Часть первая обзора http://metodolog.ru/node/680

 

НТИ Август 2010 Часть 2

 

В раздел НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ после долгих размышлений я отобрал 7 заметок. Начнем с дел дорожно-экологических. 17 августа на www.popmech.ru помещена заметка под названием «Чистый воздух над дорогой: Фильтрация асфальтом». «Современные автодороги сильно загрязняют воздух в близлежащих дворах и домах  – но все может измениться. Новое дорожное покрытие не только снизит загрязнение, но и дополнительно очистит атмосферу.С таким сообщением выступил недавно профессор из Нидерландов Йос Брауэрс (Jos Brouwers). По его словам, созданный его командой материал позволяет связывать от 25 до 45% оксидов азота (NOx) из воздуха. Именно NOx, содержащиеся в выхлопе автомобилей, являются основной причиной закисления атмосферы (приводящей к «кислотным дождям») и смогу. Это показали полевые испытания, которые проводились в городке Хенгело. Прошлой осенью около 1 тыс. кв. м одной из самых оживленных магистралей города было покрыто новым материалом, включающим диоксид титана – вещество, которое при воздействии солнечного света катализирует превращение оксидов азота в нитраты, которые уносятся водой. Тех же размеров участок для контроля был покрыт обычным бетоном. Весной ученые провели забор проб воздуха над обоими участками, на высотах от 0,5 до 1,5 м, и проанализировали их. Действительно, «чистящий бетон» связывал 25-45% NOx в сравнении с контролем. Профессор Брауэрс видит огромный потенциал использования нового материала – прежде всего, в мегаполисах, где содержание оксидов азота из автомобильных выхлопов уже превышает допустимые нормы. Бетон с «чистящими добавками» для экспериментов был произведен компанией Struyk Verwo, которая уже предлагает его на продажу. Для тех дорог, где предпочтительней использование асфальтового покрытия, материал может добавляться и к нему. По словам Брауэрса, он может использоваться и при строительстве. При этом цена материала невелика – стоимость проложенной с ним дороги лишь на 10% выше». А вот «В Германии создано тротуарное покрытие, очищающее воздух», сообщает 20 августа www.strf.ru. «Специалисты компании FC Nüdling Betonelemente (Германия) разработали тротуарное покрытие под названием «Air Clean», которое может очищать воздух благодаря особому веществу — диоксиду титана /TiO2/, преобразующее вредные вещества, такие, как оксиды азота, в нитраты. Диоксид титана использует солнечный свет для ускорения естественной химической реакции, скорость которой меняется при воздействии света. Доказательство эффективности метода было предоставлено экспертами Института молекулярной биологии и прикладной экологии Фраунгофера. Эксперименты, проведенные в итальянских городах, уже показали, что фотокаталитический тротуар улучшает качество воздуха. Чем более интенсивное излучение солнца, тем быстрее происходит деградация вредных веществ. Так как в Германии меньше солнечной активности, чем в Италии, разработчики решили проверить работу изобретения в родной стране. Исследователи подготовили целый ряд образцов плит, включая различные поверхности, цвета, типы цемента и содержание TiO2. Различные испытания доказали, что новое покрытие для дорог способствует 20-30-процентной деградации оксида азота и 70-процентной — для монооксида азота /NO/ и двуокиси азота /NO2/. Более того, созданная плитка очень устойчива к повреждениям и соответственно долговечна, а нитрат, который создаётся в процессе преобразования веществ в воздухе, не представляет никакой опасности для окружающей среды, говорят авторы изобретения». 21 августа www.nanonewsnet.ru пмшет, что «Немцы разработали сверхострые лезвия со сроком службы в несколько лет». «Использование нанотехнологий в разнообразных отраслях вроде медицины или промышленности вполне понятное явление, не вызывающее удивления. А нанотехнологии, применяемые для облегчения процесса бритья, – нечто новое. И эта идея принадлежит немецкой фирме-производителю промышленных лезвий. GFD занимается разработкой особо острых лезвий с покрытием из пленки на основе синтетических алмазов. Такие лезвия используются для медицинских и промышленных целей. Они служат довольно долго и известны своим качеством. Доктор физических наук и управляющий директор GFD Андре Флетер (Andre Flöter) сам уже некоторое время использует инновационные лезвия. По его словам, станка с такими лезвиями хватит постоянно бреющемуся человеку не на несколько недель, а на несколько лет, сообщает Technology Review. Создаются уникальные лезвия от GFD по технологии, которая не разглашается. Известно лишь, что в их основе лежит карбид вольфрама. А покрыты они тонкой нанопленкой из синтетического алмаза. Не держится в секрете лишь процесс затачивания лезвий, который реализуется в вакууме. Лезвия обрабатываются ионами кислорода, возбужденными с помощью электрического разряда до состояния плазмы. Этот процесс подобен затачиванию лезвия с помощью очень тонкозернистой наждачной бумаги. В итоге получается лезвие с очень незначительным радиусом кривизны в 50 нм (поскольку на микроскопическом уровне лезвие чуть-чуть закруглено). Оно в десять раз острее лезвий, которые GFD продает для использования в промышленности. Конечно, созданные с такими сложностями лезвия должны быть достаточно дорогими. Но если подразумевается, что использовать их можно на протяжении нескольких лет, то наверняка они с лихвой окупят свою стоимость. Сама компания GFD слишком мала, и работа ее заключается в разработке технологий и продуктов. Так что господин Флетер рассчитывает на партнерство с производителями лезвий, которое должно оказаться очень перспективным. В таком случае на рынок инновационные лезвия выйдут через пару-тройку лет». «Учёные изобрели «сухую воду» для борьбы с глобальным потеплением», сообщает 26 августа www.strf.ru. «Британские ученые из университета Ливерпуля изобрели «сухую воду», которая поможет, как отмечают специалисты, бороться с глобальным потеплением, произведет революцию в использовании химикатов. Новое изобретение, представленное на 240-й национальной конференции Американского химического общества в Бостоне, на 95 процентов состоит из обычной воды и на 5 процентов — из кремнезема. Каждая капля воды обволакивается оболочкой из диоксида кремния, что делает это вещество внешне похожим на сахарную пудру. По словам руководителя группы исследователей Бена Картера, «сухая вода» в три с лишним раза лучше, чем обычная вода, впитывает углекислый газ, тем самым препятствуя его попаданию в атмосферу. «Сухая вода» также может применяться для хранения запасов метана и увеличения его энергетического потенциала, добавил Картер». 2 августа www.membrana.ru пишет, что «Построены управляемые светом мембраны». «Физики впервые создали мембраны, проницаемость которых для газов может радикально меняться в зависимости от облучения ультрафиолетовым или фиолетовым светом. Новинку придумали умельцы из лаборатории лазерной энергетики университета Рочестера. Исследователи взяли мембраны из жёсткого пластика, пронизанные регулярными микропорами, полученными при нейтронном облучении. Далее физики составили смесь из жидких кристаллов и светочувствительного красителя, молекулы которого обратимо меняют форму при облучении светом с длиной волны 365 и 420 нанометров. Пластинку погрузили в раствор, и он проник в поры. Раскрутка образца в центрифуге позволила убрать излишки смеси. Полученная мембрана обрела любопытное свойство: когда фиолетовый свет освещает её поверхность, молекулы красителя выпрямляются, жидкие кристаллы выстраиваются в линии, позволяя газу легко проходить через отверстия. Но если на пластину направлен ультрафиолетовый свет, молекулы красителя изгибаются, а жидкие кристаллы теряют упорядоченность, надёжно блокируя микропоры. Такие мембраны могут работать как газовые переключатели, причём с рядом преимуществ. Свет может быть послан на расстоянии, что упрощает систему. В отличие от управления на основе электричества поджечь проходящий газ, если тот горюч, cвет не может. Время полного переключения (несколько секунд) у новинки намного меньше, чем в сходных системах, управляемых нагревом и охлаждением. А ещё количество энергии, затрачиваемой на облучение, — очень мало… Управляемая мембрана пригодится в химической и фармацевтической промышленности, а также — в лабораторных экспериментах». «Прозрачная полимерная плёнка увеличивает выходную мощность солнечных панелей более чем на 10%», сообщает 11 августа www.nanonewsnet.ru. «Небольшой стартап Genie Lens Technologies представил полимерную плёнку с микроструктурированной поверхностью, которая значительно увеличивает эффективность преобразования энергии солнечными элементами и может быть применена для уже работающих солнечных панелей. При её разработке специалисты моделировали взаимодействие излучения с разными элементами панели — защитным слоем стекла, полупроводником, задней поверхностью — и пытались найти оптимальный вариант прохождения лучей света. В результате инженерам, по словам исполнительного директора Genie Lens Technologies Сета Вайсса (Seth Weiss), удалось отыскать такое расположение микроструктур, которое уменьшает вероятность отражения света от внешней поверхности фотоэлемента, увеличивает длину пути излучения в рабочем слое и позволяет удерживать излучение, отражённое от стекла или полупроводника, внутри панели. Испытания плёнки в связке с различными фотоэлектрическими материалами, проведённые в американской Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, показали, что покрытие повышает эффективность преобразования на 4–12,5%. Наилучшие результаты новое покрытие продемонстрировало в условиях облачности, когда фотоэлемент работает с рассеянным светом. Стоимость панелей при этом увеличивается не слишком сильно; если плёнку наносить на этапе производства, заказчик сможет уменьшить ещё и транспортные расходы и затраты на установку солнечных элементов, поскольку их количество, необходимое для достижения заданной мощности, снизится. Стоит, однако, заметить, что общий эффект будет определяться тем, насколько долговечным окажется покрытие. Стоимость киловатт-часа в случае солнечных панелей рассчитывается в предположении о том, что устройство проработает 20–25 лет; за это время плёнка может поцарапаться, загрязниться или изменить цвет. По уверениям г-на Вайсса, она должна продержаться как минимум 20 лет, но проверки на износостойкость пока не проводились».

25 августа на www.popmech.ru появилась заметка «Непыльная работа: Марсианские технологии». «Панели солнечных батарей будут очищаться от пыли самостоятельно. Без механического движения, без затрат воды. Лень вытереть пыль со стола? Удивляетесь, как быстро она скапливается на полках? Теперь представьте, какой проблемой является она для панелей солнечных батарей. Одна электростанция может иметь поверхность в десятки раз больше, чем футбольное поле – да еще они и устанавливаются обычно в жарких, сухих и пустынных регионах. Это не просто неприятно, это еще и существенно снижает их производительность.Так что теперь нам понятно, отчего работа американских химиков во главе с Мэлайем Мазумдером (Malay Mazumder) привлекла довольно значительный интерес. Ученые придумали, как «научить» солнечные батареи очищаться самостоятельно – с использованием технологий, некогда созданных для миссий, которые должны работать на пыльном Марсе. «Мы уверены, что наши самоочищающиеся материалы могут использоваться в регионах со значительными количествами пылевого загрязнения и существенно повысят отдачу от работы солнечных электростанций, - говорит Мазумдер, - Они одинаково легко применимы к фотоэлементам и в крупном, и в мелком масштабе – и не требуют ни механического движения, ни использования воды». Современная солнечная энергетика растет просто поразительными темпами. За период с 2003 по 2008 г. ее использование увеличилось на 50%, а в будущем, по оценке специалистов, будет расти на 25% ежегодно. Масштабные солнечные электростанции уже работают в США, Испании, Германии, на Ближнем Востоке, в Австралии и Индии. Словом, в регионах с большим количеством солнца – и пыли. «Слой пыли в одну седьмую унции (4 г – ПМ), - говорит Мазумдер, - на поверхности батареи площадью в квадратный ярд (0,8 кв. м – ПМ) снижает производительность на 40%. В Аризоне, к примеру, ежемесячно на панелях солнечных батарей оседает вчетверо больше. В Австралии, Индии и на Ближнем Востоке эти количества еще выше». Изначально Мазумдер работал по заказу NASA, когда агентству потребовалось самоочищающееся покрытие для солнечных батарей марсоходов – на Красной планете, как известно, весьма пыльно и сухо. Именно для них ученый и создал первоначально эту технологию. На солнечную панель наносится слой прозрачного пластика или стекла, а поверх – еще один слой прозрачного электропроводящего материала. Количество скопившейся на поверхности пыли оценивают специальные сенсоры. Как только оно достигает определенной критической величины, на верхний слой подается электрическое напряжение – причем подается волной, так, что пыль перемещается к границе поверхности, а затем и за ее пределы. По словам ученого, таким путем за 2 минуты удаляется около 90% пылевых частиц, а электричества требуется совсем немного, куда меньше, чем производит сама солнечная батарея».