходы к созданию жидкокристаллических (ЖК) полимерных сшитых эластомеров с сильно изменяемой под действием света формой [1]. Такие сетки состоят из силоксановых основных полимерных цепей с боковыми мезогенными (ответственными за реализацию ЖК порядка) группами. Кроме того, полимерные цепи связаны между собой в трехмерную сетку при помощи специальных групп-"сшивок", в состав этих фрагментов были введены также и фоточувствительные азобензольные группы, способные к фотоизомеризации и играющие в данном случае ключевую роль. В исходном состоянии мезогенные группы полимера ориентационно упорядочены (т.е. находятся в нематической фазе). Ориентационный порядок системы приводит к значительной анизотропии полимерных цепей, они "вытянуты" вдоль директора (направления преимущественной ориентации мезогенных групп). В ходе воздействия УФ света происходит фотоизомеризация фоточувствительных групп и нарушение нематического порядка системы. Это в свою очередь приводит к сильному падению анизотропии полимерной сетки. На "макроуровне" это проявляется в значительном изменении линейных размеров пленки эластомера: авторы работы [1] зафиксировали изменение порядка 20% (полоска полимера стала короче, увеличившись в толщине). После "выключения" света пленка возвращается в исходное состояние. Пока скорость таких изменений невысока, обычно требуется порядка двух часов для их протекания в полной мере. Однако ученые надеются оптимизировать структуру эластомеров и ускорить этот процесс. Более того, в принципе возможно увеличение амплитуды фотоуправляемых изменений до 400%. Не исключено, что материалы такого типа найдут в будущем ряд полезных применений.
http://www.nature.ru/db/section_page.html?page=5&s=260000020
9.11. Самовосстанавливающийся полимер
Как сообщает журнал Science, группе ученых из Калифорнийского университета удалось разработать искусственный полимер, который при физическом повреждении, будь то трещина или надлом, способен практически полностью восстановить первоначальную структуру. При этом для "активации" процесса авто-ремонта достаточно нагреть материал до температуры 120 градусов Цельсия, а затем охладить: при понижении температуры трещина "зарастает" с образованием небольшого шва на поверхности. Суть процесса заключается в следующем: новая пластмасса состоит из двух типов молекул, основными компонентами которых являются углерод и водород. При нагревании между молекулами по разные стороны трещины высвобождаются свободные связи, которые при последующем охлаждении образуют поперечные соединения, благодаря чему и происходит восстановление первоначальной структуры изделия. Правда, прочность такого шва несколько ниже, чем прочность всего материала в целом, однако ученые в дальнейшем надеются решить эту проблему.
http://www.nature.ru/db/msg.html?mid=1181458&s=260000125
9.12. Молекулярный фотопоршень
Учеными из мюнхенского Университета Людвига-Максимилиана был впервые продемонстрирован способ прямого преобразования световой энергии в механическую работу. Группой Германа Гауба (Hermann Gaub) были проведены опыты по фотовозбуждению механических энергетических подуровней одиночной молекулы азобензола. Существует два пространственных изомера этой длинной полимерной молекулы: цис- и транс-изомер. Химикам давно известно, что при оптическом или термическом резонансном возбуждении можно переводить молекулу из одного состояния в другой, существенно изменяя при этом ее длину. Это свойство давно используется в различных химических процессах в макроскопических масштабах, однако немецким ученым первым пришло в голову измерить с помощью атомного силового микроскопа силу, изменяющую пространственную конфигурацию одной конкретной молекулы.
В эксперименте была приготовлена смесь из молекул в цис- и транс- состояниях, а щуп (кантилевер) микроскопа был присоединен к одной из молекул цис-изомера. При освещении смеси видимым фиолетовым светом происходил переход цис-молекул в транс-состояние. Атомный силовой микроскоп (АСМ) регистрировал силу, воздействующую на щуп со стороны молекулы при ее удлинении на 1.4 нанометра. При освещении более коротковолновым ультрафиолетовым излучением происходил вынужденный переход в обратном направлении (из транс- в цис-модификацию), что также регистрировалось с помощью АСМ.
Для выяснения возможности совершения молекулой работы ученые с помощью того же щупа прикладывали к цис-молекуле нагрузку до 500 пН (10 в минус 12 степени ньютон). Оказалось, что и при такой нагрузке молекула остается способной к сокращениям и растяжениям, преодолевая приложенную стороннюю силу. Эксперимент был повторен несколько раз, пока молекула не разрушилась.
Несмотря на малую эффективность описанного процесса, ученые выражают оптимизм относительно возможных усовершенствований вплоть до применения в реальных наноустройствах.
http://www.nature.ru/db/msg.html?mid=1185543&s=260000020
9.13. Молекулярный градусник
Самый маленький в мире термометр, сконструированный японскими специалистами в области физики материалов, имеет длину 10 микрометров, что составляет примерно одну десятую толщины человеческого волоса, и диаметр 75 нанометров. Сделан он из углеродной нанотрубки, заполненной галлием. Этот мягкий легкоплавкий металл сохраняет способность равномерно увеличиваться и уменьшаться в объеме в широком диапазоне температур от 50 до 500 градусов Цельсия, что обеспечивает достаточную точность измерений.
Создатели прибора не то чтобы стремились придумать диковинку в духе русского Левши, но исходили из чисто практических соображений. Чувствительность нанотермометра позволяет фиксировать самые незначительные изменения температур, происходящие при молекулярных реакциях. Использовать этот прибор предполагается при исследованиях, проводящихся с применением мощных электронных микроскопов. Помимо прочего термометр пригодится при изучении воздействия лазерных лучей на различные материалы, в том числе кожу и другие ткани человеческого тела.
http://www.nature.ru/db/msg.html?mid=1179730&s=260000020
9.14. Магнитный холод становится ближе
Экологически безопасные рефрижераторы, использующие магнитные хладагенты, могут стать реальностью благодаря Эккесу Брюку (Ekkes Bruck) и его коллегам из Амстердамского Университета. Исследователи обнаружили, что структуры, содержащие в себе переходные металлы, могут вести себя как охлаждающие вещества в умеренных магнитных полях при комнатной температуре. Применение этой технологии повысило бы эффективность охлаждения (коэффициент охлаждения) по сравнению с традиционным циклом "испарение-".
Магнитные охладители нагреваются под влиянием магнитного поля, в соответствии со вторым началом термодинамики, утверждающим, что энтропия (степень беспорядка) в замкнутой системе не должна убывать с течением времени. Беспорядок в магнетике наблюдается одновременно с точки зрения молекулярно-кинетической и квантовой теорий: атомы вещества магнетика участвуют в хаотическом тепловом движении, а для спинов частиц этого вещества в отсутствие внешнего магнитного поля нет явно выделенного направления в пространстве и они тоже ориентированы произвольно. Приложение внешнего магнитного поля приводит к появлению выделенного направления и снятию вырождения энергетических уровней по спину. Спиновые магнитные моменты ориентируются вдоль или против магнитного поля, т.е. энтропия магнетика уменьшается. Для того, чтобы скомпенсировать этот эффект, тепловое движение молекул магнетика интенсифицируется, т.е. повышается его температура. При магнитном охлаждении это тепло уносится от магнетика водой или воздухом. При выключении магнитного поля возникает прежний произвол в отношении ориентации спинов, температура магнитного хладагента опускается даже ниже исходного значения и он начинает отбирать "лишнее" тепло от окружающих предметов, после чего цикл возобновляется.
Два главных преимущества магнитных холодильников перед традиционными промышленными рефрижераторами, которые отбирают тепло у пара при помощи компрессора, заключаются в том, что они не используют экологически вредных химических соединений, подобных хлорфтороуглеродам, и имеют коэффициент охлаждения более 60%. Для сравнения: у лучших образцов газо-компрессорных рефрижераторов максимальное значение этого параметра составляет около 40%. Эффективность магнитного охлаждения зависит от величины приложенного магнитного поля и магнитных моментов входящих в магнетик атомов и молекул. Наибольшие значения магнитного момента наблюдаются у ионов редкоземельных элементов. Одно сложное соединение гадолиния уже использовалось в качестве магнитного охладителя, но в слабых магнитных полях его энтропия существенно изменялась только при низких температурах. По словам Э. Брюка, для работы в нормальных условиях и при температурах выше комнатной этому веществу требуется сильный сверхпроводящий магнит, который чрезмерно дорог как сам по себе, так и в обслуживании. Материал, изучаемый голландскими учеными, - соединение марганца - наоборот дает максимальный эффект при комнатных температурах. Несмотря на то, что магнитный момент марганца, вообще говоря, примерно вполовину меньше, чем у тяжелых редкоземельных элементов, его температура Кюри составляет 300 К. Это говорит о том, что энтропию этого магнетика можно существенно варьировать при помощи более слабых постоянных магнитов.
Исследователи из лаборатории им. Эймса и Американской ассоциации астронавтики (Astronautics Corporation of America) недавно продемонстрировали действующий гадолиниевый магнитный рефрижератор, работающий при комнатной температуре и использующий постоянный магнит.
http://www.nature.ru/db/msg.html?mid=1179082&s=260000020
