Новый подход к производству умных сплавов: аддитивные технологии открывают двери в будущее
Ученые из Шаньдунского университета (Китай) предложили новый метод создания сплавов с памятью формы на основе никель-титан-ниобия (NiTiNb). В его основе лежит лазерное наплавление смеси порошков и последующая термообработка. Полученный инновационным способом сплав демонстрирует типичные характеристики материалов с памятью формы и улучшенные механические свойства. Это открытие поможет ускорить разработку высокоэффективных сплавов и создание умных структур с помощью аддитивного производства.
Сплавы с памятью формы на основе NiTi набирают популярность в медицине, аэрокосмической и автомобильной отраслях благодаря уникальному эффекту запоминания формы и сверхэластичности. Но серьезные трудности при традиционном литье и обработке ограничивают их широкое применение, особенно для изделий сложной геометрии.
Аддитивное производство (АП) - идеальный метод для преодоления этих ограничений. Помимо создания сложных конструкций, АП обладает огромным потенциалом как металлургический инструмент. Китайские ученые предложили использовать в качестве сырья порошковые смеси, а не готовые сплавы. Это позволит сократить цикл разработки новых материалов. Дополнительная термообработка поможет улучшить механические свойства напечатанных деталей.
Из-за быстрой кристаллизации и сложной термической истории структура эвтектик в аддитивно полученных NiTiNb отличается от традиционных аналогов. Стандартные режимы термообработки не всегда подходят, поэтому крайне важно понимать её влияние на новые сплавы.
Ученые использовали порошки NiTi как основу и добавляли 9% ниобия для увеличения теплового гистерезиса. Оптимизированные параметры печати позволили получить плотные NiTiNb-детали. Высокотемпературная обработка при 1273 К была разработана для улучшения механических и функциональных свойств.
Было проведено всестороннее исследование влияния термообработки на микроструктуру, фазовые превращения и свойства напечатанных сплавов NiTiNb. Обсуждались механизмы эволюции микроструктуры, модуляции фазовых переходов и повышения механических характеристик.
Главное преимущество нового подхода - возможность одновременно синтезировать материал и формировать сложные геометрии. Объединение преимуществ аддитивного производства с функциональностью сплавов памяти формы на основе NiTi откроет новые возможности для создания умных структур.
Ученые продолжают работу, стремясь улучшить механические свойства новых сплавов до уровня кованых аналогов, например, с помощью горячего изостатического прессования. Они также пробуют применить этот метод для разработки других тройных и четверных сплавов с памятью формы на основе NiTi.
Таким образом, исследователи из Китая сделали большой шаг к созданию умных материалов нового поколения. Применение аддитивных технологий обещает революцию в материаловедении и открывает поистине безграничные перспективы. Кто знает, возможно уже скоро самые фантастические идеи станут реальностью благодаря 3D-печати!
Источник:
DOI: 10.1088/2631-7990/ad35fc
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Ученые из Шаньдунского университета (Китай) предложили новый метод создания сплавов с памятью формы на основе никель-титан-ниобия (NiTiNb). В его основе лежит лазерное наплавление смеси порошков и последующая термообработка. Полученный инновационным способом сплав демонстрирует типичные характеристики материалов с памятью формы и улучшенные механические свойства. Это открытие поможет ускорить разработку высокоэффективных сплавов и создание умных структур с помощью аддитивного производства.
Сплавы с памятью формы на основе NiTi набирают популярность в медицине, аэрокосмической и автомобильной отраслях благодаря уникальному эффекту запоминания формы и сверхэластичности. Но серьезные трудности при традиционном литье и обработке ограничивают их широкое применение, особенно для изделий сложной геометрии.
Аддитивное производство (АП) - идеальный метод для преодоления этих ограничений. Помимо создания сложных конструкций, АП обладает огромным потенциалом как металлургический инструмент. Китайские ученые предложили использовать в качестве сырья порошковые смеси, а не готовые сплавы. Это позволит сократить цикл разработки новых материалов. Дополнительная термообработка поможет улучшить механические свойства напечатанных деталей.
Из-за быстрой кристаллизации и сложной термической истории структура эвтектик в аддитивно полученных NiTiNb отличается от традиционных аналогов. Стандартные режимы термообработки не всегда подходят, поэтому крайне важно понимать её влияние на новые сплавы.
Ученые использовали порошки NiTi как основу и добавляли 9% ниобия для увеличения теплового гистерезиса. Оптимизированные параметры печати позволили получить плотные NiTiNb-детали. Высокотемпературная обработка при 1273 К была разработана для улучшения механических и функциональных свойств.
Было проведено всестороннее исследование влияния термообработки на микроструктуру, фазовые превращения и свойства напечатанных сплавов NiTiNb. Обсуждались механизмы эволюции микроструктуры, модуляции фазовых переходов и повышения механических характеристик.
Главное преимущество нового подхода - возможность одновременно синтезировать материал и формировать сложные геометрии. Объединение преимуществ аддитивного производства с функциональностью сплавов памяти формы на основе NiTi откроет новые возможности для создания умных структур.
Ученые продолжают работу, стремясь улучшить механические свойства новых сплавов до уровня кованых аналогов, например, с помощью горячего изостатического прессования. Они также пробуют применить этот метод для разработки других тройных и четверных сплавов с памятью формы на основе NiTi.
Таким образом, исследователи из Китая сделали большой шаг к созданию умных материалов нового поколения. Применение аддитивных технологий обещает революцию в материаловедении и открывает поистине безграничные перспективы. Кто знает, возможно уже скоро самые фантастические идеи станут реальностью благодаря 3D-печати!
Источник:
DOI: 10.1088/2631-7990/ad35fc
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍1🔥1
Двухслойный графен - ключ к созданию сверхбыстрых и энергоэффективных транзисторов
Международная группа ученых во главе с Гёттингенским университетом (Германия) экспериментально показала, что электроны в природном двухслойном графене движутся словно (не буквально, конечно) безмассовые частицы, подобно свету. Более того, исследователи продемонстрировали возможность управления током в таком материале, что открывает путь к разработке миниатюрных энергоэффективных транзисторов. В исследовании также участвовали Массачусетский технологический институт (США) и Национальный институт материаловедения (Япония). Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Графен, открытый в 2004 году, представляет собой одиночный слой атомов углерода. Среди многих необычных свойств графена выделяется чрезвычайно высокая электропроводность, обусловленная большой и постоянной скоростью электронов в этом материале. Эта уникальная особенность заставила ученых мечтать об использовании графена для создания гораздо более быстрых и энергоэффективных транзисторов.
Однако для создания транзистора материал должен не только хорошо проводить, но и обладать высоким сопротивлением. В графене же такое "переключение" скорости носителей заряда труднодостижимо. По сути, графен обычно не имеет изолирующего состояния, что ограничивает его потенциал как транзистора.
Команда Гёттингенского университета обнаружила, что два слоя графена, как в природном двухслойном графене, сочетают лучшее из двух миров: структуру, поддерживающую невероятно быстрое движение электронов, подобное свету, как если бы они были безмассовыми, и изолирующее состояние. Ученые показали, что это состояние можно изменить приложением электрического поля перпендикулярно материалу, делая двухслойный графен изолирующим.
Такое поведение быстрых электронов было теоретически предсказано еще в 2009 году, но потребовалось значительное улучшение качества образцов, обеспеченное NIMS, и тесное сотрудничество с MIT по теории, прежде чем удалось идентифицировать его экспериментально. Хотя эти эксперименты проводились при криогенных температурах (около -273°C), они показывают потенциал двухслойного графена для создания высокоэффективных транзисторов.
"Мы уже знали теорию. Однако теперь мы провели эксперименты, которые действительно показывают светоподобную дисперсию электронов в двухслойном графене. Это был очень волнующий момент для всей команды", - говорит профессор Томас Вайц из физического факультета Гёттингенского университета.
Доктор Анна Зайлер, постдок и первый автор статьи, также из Гёттингенского университета, добавляет: "Наша работа - это первый, но важнейший шаг. Следующим шагом для исследователей будет выяснить, может ли двухслойный графен действительно улучшить транзисторы или изучить потенциал этого эффекта в других областях техники".
Таким образом, ученые сделали значительный прорыв на пути к созданию сверхбыстрой и энергоэффективной наноэлектроники нового поколения. Двухслойный графен демонстрирует уникальные свойства, позволяющие управлять движением электронов и током в материале. Дальнейшие исследования покажут, удастся ли реализовать этот потенциал на практике и совершить настоящую революцию в электронике.
Источник:
DOI: 10.1038/s41467-024-47342-0
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Международная группа ученых во главе с Гёттингенским университетом (Германия) экспериментально показала, что электроны в природном двухслойном графене движутся словно (не буквально, конечно) безмассовые частицы, подобно свету. Более того, исследователи продемонстрировали возможность управления током в таком материале, что открывает путь к разработке миниатюрных энергоэффективных транзисторов. В исследовании также участвовали Массачусетский технологический институт (США) и Национальный институт материаловедения (Япония). Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Графен, открытый в 2004 году, представляет собой одиночный слой атомов углерода. Среди многих необычных свойств графена выделяется чрезвычайно высокая электропроводность, обусловленная большой и постоянной скоростью электронов в этом материале. Эта уникальная особенность заставила ученых мечтать об использовании графена для создания гораздо более быстрых и энергоэффективных транзисторов.
Однако для создания транзистора материал должен не только хорошо проводить, но и обладать высоким сопротивлением. В графене же такое "переключение" скорости носителей заряда труднодостижимо. По сути, графен обычно не имеет изолирующего состояния, что ограничивает его потенциал как транзистора.
Команда Гёттингенского университета обнаружила, что два слоя графена, как в природном двухслойном графене, сочетают лучшее из двух миров: структуру, поддерживающую невероятно быстрое движение электронов, подобное свету, как если бы они были безмассовыми, и изолирующее состояние. Ученые показали, что это состояние можно изменить приложением электрического поля перпендикулярно материалу, делая двухслойный графен изолирующим.
Такое поведение быстрых электронов было теоретически предсказано еще в 2009 году, но потребовалось значительное улучшение качества образцов, обеспеченное NIMS, и тесное сотрудничество с MIT по теории, прежде чем удалось идентифицировать его экспериментально. Хотя эти эксперименты проводились при криогенных температурах (около -273°C), они показывают потенциал двухслойного графена для создания высокоэффективных транзисторов.
"Мы уже знали теорию. Однако теперь мы провели эксперименты, которые действительно показывают светоподобную дисперсию электронов в двухслойном графене. Это был очень волнующий момент для всей команды", - говорит профессор Томас Вайц из физического факультета Гёттингенского университета.
Доктор Анна Зайлер, постдок и первый автор статьи, также из Гёттингенского университета, добавляет: "Наша работа - это первый, но важнейший шаг. Следующим шагом для исследователей будет выяснить, может ли двухслойный графен действительно улучшить транзисторы или изучить потенциал этого эффекта в других областях техники".
Таким образом, ученые сделали значительный прорыв на пути к созданию сверхбыстрой и энергоэффективной наноэлектроники нового поколения. Двухслойный графен демонстрирует уникальные свойства, позволяющие управлять движением электронов и током в материале. Дальнейшие исследования покажут, удастся ли реализовать этот потенциал на практике и совершить настоящую революцию в электронике.
Источник:
DOI: 10.1038/s41467-024-47342-0
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍1🔥1
Электрическое управление магнетизмом: на пути к энергоэффективным микропроцессорам нового поколения
Что общего между балетом и физикой? Помимо головокружительных успехов. Оказывается, очень многое! Ведущие учёные мира, включая нобелевского лауреата Альберта Ферта, сравнивают прогресс в области электрического управления магнетизмом с изящным танцем между фундаментальной наукой и передовыми технологиями. Этот "па-де-де" уже привёл к революционным открытиям и обещает подарить нам совершенно новое поколение энергоэффективных устройств.
Альберт Ферт, французский физик и лауреат Нобелевской премии 2007 года, известен своим вкладом в открытие эффекта гигантского магнетосопротивления. Это явление произвело настоящий фурор в индустрии жёстких дисков, позволив радикально увеличить их ёмкость. Сейчас учёный работает над созданием нового поколения микропроцессоров, которые будут потреблять значительно меньше энергии, чем существующие аналоги.
Снижение энергопотребления - одна из главных задач, стоящих перед современной электроникой. Ключ к её решению - в разработке принципиально новых типов устройств. Ферт в сотрудничестве с исследовательским центром CIC nanoGUNE и компанией Intel активно трудится в этом направлении, изучая свойства квантовой материи и возможности их практического применения.
В своей обзорной статье учёные подробно рассматривают последние достижения в сфере электрического управления магнетизмом. Речь идёт о воздействии на магнитные свойства материалов с помощью электрических полей и вращающих моментов, индуцируемых электрическим током. Сначала авторы знакомят нас с фундаментальными концепциями, лежащими в основе этих подходов, затем обсуждают возможности их комбинирования и, наконец, описывают ряд многообещающих устройств для самых разных областей применения.
Обзор завершается обсуждением перспектив как с точки зрения новых концепций в фундаментальной физике, так и в плане новых направлений материаловедения. История электрического переключения намагниченности предстаёт перед нами как изящный танец между фундаментальными исследованиями (в спинтронике, физике конденсированного состояния и материаловедении) и технологическими инновациями (MRAM, MESO-транзисторы, СВЧ-излучатели, спиновые диоды, устройства на основе скирмионов, компоненты для нейроморфных вычислений и т.д.). Этот "па-де-де" уже привёл к крупным научным и технологическим прорывам в последние десятилетия, таким как концептуализация чистых спиновых токов, наблюдение магнитных скирмионов и открытие эффектов спин-зарядового взаимопревращения.
Электрическое управление магнетизмом - это поистине волшебный танец разума и материи, фундаментальных исследований и инновационных технологий. Он уже подарил нам немало удивительных открытий и изобретений, но главное - он указывает путь в энергоэффективное будущее электроники и вычислительной техники. Так что запасайтесь попкорном, устраивайтесь поудобнее и приготовьтесь наблюдать за дальнейшими па этого завораживающего научно-технологического балета. Нас ждёт немало сюрпризов!
Источник:
DOI: 10.1103/RevModPhys.96.015005
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Что общего между балетом и физикой? Помимо головокружительных успехов. Оказывается, очень многое! Ведущие учёные мира, включая нобелевского лауреата Альберта Ферта, сравнивают прогресс в области электрического управления магнетизмом с изящным танцем между фундаментальной наукой и передовыми технологиями. Этот "па-де-де" уже привёл к революционным открытиям и обещает подарить нам совершенно новое поколение энергоэффективных устройств.
Альберт Ферт, французский физик и лауреат Нобелевской премии 2007 года, известен своим вкладом в открытие эффекта гигантского магнетосопротивления. Это явление произвело настоящий фурор в индустрии жёстких дисков, позволив радикально увеличить их ёмкость. Сейчас учёный работает над созданием нового поколения микропроцессоров, которые будут потреблять значительно меньше энергии, чем существующие аналоги.
Снижение энергопотребления - одна из главных задач, стоящих перед современной электроникой. Ключ к её решению - в разработке принципиально новых типов устройств. Ферт в сотрудничестве с исследовательским центром CIC nanoGUNE и компанией Intel активно трудится в этом направлении, изучая свойства квантовой материи и возможности их практического применения.
В своей обзорной статье учёные подробно рассматривают последние достижения в сфере электрического управления магнетизмом. Речь идёт о воздействии на магнитные свойства материалов с помощью электрических полей и вращающих моментов, индуцируемых электрическим током. Сначала авторы знакомят нас с фундаментальными концепциями, лежащими в основе этих подходов, затем обсуждают возможности их комбинирования и, наконец, описывают ряд многообещающих устройств для самых разных областей применения.
Обзор завершается обсуждением перспектив как с точки зрения новых концепций в фундаментальной физике, так и в плане новых направлений материаловедения. История электрического переключения намагниченности предстаёт перед нами как изящный танец между фундаментальными исследованиями (в спинтронике, физике конденсированного состояния и материаловедении) и технологическими инновациями (MRAM, MESO-транзисторы, СВЧ-излучатели, спиновые диоды, устройства на основе скирмионов, компоненты для нейроморфных вычислений и т.д.). Этот "па-де-де" уже привёл к крупным научным и технологическим прорывам в последние десятилетия, таким как концептуализация чистых спиновых токов, наблюдение магнитных скирмионов и открытие эффектов спин-зарядового взаимопревращения.
Электрическое управление магнетизмом - это поистине волшебный танец разума и материи, фундаментальных исследований и инновационных технологий. Он уже подарил нам немало удивительных открытий и изобретений, но главное - он указывает путь в энергоэффективное будущее электроники и вычислительной техники. Так что запасайтесь попкорном, устраивайтесь поудобнее и приготовьтесь наблюдать за дальнейшими па этого завораживающего научно-технологического балета. Нас ждёт немало сюрпризов!
Источник:
DOI: 10.1103/RevModPhys.96.015005
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍2
Магнитное выравнивание молекул катализатора повышает эффективность получения водорода
Исследователи из Университета Твенте продемонстрировали, как повысить эффективность производства водорода в экспериментальной установке. Они показали, что магнитный порядок молекул катализатора играет критически важную роль в этом процессе.
Теоретические исследования уже предполагали, что магнитные свойства катализатора влияют на эффективность и скорость реакции получения водорода. Однако экспериментальных доказательств этого эффекта было мало, особенно в отношении роли магнитных свойств, существующих без внешних магнитных полей.
Исследователи выровняли магнитные "спины" атомов в катализаторе во время протекания реакции. Они обнаружили, что выравнивание всех этих крошечных магнитов увеличивало скорость реакции. Хотя работа велась на фундаментальном уровне, это исследование может иметь важные последствия для эффективного производства водорода.
Чтобы выровнять магнитные спины во время реакции, исследователи использовали простой подход - снижение температуры. Сравнивая изменения скорости реакции при понижении температуры для двух катализаторов с разным магнитным состоянием, они обнаружили, что активность действительно повышается за счет так называемого магнитного порядка. Тот факт, что это происходит даже без приложения магнитного поля, ранее был неясен.
Кроме того, исследователи обнаружили, что приложение внешнего магнитного поля делает катализатор еще более эффективным. При этом направление магнитного поля имело значение - оно должно было соответствовать магнитным свойствам материала.
Понимание того, как магнетизм внутри катализатора и его реакция на внешние магнитные поля влияют на процессы получения водорода, приближает нас на один шаг к более экологичному будущему.
Источник:
DOI: 10.1063/5.0174662
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Исследователи из Университета Твенте продемонстрировали, как повысить эффективность производства водорода в экспериментальной установке. Они показали, что магнитный порядок молекул катализатора играет критически важную роль в этом процессе.
Теоретические исследования уже предполагали, что магнитные свойства катализатора влияют на эффективность и скорость реакции получения водорода. Однако экспериментальных доказательств этого эффекта было мало, особенно в отношении роли магнитных свойств, существующих без внешних магнитных полей.
Исследователи выровняли магнитные "спины" атомов в катализаторе во время протекания реакции. Они обнаружили, что выравнивание всех этих крошечных магнитов увеличивало скорость реакции. Хотя работа велась на фундаментальном уровне, это исследование может иметь важные последствия для эффективного производства водорода.
Чтобы выровнять магнитные спины во время реакции, исследователи использовали простой подход - снижение температуры. Сравнивая изменения скорости реакции при понижении температуры для двух катализаторов с разным магнитным состоянием, они обнаружили, что активность действительно повышается за счет так называемого магнитного порядка. Тот факт, что это происходит даже без приложения магнитного поля, ранее был неясен.
Кроме того, исследователи обнаружили, что приложение внешнего магнитного поля делает катализатор еще более эффективным. При этом направление магнитного поля имело значение - оно должно было соответствовать магнитным свойствам материала.
Понимание того, как магнетизм внутри катализатора и его реакция на внешние магнитные поля влияют на процессы получения водорода, приближает нас на один шаг к более экологичному будущему.
Источник:
DOI: 10.1063/5.0174662
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍1🔥1
Осьминожья присоска вдохновила учёных на создание новой робототехники
Учёные из Бристольского университета разработали новую роботизированную присоску, способную захватывать грубые, изогнутые и тяжелые камни. Команда из Бристольской робототехнической лаборатории изучила строение биологических присосок осьминогов, обладающих превосходными адаптивными способностями прикрепляться к скалам.
В своих результатах, опубликованных в журнале PNAS, исследователи показали, как им удалось создать многослойную мягкую структуру и искусственную жидкостную систему, имитирующую мускулатуру и слизистые структуры биологических присосок. Всасывание - это высокоразвитая стратегия адгезии мягкотелых организмов для достижения прочного захвата различных объектов. Биологические присоски способны адаптивно прикрепляться к сложным сухим поверхностям, таким как камни и ракушки, что чрезвычайно сложно для современных искусственных присосок.
Ведущий автор Тианки Юэ объяснил: "Самым важным достижением является то, что мы успешно продемонстрировали эффективность комбинации механического приспособления - использования мягких материалов для адаптации к форме поверхности, и жидкостного уплотнения - распространения воды на контактирующую поверхность для улучшения адаптивного всасывания на сложных поверхностях. Возможно, в этом и заключается секрет способности биологических организмов достигать адаптивного всасывания".
Разработанная многомасштабная присоска - это органичная комбинация механического приспособления и регулируемого водяного уплотнения. Многослойные мягкие материалы сначала создают грубое механическое соответствие с подложкой, уменьшая размеры протекающих отверстий до микрометров. Остающиеся апертуры размером в микроны затем герметизируются регулируемым выделением воды из искусственной жидкостной системы на основе физической модели, благодаря чему присоска достигает длительного всасывания на различных поверхностях.
По мнению ученых, представленный многоуровневый механизм адаптивного всасывания является мощной новой стратегией, которая может стать инструментальной в разработке универсальной мягкой адгезии. Результаты обладают большим потенциалом для промышленного применения, например, для создания робототехнического захвата нового поколения, способного удерживать самые разнообразные нерегулярные объекты.
Команда планирует встроить в присоску датчики, чтобы регулировать ее поведение и сделать более интеллектуальной. В отличие от современных промышленных решений, требующих постоянной работы шумных и расточительных воздушных насосов для активного создания всасывания, природные организмы используют свои мягкие тела, чтобы поддерживать превосходное адаптивное всасывание на сложных поверхностях без необходимости в насосе. Вдохновляясь их примером, бристольские ученые открывают новые горизонты для развития робототехники.
Источник:
DOI: 10.1073/pnas.2314359121
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Учёные из Бристольского университета разработали новую роботизированную присоску, способную захватывать грубые, изогнутые и тяжелые камни. Команда из Бристольской робототехнической лаборатории изучила строение биологических присосок осьминогов, обладающих превосходными адаптивными способностями прикрепляться к скалам.
В своих результатах, опубликованных в журнале PNAS, исследователи показали, как им удалось создать многослойную мягкую структуру и искусственную жидкостную систему, имитирующую мускулатуру и слизистые структуры биологических присосок. Всасывание - это высокоразвитая стратегия адгезии мягкотелых организмов для достижения прочного захвата различных объектов. Биологические присоски способны адаптивно прикрепляться к сложным сухим поверхностям, таким как камни и ракушки, что чрезвычайно сложно для современных искусственных присосок.
Ведущий автор Тианки Юэ объяснил: "Самым важным достижением является то, что мы успешно продемонстрировали эффективность комбинации механического приспособления - использования мягких материалов для адаптации к форме поверхности, и жидкостного уплотнения - распространения воды на контактирующую поверхность для улучшения адаптивного всасывания на сложных поверхностях. Возможно, в этом и заключается секрет способности биологических организмов достигать адаптивного всасывания".
Разработанная многомасштабная присоска - это органичная комбинация механического приспособления и регулируемого водяного уплотнения. Многослойные мягкие материалы сначала создают грубое механическое соответствие с подложкой, уменьшая размеры протекающих отверстий до микрометров. Остающиеся апертуры размером в микроны затем герметизируются регулируемым выделением воды из искусственной жидкостной системы на основе физической модели, благодаря чему присоска достигает длительного всасывания на различных поверхностях.
По мнению ученых, представленный многоуровневый механизм адаптивного всасывания является мощной новой стратегией, которая может стать инструментальной в разработке универсальной мягкой адгезии. Результаты обладают большим потенциалом для промышленного применения, например, для создания робототехнического захвата нового поколения, способного удерживать самые разнообразные нерегулярные объекты.
Команда планирует встроить в присоску датчики, чтобы регулировать ее поведение и сделать более интеллектуальной. В отличие от современных промышленных решений, требующих постоянной работы шумных и расточительных воздушных насосов для активного создания всасывания, природные организмы используют свои мягкие тела, чтобы поддерживать превосходное адаптивное всасывание на сложных поверхностях без необходимости в насосе. Вдохновляясь их примером, бристольские ученые открывают новые горизонты для развития робототехники.
Источник:
DOI: 10.1073/pnas.2314359121
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍1🔥1
Цветной шум может зарядить ваши гаджеты
Современные электронные устройства, от миниатюрных датчиков до фитнес-браслетов, требуют все больше энергии, которую химические батарейки уже не в состоянии полностью обеспечить. На помощь приходят устройства, собирающие энергию из окружающей среды - энергохарвестеры, превращающие обычную вибрацию в электричество.
Наиболее эффективными из них являются тристабильные энергохарвестеры, способные улавливать даже низкочастотные случайные вибрации и преобразовывать их сначала в переменный, а затем в постоянный ток. Ученые из Пекинского технологического института Тинтин Чжан и Янфэй Цзинь исследовали, как можно оптимизировать работу таких систем для получения максимальной выходной мощности. Их выводы опубликованы в журнале European Physical Journal B.
В отличие от своих линейных предшественников, тристабильные энергохарвестеры являются нелинейными системами и могут работать в более широком диапазоне частот. Они напрямую преобразуют механическую энергию произвольных вибраций в переменный ток, который затем выпрямляется в постоянный для питания электроники.
"Методы управления могут повысить эффективность сбора энергии, - говорит Цзинь. - Мы оптимизировали работу тристабильного харвестера в системе с параллельной синхронизацией (P-SSHI), чтобы получить максимальный КПД при работе с цветным шумом".
Цветной шум - это случайный вибрационный сигнал, содержащий частоты разной интенсивности. Он хорошо моделирует реальные природные вибрации, поэтому был выбран для экспериментов.
"Контролируемый энергохарвестер показал более высокую эффективность по сравнению с неконтролируемым, что подтвердили и теоретические расчеты, и компьютерное моделирование методом Монте-Карло, - добавляет Цзинь. - Теперь мы надеемся оптимизировать схему управления, что критически важно для энергоснабжения компактных маломощных устройств".
С развитием технологий сбора энергии из окружающей среды смартфоны, умные часы и прочие гаджеты смогут работать сколь угодно долго без подзарядки. Возможно, в будущем батарейки нам вообще не понадобятся - достаточно будет просто носить устройство с собой, чтобы оно само добывало необходимую энергию. Но это уже тема для отдельной статьи.
Источник:
DOI: 10.1140/epjb/s10051-024-00650-2
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Современные электронные устройства, от миниатюрных датчиков до фитнес-браслетов, требуют все больше энергии, которую химические батарейки уже не в состоянии полностью обеспечить. На помощь приходят устройства, собирающие энергию из окружающей среды - энергохарвестеры, превращающие обычную вибрацию в электричество.
Наиболее эффективными из них являются тристабильные энергохарвестеры, способные улавливать даже низкочастотные случайные вибрации и преобразовывать их сначала в переменный, а затем в постоянный ток. Ученые из Пекинского технологического института Тинтин Чжан и Янфэй Цзинь исследовали, как можно оптимизировать работу таких систем для получения максимальной выходной мощности. Их выводы опубликованы в журнале European Physical Journal B.
В отличие от своих линейных предшественников, тристабильные энергохарвестеры являются нелинейными системами и могут работать в более широком диапазоне частот. Они напрямую преобразуют механическую энергию произвольных вибраций в переменный ток, который затем выпрямляется в постоянный для питания электроники.
"Методы управления могут повысить эффективность сбора энергии, - говорит Цзинь. - Мы оптимизировали работу тристабильного харвестера в системе с параллельной синхронизацией (P-SSHI), чтобы получить максимальный КПД при работе с цветным шумом".
Цветной шум - это случайный вибрационный сигнал, содержащий частоты разной интенсивности. Он хорошо моделирует реальные природные вибрации, поэтому был выбран для экспериментов.
"Контролируемый энергохарвестер показал более высокую эффективность по сравнению с неконтролируемым, что подтвердили и теоретические расчеты, и компьютерное моделирование методом Монте-Карло, - добавляет Цзинь. - Теперь мы надеемся оптимизировать схему управления, что критически важно для энергоснабжения компактных маломощных устройств".
С развитием технологий сбора энергии из окружающей среды смартфоны, умные часы и прочие гаджеты смогут работать сколь угодно долго без подзарядки. Возможно, в будущем батарейки нам вообще не понадобятся - достаточно будет просто носить устройство с собой, чтобы оно само добывало необходимую энергию. Но это уже тема для отдельной статьи.
Источник:
DOI: 10.1140/epjb/s10051-024-00650-2
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👏2👍1
Революция в переработке отходов: учёные превращают старые шины и пластик в ценное топливо
Исследователи из Университета Монаша сделали удивительное открытие. Оказывается, смесь измельчённых автомобильных шин и некоторых видов пластика при быстром нагреве до высоких температур превращается в лёгкое масло без содержания серы. Эта находка открывает новые перспективы в переработке проблемных отходов.
Профессор Лиан Чжан и его команда химических инженеров из Университета Монаша, Австралия, провели любопытный эксперимент. Они смешали измельчённые автомобильные шины с полиэтиленом низкой плотности (LDPE) и полистиролом - пластиками, широко используемыми в упаковке, пакетах, бутылках и даже медицинских приборах. Затем эту смесь подвергли быстрому пиролизу - нагреву до высоких температур в течение короткого времени.
Результат превзошёл все ожидания. Полученное в итоге жидкое масло не содержало опасных соединений серы, обычно образующихся при разложении шин. Как оказалось, добавление пластика в процессе пиролиза эффективно устраняет риск выброса вредных веществ в окружающую среду.
"Мы считаем, что наши результаты дают веские основания рассматривать совместный пиролиз как эффективную технологию переработки потенциально проблемных отходов с получением ценных продуктов", - подчеркнул профессор Чжан.
Дальнейший анализ позволил команде в деталях разобраться в механизмах взаимодействия химических компонентов в системе. Сейчас исследователи работают над оптимизацией технологии, чтобы повысить выход и качество получаемого масла без содержания серы.
Новое исследование учёных из Университета Монаша показывает, как, казалось бы, бесполезные отходы - старые шины и пластик - можно превратить в ценный ресурс. Остаётся надеяться, что эта многообещающая технология в скором времени найдёт применение в промышленных масштабах и внесёт свой вклад в решение проблемы мусора на нашей планете. Будущее переработки отходов видится в светлых тонах!
Источник:
DOI: 10.1016/j.wasman.2024.03.007
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Исследователи из Университета Монаша сделали удивительное открытие. Оказывается, смесь измельчённых автомобильных шин и некоторых видов пластика при быстром нагреве до высоких температур превращается в лёгкое масло без содержания серы. Эта находка открывает новые перспективы в переработке проблемных отходов.
Профессор Лиан Чжан и его команда химических инженеров из Университета Монаша, Австралия, провели любопытный эксперимент. Они смешали измельчённые автомобильные шины с полиэтиленом низкой плотности (LDPE) и полистиролом - пластиками, широко используемыми в упаковке, пакетах, бутылках и даже медицинских приборах. Затем эту смесь подвергли быстрому пиролизу - нагреву до высоких температур в течение короткого времени.
Результат превзошёл все ожидания. Полученное в итоге жидкое масло не содержало опасных соединений серы, обычно образующихся при разложении шин. Как оказалось, добавление пластика в процессе пиролиза эффективно устраняет риск выброса вредных веществ в окружающую среду.
"Мы считаем, что наши результаты дают веские основания рассматривать совместный пиролиз как эффективную технологию переработки потенциально проблемных отходов с получением ценных продуктов", - подчеркнул профессор Чжан.
Дальнейший анализ позволил команде в деталях разобраться в механизмах взаимодействия химических компонентов в системе. Сейчас исследователи работают над оптимизацией технологии, чтобы повысить выход и качество получаемого масла без содержания серы.
Новое исследование учёных из Университета Монаша показывает, как, казалось бы, бесполезные отходы - старые шины и пластик - можно превратить в ценный ресурс. Остаётся надеяться, что эта многообещающая технология в скором времени найдёт применение в промышленных масштабах и внесёт свой вклад в решение проблемы мусора на нашей планете. Будущее переработки отходов видится в светлых тонах!
Источник:
DOI: 10.1016/j.wasman.2024.03.007
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
🔥2
Китайские учёные создали "коктейльный" электролит для сверхбыстрой зарядки
Литий-ионные аккумуляторы требуют повышения ёмкости, долговечности и скорости зарядки для удовлетворения растущих потребительских запросов. Учёные из Китая разработали новый электролит, позволяющий существенно улучшить эти характеристики. Их "коктейльный" подход открывает путь к быстрозаряжаемым батареям будущего.
Исследователи из Даляньского института химической физики Китайской академии наук под руководством профессора У Чжуншуай создали универсальный "коктейльный" электролит для литий-кобальт-оксидных (LCO) аккумуляторов. Синергия множества компонентов позволила добиться впечатляющих результатов: высокого напряжения (4.6 В), сверхбыстрой зарядки (5C) в диапазоне температур от -20°C до +45°C. Более того, электролит показал высокую совместимость с катодами без кобальта и с высоким содержанием никеля.
Обычно повышение напряжения отсечки зарядки улучшает ёмкость батарей, но ведёт к окислительному разложению электролита, чрезмерному росту неоднородного катод-электролитного интерфейса (CEI) и замедлению кинетики. Новый "коктейльный электролит" (FPE) решает эти проблемы, обеспечивая сверхстабильные циклы сверхбыстрой зарядки LCO при 4.6 В.
Взаимодействие компонентов FPE создаёт на катоде и аноде прочные кинетически быстрые интерфейсы, обогащенные LiF и Li3PO4. Они предотвращают деградацию катода, подавляют нежелательные реакции, ускоряют кинетику и снижают образование дендритов лития даже при экстремально высоких плотностях тока. Как результат - высокопроизводительный аккумулятор на 4.6 В.
По словам профессора У, эта работа даёт практическую стратегию создания аккумуляторов с высокой плотностью энергии и быстрой зарядкой. Не исключено, что вскоре мы увидим новое поколение литий-ионных батарей, которые полностью изменят наше представление о мобильных устройствах. Представьте, что ваш смартфон заряжается за считанные минуты и работает неделями! Это уже не фантастика, а ближайшее будущее.
Источник:
DOI: 10.1039/D4EE00676C
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Литий-ионные аккумуляторы требуют повышения ёмкости, долговечности и скорости зарядки для удовлетворения растущих потребительских запросов. Учёные из Китая разработали новый электролит, позволяющий существенно улучшить эти характеристики. Их "коктейльный" подход открывает путь к быстрозаряжаемым батареям будущего.
Исследователи из Даляньского института химической физики Китайской академии наук под руководством профессора У Чжуншуай создали универсальный "коктейльный" электролит для литий-кобальт-оксидных (LCO) аккумуляторов. Синергия множества компонентов позволила добиться впечатляющих результатов: высокого напряжения (4.6 В), сверхбыстрой зарядки (5C) в диапазоне температур от -20°C до +45°C. Более того, электролит показал высокую совместимость с катодами без кобальта и с высоким содержанием никеля.
Обычно повышение напряжения отсечки зарядки улучшает ёмкость батарей, но ведёт к окислительному разложению электролита, чрезмерному росту неоднородного катод-электролитного интерфейса (CEI) и замедлению кинетики. Новый "коктейльный электролит" (FPE) решает эти проблемы, обеспечивая сверхстабильные циклы сверхбыстрой зарядки LCO при 4.6 В.
Взаимодействие компонентов FPE создаёт на катоде и аноде прочные кинетически быстрые интерфейсы, обогащенные LiF и Li3PO4. Они предотвращают деградацию катода, подавляют нежелательные реакции, ускоряют кинетику и снижают образование дендритов лития даже при экстремально высоких плотностях тока. Как результат - высокопроизводительный аккумулятор на 4.6 В.
По словам профессора У, эта работа даёт практическую стратегию создания аккумуляторов с высокой плотностью энергии и быстрой зарядкой. Не исключено, что вскоре мы увидим новое поколение литий-ионных батарей, которые полностью изменят наше представление о мобильных устройствах. Представьте, что ваш смартфон заряжается за считанные минуты и работает неделями! Это уже не фантастика, а ближайшее будущее.
Источник:
DOI: 10.1039/D4EE00676C
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Новый способ создания узоров на плёнках из углеродных нанотрубок для гаджетов 6G и гибкой электроники
Хотите верьте, хотите нет, но учёные нашли быстрый и дешёвый способ "рисовать" геометрические узоры на плёнках из углеродных нанотрубок! Эти "художества" оказались весьма полезны для создания компонентов устройств связи 6G и гибкой прозрачной электроники, например, носимых трекеров здоровья.
Обычно для получения узорчатых плёнок приходилось либо выжигать кучу дырок в сплошном материале (до 90% на выброс!), либо использовать дорогую и сложную литографию. Новый метод проще, быстрее и экономичнее.
Сначала учёные лазером вырезают медный шаблон узора, например сетки. Затем берут мембранный фильтр из нитроцеллюлозы, накрывают его шаблоном и напыляют частицы меди, создавая обратный узор. При нанесении на фильтр углеродные нанотрубки повторяют заданный рисунок, так как медь их отталкивает. Готовую плёнку легко перенести на другую подложку.
Полученная сетчатая плёнка в 12 раз прозрачнее обычной при сохранении проводимости! Это идеально подходит для оптических электродов в гибкой электронике вроде биосенсоров, отслеживающих пульс, дыхание и насыщение крови кислородом. А ещё такая сетка может работать как дифракционная решётка для приёма 6G сигнала.
Учёные протестировали дифракционные свойства сеток на эластичной подложке с помощью терагерцового спектрометра. Растягивая подложку, они меняли период решётки и наблюдали соответствующие сдвиги пиков дифракции - всё по законам оптики!
В общем, новый метод открывает широкие возможности для быстрого и недорогого создания разнообразных 2D-структур из нанотрубок, которые найдут применение в устройствах терагерцового диапазона. А это, на минуточку, безопасные технологии для досмотра и медицинской диагностики!
Кстати, учёные обещают вскоре показать и другие узоры - концентрические круги и спирали. Так что ждём новых шедевров наноискусства!
Источник:
DOI: 10.1016/j.cej.2024.149733
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Хотите верьте, хотите нет, но учёные нашли быстрый и дешёвый способ "рисовать" геометрические узоры на плёнках из углеродных нанотрубок! Эти "художества" оказались весьма полезны для создания компонентов устройств связи 6G и гибкой прозрачной электроники, например, носимых трекеров здоровья.
Обычно для получения узорчатых плёнок приходилось либо выжигать кучу дырок в сплошном материале (до 90% на выброс!), либо использовать дорогую и сложную литографию. Новый метод проще, быстрее и экономичнее.
Сначала учёные лазером вырезают медный шаблон узора, например сетки. Затем берут мембранный фильтр из нитроцеллюлозы, накрывают его шаблоном и напыляют частицы меди, создавая обратный узор. При нанесении на фильтр углеродные нанотрубки повторяют заданный рисунок, так как медь их отталкивает. Готовую плёнку легко перенести на другую подложку.
Полученная сетчатая плёнка в 12 раз прозрачнее обычной при сохранении проводимости! Это идеально подходит для оптических электродов в гибкой электронике вроде биосенсоров, отслеживающих пульс, дыхание и насыщение крови кислородом. А ещё такая сетка может работать как дифракционная решётка для приёма 6G сигнала.
Учёные протестировали дифракционные свойства сеток на эластичной подложке с помощью терагерцового спектрометра. Растягивая подложку, они меняли период решётки и наблюдали соответствующие сдвиги пиков дифракции - всё по законам оптики!
В общем, новый метод открывает широкие возможности для быстрого и недорогого создания разнообразных 2D-структур из нанотрубок, которые найдут применение в устройствах терагерцового диапазона. А это, на минуточку, безопасные технологии для досмотра и медицинской диагностики!
Кстати, учёные обещают вскоре показать и другие узоры - концентрические круги и спирали. Так что ждём новых шедевров наноискусства!
Источник:
DOI: 10.1016/j.cej.2024.149733
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍1🔥1
Электронные вихри с управляемой интенсивностью - новый инструмент для науки и технологий будущего
Последние достижения в области электронной голографии позволяют создавать "скульптурные" электронные пучки с заданной формой интенсивности. Эти структурированные вихри открывают невиданные ранее возможности для изучения материи и разработки нанотехнологий. Присоединяйтесь к захватывающему путешествию в мир закрученных электронов!
В последние годы в науке произошёл настоящий прорыв - были открыты и изучены электронные вихри. Это особые пучки электронов, которые не просто летят вперёд, а ещё и закручиваются по спирали, неся угловой орбитальный момент. Благодаря этому уникальному свойству, вихревые электроны стали мощным инструментом для исследования микроструктуры и свойств различных материалов.
Но как заставить электроны танцевать вальс? Оказывается, нужно всего лишь взглянуть на них как на волны, похожие на световые. Ведь ещё в 1992 году учёные обнаружили, что лучи света тоже могут нести орбитальный момент. Значит и электронами, как заряженными частицами, можно управлять подобным образом. Так родилась идея создания электронных вихрей.
Поначалу для закрутки электронов использовали спиральные фазовые пластинки из плёнок графита. Затем учёные придумали и другие методы: голографические маски, искажения магнитных линз, магнитные иглы. Всё это позволило не только получать вихревые пучки с нужным моментом, но и управлять их взаимодействием с веществом и полями.
Однако традиционные электронные вихри имели один недостаток - их интенсивность всегда распределена в виде простого кольца. Это ограничивало возможности применения вихрей на практике. Но авторы нового исследования нашли способ создавать структурированные вихри с произвольной формой интенсивности. Секрет оказался в локальном изменении фазы волны электрона.
Используя специальные компьютерные голограммы и фазовые маски, учёные научились "лепить" из электронов вихри в форме трилистника, спирали и даже стрелок. Более того, они изучили уникальные "лепестковые" картины, возникающие при наложении вихрей с разной закруткой. Эти удивительные узоры подтверждают квантовую природу электронов и их подчинение законам топологии.
Данное исследование не только расширяет наши фундаментальные знания, но и открывает новые практические возможности. Структурированные электронные вихри могут стать универсальным квантовым зондом для микроскопии, помогут управлять наночастицами, возбуждать плазмоны на поверхности и даже "печатать" наноструктуры без сканирования пучка. А главное, такой подход применим и к другим частицам - нейтронам, протонам, атомам и молекулам.
Исследование структурированных электронных вихрей - это новое слово в физике и нанотехнологиях. Возможность управлять формой и интенсивностью пучков частиц открывает перед нами невероятные перспективы. Быть может, совсем скоро с помощью "скульптурных" электронов мы научимся с невиданной точностью изучать и преобразовывать материю на самом фундаментальном уровне. Так что, как говорится, следите за вихрями! Будущее рождается в вихре научных открытий.
Источник:
DOI: 10.29026/oea.2024.230184
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Последние достижения в области электронной голографии позволяют создавать "скульптурные" электронные пучки с заданной формой интенсивности. Эти структурированные вихри открывают невиданные ранее возможности для изучения материи и разработки нанотехнологий. Присоединяйтесь к захватывающему путешествию в мир закрученных электронов!
В последние годы в науке произошёл настоящий прорыв - были открыты и изучены электронные вихри. Это особые пучки электронов, которые не просто летят вперёд, а ещё и закручиваются по спирали, неся угловой орбитальный момент. Благодаря этому уникальному свойству, вихревые электроны стали мощным инструментом для исследования микроструктуры и свойств различных материалов.
Но как заставить электроны танцевать вальс? Оказывается, нужно всего лишь взглянуть на них как на волны, похожие на световые. Ведь ещё в 1992 году учёные обнаружили, что лучи света тоже могут нести орбитальный момент. Значит и электронами, как заряженными частицами, можно управлять подобным образом. Так родилась идея создания электронных вихрей.
Поначалу для закрутки электронов использовали спиральные фазовые пластинки из плёнок графита. Затем учёные придумали и другие методы: голографические маски, искажения магнитных линз, магнитные иглы. Всё это позволило не только получать вихревые пучки с нужным моментом, но и управлять их взаимодействием с веществом и полями.
Однако традиционные электронные вихри имели один недостаток - их интенсивность всегда распределена в виде простого кольца. Это ограничивало возможности применения вихрей на практике. Но авторы нового исследования нашли способ создавать структурированные вихри с произвольной формой интенсивности. Секрет оказался в локальном изменении фазы волны электрона.
Используя специальные компьютерные голограммы и фазовые маски, учёные научились "лепить" из электронов вихри в форме трилистника, спирали и даже стрелок. Более того, они изучили уникальные "лепестковые" картины, возникающие при наложении вихрей с разной закруткой. Эти удивительные узоры подтверждают квантовую природу электронов и их подчинение законам топологии.
Данное исследование не только расширяет наши фундаментальные знания, но и открывает новые практические возможности. Структурированные электронные вихри могут стать универсальным квантовым зондом для микроскопии, помогут управлять наночастицами, возбуждать плазмоны на поверхности и даже "печатать" наноструктуры без сканирования пучка. А главное, такой подход применим и к другим частицам - нейтронам, протонам, атомам и молекулам.
Исследование структурированных электронных вихрей - это новое слово в физике и нанотехнологиях. Возможность управлять формой и интенсивностью пучков частиц открывает перед нами невероятные перспективы. Быть может, совсем скоро с помощью "скульптурных" электронов мы научимся с невиданной точностью изучать и преобразовывать материю на самом фундаментальном уровне. Так что, как говорится, следите за вихрями! Будущее рождается в вихре научных открытий.
Источник:
DOI: 10.29026/oea.2024.230184
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
❤1👍1👏1
Кирпичи из мусора - энергоэффективное решение для "зелёного" строительства будущего
Инженеры создали экологичные кирпичи с добавлением стеклянных и других отходов. Такие стройматериалы не только спасают природу от свалок, но и повышают энергоэффективность зданий, снижая расходы на отопление. Готовы узнать, как мусор превращается в термоизоляцию? Читайте в нашем материале!
Представьте, что ваш дом построен из... мусора. Нет, это не антиутопия, а новейшая экоразработка австралийских инженеров. Они научились делать кирпичи с добавлением до 15% стеклобоя и 20% сожжённых отходов, заменяя ими часть глины. Секретный ингредиент предоставила компания Visy - крупнейший переработчик вторсырья в стране.
Но для чего вообще класть в кирпичи всякий хлам? Оказывается, такая "начинка" улучшает теплоизоляцию, позволяя сэкономить до 5% на обогреве дома. К тому же, при обжиге кирпичей с отходами температуру можно снизить на 20%. А это уже прямая выгода для производителей.
"Ежегодно в мире используется 1.4 триллиона кирпичей, и их производство сильно вредит природе: выделяется углекислый газ, диоксид серы, хлор, истощаются запасы глины", - объясняет руководитель проекта Дилан Роберт. Поэтому так важно найти альтернативу традиционным материалам и технологиям.
Испытания показали, что "мусорные" кирпичи полностью соответствуют строительным стандартам по прочности, долговечности и экологичности. Более того, за счёт состава их цвет можно варьировать от белого до тёмно-красного - на любой вкус архитектора.
Особенно ценными добавками оказались мелкие частички стекла размером до 3 мм, которые не годятся для вторичного производства бутылок и банок. "Мы очень рады, что нашли применение этим отходам и не будем отправлять их на свалку", - говорит Пол Андрич, менеджер инновационных проектов Visy.
Сейчас инженеры работают над масштабированием технологии, чтобы наладить коммерческий выпуск экокирпичей в сотрудничестве с мельбурнскими заводами. В планах - использовать вторсырьё и в других стройматериалах. Круговорот мусора в природе, только на пользу природе!
Экокирпичи - прекрасный пример безотходной экономики будущего. Превращая мусор в ценный ресурс, мы не только боремся с загрязнением планеты, но и делаем наши дома теплее и экономичнее. Так что скоро фраза "дом, милый дом" зазвучит совсем по-новому. Ведь что может быть милее, чем жить в гармонии с природой, даже если твоё жилище частично сделано из того, что раньше считалось отходами?
Источник:
DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.134031, DOI: 10.1016/j.energy.2023.128755, DOI: 10.1061/JMCEE7.MTENG-15165, DOI: 10.1016/j.cscm.2022.e01717
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Инженеры создали экологичные кирпичи с добавлением стеклянных и других отходов. Такие стройматериалы не только спасают природу от свалок, но и повышают энергоэффективность зданий, снижая расходы на отопление. Готовы узнать, как мусор превращается в термоизоляцию? Читайте в нашем материале!
Представьте, что ваш дом построен из... мусора. Нет, это не антиутопия, а новейшая экоразработка австралийских инженеров. Они научились делать кирпичи с добавлением до 15% стеклобоя и 20% сожжённых отходов, заменяя ими часть глины. Секретный ингредиент предоставила компания Visy - крупнейший переработчик вторсырья в стране.
Но для чего вообще класть в кирпичи всякий хлам? Оказывается, такая "начинка" улучшает теплоизоляцию, позволяя сэкономить до 5% на обогреве дома. К тому же, при обжиге кирпичей с отходами температуру можно снизить на 20%. А это уже прямая выгода для производителей.
"Ежегодно в мире используется 1.4 триллиона кирпичей, и их производство сильно вредит природе: выделяется углекислый газ, диоксид серы, хлор, истощаются запасы глины", - объясняет руководитель проекта Дилан Роберт. Поэтому так важно найти альтернативу традиционным материалам и технологиям.
Испытания показали, что "мусорные" кирпичи полностью соответствуют строительным стандартам по прочности, долговечности и экологичности. Более того, за счёт состава их цвет можно варьировать от белого до тёмно-красного - на любой вкус архитектора.
Особенно ценными добавками оказались мелкие частички стекла размером до 3 мм, которые не годятся для вторичного производства бутылок и банок. "Мы очень рады, что нашли применение этим отходам и не будем отправлять их на свалку", - говорит Пол Андрич, менеджер инновационных проектов Visy.
Сейчас инженеры работают над масштабированием технологии, чтобы наладить коммерческий выпуск экокирпичей в сотрудничестве с мельбурнскими заводами. В планах - использовать вторсырьё и в других стройматериалах. Круговорот мусора в природе, только на пользу природе!
Экокирпичи - прекрасный пример безотходной экономики будущего. Превращая мусор в ценный ресурс, мы не только боремся с загрязнением планеты, но и делаем наши дома теплее и экономичнее. Так что скоро фраза "дом, милый дом" зазвучит совсем по-новому. Ведь что может быть милее, чем жить в гармонии с природой, даже если твоё жилище частично сделано из того, что раньше считалось отходами?
Источник:
DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.134031, DOI: 10.1016/j.energy.2023.128755, DOI: 10.1061/JMCEE7.MTENG-15165, DOI: 10.1016/j.cscm.2022.e01717
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍1
Голографические очки будущего: как смешать реальный и виртуальный миры
Исследователи из Принстонского университета сделали важный шаг к созданию голографических очков, которые позволят смешивать реальный и виртуальный миры. Новая технология основана на использовании высокодетализированных 3D-голограмм.
Голографические изображения обладают настоящей глубиной, так как они трёхмерные, в отличие от экранов, которые лишь имитируют глубину на плоской поверхности. Поскольку мы видим мир в трёх измерениях, голографические изображения могут быть органично интегрированы в наше обычное восприятие окружающей действительности.
Результатом становится виртуальная и дополненная реальность, способная обеспечить действительно погружающий эффект. Пользователь сможет свободно поворачивать голову, не теряя из виду голографические объекты, как если бы они находились прямо перед ним.
"Чтобы получить похожий опыт с обычным монитором, вам пришлось бы сидеть прямо перед экраном кинотеатра", - поясняет Феликс Хайде, доцент кафедры информатики и старший автор исследования.
При этом не потребуется надевать громоздкий шлем виртуальной реальности. Оптические элементы, необходимые для создания голограмм, могут быть миниатюрными и встроены в обычные очки. В отличие от VR-дисплеев на основе мониторов, такие очки будут компактными и лёгкими.
"Голография может сделать виртуальную и дополненную реальность удобными, носимыми и сверхтонкими", - говорит Хайде. Это откроет новые возможности для взаимодействия с окружающей средой: от получения навигационных подсказок во время вождения до мониторинга пациента во время операции или доступа к инструкциям по ремонту во время домашних работ.
Одна из ключевых проблем - качество изображения. Голограммы создаются с помощью небольшого чипоподобного устройства, называемого пространственным модулятором света. До сих пор такие модуляторы могли создавать либо небольшие чёткие, либо крупные размытые изображения. Это ограничивало угол обзора, делая погружение в виртуальную реальность неполноценным.
Исследователи разработали специальное оптическое устройство, которое работает совместно с пространственным модулятором света. Оно фильтрует свет, расширяя угол обзора без существенной потери качества изображения. По словам учёных, это важный шаг к практическому применению голографических дисплеев.
Несмотря на сохраняющиеся трудности, связанные с улучшением качества изображения и оптимизацией производственного процесса, данное исследование демонстрирует многообещающий путь к созданию по-настоящему революционных голографических очков будущего.
Источник:
DOI: 10.1038/s41467-024-46915-3
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Исследователи из Принстонского университета сделали важный шаг к созданию голографических очков, которые позволят смешивать реальный и виртуальный миры. Новая технология основана на использовании высокодетализированных 3D-голограмм.
Голографические изображения обладают настоящей глубиной, так как они трёхмерные, в отличие от экранов, которые лишь имитируют глубину на плоской поверхности. Поскольку мы видим мир в трёх измерениях, голографические изображения могут быть органично интегрированы в наше обычное восприятие окружающей действительности.
Результатом становится виртуальная и дополненная реальность, способная обеспечить действительно погружающий эффект. Пользователь сможет свободно поворачивать голову, не теряя из виду голографические объекты, как если бы они находились прямо перед ним.
"Чтобы получить похожий опыт с обычным монитором, вам пришлось бы сидеть прямо перед экраном кинотеатра", - поясняет Феликс Хайде, доцент кафедры информатики и старший автор исследования.
При этом не потребуется надевать громоздкий шлем виртуальной реальности. Оптические элементы, необходимые для создания голограмм, могут быть миниатюрными и встроены в обычные очки. В отличие от VR-дисплеев на основе мониторов, такие очки будут компактными и лёгкими.
"Голография может сделать виртуальную и дополненную реальность удобными, носимыми и сверхтонкими", - говорит Хайде. Это откроет новые возможности для взаимодействия с окружающей средой: от получения навигационных подсказок во время вождения до мониторинга пациента во время операции или доступа к инструкциям по ремонту во время домашних работ.
Одна из ключевых проблем - качество изображения. Голограммы создаются с помощью небольшого чипоподобного устройства, называемого пространственным модулятором света. До сих пор такие модуляторы могли создавать либо небольшие чёткие, либо крупные размытые изображения. Это ограничивало угол обзора, делая погружение в виртуальную реальность неполноценным.
Исследователи разработали специальное оптическое устройство, которое работает совместно с пространственным модулятором света. Оно фильтрует свет, расширяя угол обзора без существенной потери качества изображения. По словам учёных, это важный шаг к практическому применению голографических дисплеев.
Несмотря на сохраняющиеся трудности, связанные с улучшением качества изображения и оптимизацией производственного процесса, данное исследование демонстрирует многообещающий путь к созданию по-настоящему революционных голографических очков будущего.
Источник:
DOI: 10.1038/s41467-024-46915-3
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍2
Укрепление композитных материалов: новый подход к повышению прочности и износостойкости
Учёные из Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США разработали инновационный метод, который позволяет значительно повысить прочность и износостойкость композитных материалов, широко используемых в автомобилестроении, авиакосмической отрасли и возобновляемой энергетике.
В основе метода лежит создание дополнительной поддерживающей сетчатой структуры из термопластичных нановолокон, которая химически связывается с жёсткими армирующими волокнами и окружающей матрицей (связующим веществом). Это решает проблему уязвимости композитов к повреждениям, возникающим из-за различий в свойствах волокон и матрицы.
"Наш процесс позволяет материалу выдерживать гораздо большие нагрузки, - говорит Сумит Гупта, один из авторов исследования. - Используя этот простой, масштабируемый и недорогой подход, мы смогли увеличить прочность композитов почти на 60% и их вязкость на 100%".
В отличие от традиционных методов, таких как покрытие волокон полимерами или создание жёсткого каркаса для улучшения сцепления волокон с матрицей, данный подход основан на формировании высокоразвитой поверхностной структуры, которая выступает в качестве пути передачи нагрузки между армирующими волокнами и окружающей матрицей.
Композиты, изготовленные с использованием этой технологии, могут найти широкое применение в различных областях - от автомобилестроения до авиакосмической техники. Учёные уже подали заявку на патент, чтобы в дальнейшем передать разработку коммерческим партнёрам.
Следующим шагом исследователей станет изучение других волокнистых и матричных систем с совместимыми химическими группами, а также дальнейшее повышение прочности самих нановолокон. Эта работа ведётся в рамках программы "Композитные материалы 2.0" Офиса энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США.
Разработка более прочных и износостойких композитных материалов позволит снизить долю тяжёлых стальных компонентов в конструкциях и повысить эффективность транспортных средств за счёт уменьшения их массы. Это важный шаг к достижению целей программы по повышению энергоэффективности.
Источник:
DOI: 10.1002/advs.202305642
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Учёные из Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США разработали инновационный метод, который позволяет значительно повысить прочность и износостойкость композитных материалов, широко используемых в автомобилестроении, авиакосмической отрасли и возобновляемой энергетике.
В основе метода лежит создание дополнительной поддерживающей сетчатой структуры из термопластичных нановолокон, которая химически связывается с жёсткими армирующими волокнами и окружающей матрицей (связующим веществом). Это решает проблему уязвимости композитов к повреждениям, возникающим из-за различий в свойствах волокон и матрицы.
"Наш процесс позволяет материалу выдерживать гораздо большие нагрузки, - говорит Сумит Гупта, один из авторов исследования. - Используя этот простой, масштабируемый и недорогой подход, мы смогли увеличить прочность композитов почти на 60% и их вязкость на 100%".
В отличие от традиционных методов, таких как покрытие волокон полимерами или создание жёсткого каркаса для улучшения сцепления волокон с матрицей, данный подход основан на формировании высокоразвитой поверхностной структуры, которая выступает в качестве пути передачи нагрузки между армирующими волокнами и окружающей матрицей.
Композиты, изготовленные с использованием этой технологии, могут найти широкое применение в различных областях - от автомобилестроения до авиакосмической техники. Учёные уже подали заявку на патент, чтобы в дальнейшем передать разработку коммерческим партнёрам.
Следующим шагом исследователей станет изучение других волокнистых и матричных систем с совместимыми химическими группами, а также дальнейшее повышение прочности самих нановолокон. Эта работа ведётся в рамках программы "Композитные материалы 2.0" Офиса энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США.
Разработка более прочных и износостойких композитных материалов позволит снизить долю тяжёлых стальных компонентов в конструкциях и повысить эффективность транспортных средств за счёт уменьшения их массы. Это важный шаг к достижению целей программы по повышению энергоэффективности.
Источник:
DOI: 10.1002/advs.202305642
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍1🔥1
Революционная технология восстановления золота из электронных отходов
Южная Корея, в значительной степени зависящая от импорта металлических ресурсов, в последние годы всё больше внимания уделяет вторичной переработке отходов. Так, крупные компании, такие как SK hynix и Samsung Electronics, уже реализуют программы по увеличению доли восстановленных и повторно используемых металлов, включая медь и золото, в своих производственных процессах.
В этом контексте учёные из Корейского института науки и технологий (KIST) разработали инновационную технологию селективного извлечения высокочистого золота из электронных отходов с помощью текстильных материалов.
Традиционные адсорбенты для восстановления металлов, как правило, имеют гранулированную форму, что повышает эффективность адсорбции за счёт большой удельной поверхности. Однако такие материалы сложно контролировать под водой, что приводит к низким показателям извлечения и даже вторичному загрязнению окружающей среды.
В отличие от них, волокнистые материалы легче поддаются управлению в водной среде и могут быть изготовлены в различных формах с помощью ткацких процессов, что делает их перспективными для промышленного применения. Однако из-за малой толщины и низкой прочности они легко разрушаются при использовании для извлечения золота.
Исследователи KIST решили эту проблему, химически закрепив на поверхности полиакрилонитрильных волокон щелочные молекулы. Это позволило значительно улучшить как адсорбционные свойства по отношению к ионам золота, так и структурную стабильность волокон.
Разработанный волокнистый адсорбент не только продемонстрировал эффективность извлечения золота более 99,9% из реальных растворов, полученных при выщелачивании процессоров, но и показал высокую селективность - восстановление золота с чистотой свыше 99,9% даже в присутствии 14 других металлических ионов. При этом скорость извлечения золота сохранялась на уровне 91% после 10 циклов использования.
"Эта технология позволит Корее снизить зависимость от импорта ресурсов и подготовиться к рискам роста цен на сырьё", - отмечает руководитель исследования Чхве Чжэ-у.
В дальнейшем учёные планируют расширить область применения разработанного метода для селективного извлечения различных металлов, помимо золота, из электронных отходов.
Источник:
DOI: 10.1016/j.cej.2024.149602
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Южная Корея, в значительной степени зависящая от импорта металлических ресурсов, в последние годы всё больше внимания уделяет вторичной переработке отходов. Так, крупные компании, такие как SK hynix и Samsung Electronics, уже реализуют программы по увеличению доли восстановленных и повторно используемых металлов, включая медь и золото, в своих производственных процессах.
В этом контексте учёные из Корейского института науки и технологий (KIST) разработали инновационную технологию селективного извлечения высокочистого золота из электронных отходов с помощью текстильных материалов.
Традиционные адсорбенты для восстановления металлов, как правило, имеют гранулированную форму, что повышает эффективность адсорбции за счёт большой удельной поверхности. Однако такие материалы сложно контролировать под водой, что приводит к низким показателям извлечения и даже вторичному загрязнению окружающей среды.
В отличие от них, волокнистые материалы легче поддаются управлению в водной среде и могут быть изготовлены в различных формах с помощью ткацких процессов, что делает их перспективными для промышленного применения. Однако из-за малой толщины и низкой прочности они легко разрушаются при использовании для извлечения золота.
Исследователи KIST решили эту проблему, химически закрепив на поверхности полиакрилонитрильных волокон щелочные молекулы. Это позволило значительно улучшить как адсорбционные свойства по отношению к ионам золота, так и структурную стабильность волокон.
Разработанный волокнистый адсорбент не только продемонстрировал эффективность извлечения золота более 99,9% из реальных растворов, полученных при выщелачивании процессоров, но и показал высокую селективность - восстановление золота с чистотой свыше 99,9% даже в присутствии 14 других металлических ионов. При этом скорость извлечения золота сохранялась на уровне 91% после 10 циклов использования.
"Эта технология позволит Корее снизить зависимость от импорта ресурсов и подготовиться к рискам роста цен на сырьё", - отмечает руководитель исследования Чхве Чжэ-у.
В дальнейшем учёные планируют расширить область применения разработанного метода для селективного извлечения различных металлов, помимо золота, из электронных отходов.
Источник:
DOI: 10.1016/j.cej.2024.149602
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍2
Революционная технология акустофлюидики: как управлять частицами без ограничений камеры
Акустофлюидика - междисциплинарная область, объединяющая акустику и механику жидкостей, - играет ключевую роль в биомедицине, тканевой инженерии и синтезе наночастиц. Однако эффективность традиционных акустофлюидных устройств часто ограничена их зависимостью от конкретной геометрии микрофлюидных камер, что снижает их адаптивность и универсальность.
Учёные разработали новую технологию - мембранный акустический волноводный актуатор (MAWA), - которая использует направленные изгибные волны для эффективного и гибкого управления частицами, работая независимо от резонансных свойств камеры благодаря эванесцентным свойствам акустических полей.
В отличие от традиционных методов, сильно зависящих от конструкции микрофлюидных камер, MAWA использует звуковые волны, направляя колебания вдоль микрофабрикованных мембран толщиной в несколько микрон, выступающих в качестве акустических волноводов, без ограничений со стороны окружающей геометрии.
Это позволяет учёным точно контролировать движение частиц на поверхности мембран - будь то перемешивание, разделение или транспортировка - в любом микрофлюидном пространстве на микрочипе.
Эксперименты показали, что, изменяя частоту и фазу этих звуковых волн, можно заставить частицы перемешиваться, разделяться по размеру или даже двигаться против потока жидкости внутри небольшой капли или микроканала.
"Наше исследование в области микрофлюидных технологий открывает новые возможности для проектирования и применения лабораторий на чипе, - говорит ведущий автор Филипп Вашон. - Эта новая технология, основанная на направленных изгибных волнах и не зависящая от геометрии камеры, внесёт большой вклад в будущие прорывы в области лабораторий на чипе для диагностики заболеваний и клеточных анализов".
Таким образом, инновационная технология MAWA позволяет преодолеть ограничения традиционных акустофлюидных устройств и открывает новые горизонты для создания более универсальных и мощных лабораторий на чипе в самых разных областях, от биомедицины до нанотехнологий.
Источник:
DOI: 10.1038/s41378-023-00643-8
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Акустофлюидика - междисциплинарная область, объединяющая акустику и механику жидкостей, - играет ключевую роль в биомедицине, тканевой инженерии и синтезе наночастиц. Однако эффективность традиционных акустофлюидных устройств часто ограничена их зависимостью от конкретной геометрии микрофлюидных камер, что снижает их адаптивность и универсальность.
Учёные разработали новую технологию - мембранный акустический волноводный актуатор (MAWA), - которая использует направленные изгибные волны для эффективного и гибкого управления частицами, работая независимо от резонансных свойств камеры благодаря эванесцентным свойствам акустических полей.
В отличие от традиционных методов, сильно зависящих от конструкции микрофлюидных камер, MAWA использует звуковые волны, направляя колебания вдоль микрофабрикованных мембран толщиной в несколько микрон, выступающих в качестве акустических волноводов, без ограничений со стороны окружающей геометрии.
Это позволяет учёным точно контролировать движение частиц на поверхности мембран - будь то перемешивание, разделение или транспортировка - в любом микрофлюидном пространстве на микрочипе.
Эксперименты показали, что, изменяя частоту и фазу этих звуковых волн, можно заставить частицы перемешиваться, разделяться по размеру или даже двигаться против потока жидкости внутри небольшой капли или микроканала.
"Наше исследование в области микрофлюидных технологий открывает новые возможности для проектирования и применения лабораторий на чипе, - говорит ведущий автор Филипп Вашон. - Эта новая технология, основанная на направленных изгибных волнах и не зависящая от геометрии камеры, внесёт большой вклад в будущие прорывы в области лабораторий на чипе для диагностики заболеваний и клеточных анализов".
Таким образом, инновационная технология MAWA позволяет преодолеть ограничения традиционных акустофлюидных устройств и открывает новые горизонты для создания более универсальных и мощных лабораторий на чипе в самых разных областях, от биомедицины до нанотехнологий.
Источник:
DOI: 10.1038/s41378-023-00643-8
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍3
Революционные водные аккумуляторы с рекордной энергоплотностью
Традиционные литий-ионные аккумуляторы с неводными электролитами обладают высокой энергоплотностью, но их безопасность ограничена из-за использования легковоспламеняющихся органических электролитов. В свою очередь, водные аккумуляторы, использующие воду в качестве растворителя, значительно повышают безопасность, но имеют более низкую энергоплотность.
Группа исследователей из Института химической физики Китайской академии наук разработала новый тип водного аккумулятора, который преодолевает это ограничение. В своей работе, опубликованной в журнале Nature Energy, они использовали смешанный галогенный раствор йодида (I-) и бромида (Br-) в качестве электролита и создали многоэлектронный переносной катод.
Во время зарядки I- окисляются до йодата (IO3-), а выделяющиеся протоны (H+) переносятся к отрицательному электроду. При разрядке H+ возвращаются к положительному электроду, а IO3- восстанавливаются.
Добавление Br- в электролит позволило получить полярный йодистый бромид (IBr) в процессе зарядки, который затем реагировал с водой, образуя IO3-. Во время разрядки IO3- окисляли Br- до брома (Br2), участвуя в обратимой электрохимической реакции.
Такой многоэлектронный процесс с участием галогенов значительно повысил кинетику и обратимость реакций, что в итоге позволило достичь рекордной для водных аккумуляторов энергоплотности - до 1200 Вт·ч/л по объёму католита.
"Это исследование предлагает новый подход к созданию водных аккумуляторов с высокой энергоплотностью, что может расширить их применение в области тяговых аккумуляторов", - отмечает руководитель проекта профессор Ли Сяньфэн.
Таким образом, инновационная разработка учёных из Китая демонстрирует, как можно преодолеть ограничения традиционных водных аккумуляторов и создать безопасные, но при этом высокоэффективные источники энергии для широкого круга применений.
Источник:
DOI: 10.1038/s41560-024-01515-9
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Традиционные литий-ионные аккумуляторы с неводными электролитами обладают высокой энергоплотностью, но их безопасность ограничена из-за использования легковоспламеняющихся органических электролитов. В свою очередь, водные аккумуляторы, использующие воду в качестве растворителя, значительно повышают безопасность, но имеют более низкую энергоплотность.
Группа исследователей из Института химической физики Китайской академии наук разработала новый тип водного аккумулятора, который преодолевает это ограничение. В своей работе, опубликованной в журнале Nature Energy, они использовали смешанный галогенный раствор йодида (I-) и бромида (Br-) в качестве электролита и создали многоэлектронный переносной катод.
Во время зарядки I- окисляются до йодата (IO3-), а выделяющиеся протоны (H+) переносятся к отрицательному электроду. При разрядке H+ возвращаются к положительному электроду, а IO3- восстанавливаются.
Добавление Br- в электролит позволило получить полярный йодистый бромид (IBr) в процессе зарядки, который затем реагировал с водой, образуя IO3-. Во время разрядки IO3- окисляли Br- до брома (Br2), участвуя в обратимой электрохимической реакции.
Такой многоэлектронный процесс с участием галогенов значительно повысил кинетику и обратимость реакций, что в итоге позволило достичь рекордной для водных аккумуляторов энергоплотности - до 1200 Вт·ч/л по объёму католита.
"Это исследование предлагает новый подход к созданию водных аккумуляторов с высокой энергоплотностью, что может расширить их применение в области тяговых аккумуляторов", - отмечает руководитель проекта профессор Ли Сяньфэн.
Таким образом, инновационная разработка учёных из Китая демонстрирует, как можно преодолеть ограничения традиционных водных аккумуляторов и создать безопасные, но при этом высокоэффективные источники энергии для широкого круга применений.
Источник:
DOI: 10.1038/s41560-024-01515-9
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👏1
Безопасные нейросетевые ускорители для мобильных устройств
Приложения для мониторинга здоровья, использующие мощные нейросетевые модели, часто сталкиваются с проблемой медленной работы и высокого энергопотребления из-за необходимости постоянно передавать данные между смартфоном и удалённым сервером. Для решения этой проблемы разработчики используют специализированные нейросетевые ускорители, встраиваемые непосредственно в устройства.
Однако такие ускорители уязвимы к атакам, при которых злоумышленники могут похищать конфиденциальную информацию, используя методы побочных каналов и перехвата шин передачи данных.
Исследователи из MIT и лаборатории MIT-IBM Watson AI разработали нейросетевой ускоритель, устойчивый к двум наиболее распространённым типам атак:
1. Защита от атак по побочным каналам: данные в ускорителе разбиваются на случайные фрагменты, которые никогда не обрабатываются одновременно, что делает невозможным восстановление исходной информации по потреблению энергии.
2. Защита от атак на шины: модель нейросети, хранящаяся во внешней памяти, шифруется лёгким криптографическим алгоритмом, а ключ шифрования генерируется непосредственно на чипе с использованием физически неклонируемых функций.
Эти меры безопасности лишь незначительно снижают энергоэффективность и производительность ускорителя, при этом не влияя на точность вычислений.
"Важно изначально проектировать системы с учётом требований безопасности, - говорит ведущий автор Майтрейи Ашок. - Если пытаться добавить даже минимальную защиту уже к готовой системе, это становится непомерно дорого".
Разработанный ускоритель может быть особенно полезен для ресурсоёмких приложений дополненной и виртуальной реальности, а также автономного вождения, где безопасность критически важна.
Хотя внедрение такого ускорителя приведёт к некоторому удорожанию и снижению энергоэффективности устройств, это оправданная цена за обеспечение конфиденциальности пользовательских данных.Дальнейшие исследования будут направлены на поиск методов, которые могли бы ещё больше снизить энергопотребление и размер чипа, сделав его более доступным для массового применения в мобильных устройствах.
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Приложения для мониторинга здоровья, использующие мощные нейросетевые модели, часто сталкиваются с проблемой медленной работы и высокого энергопотребления из-за необходимости постоянно передавать данные между смартфоном и удалённым сервером. Для решения этой проблемы разработчики используют специализированные нейросетевые ускорители, встраиваемые непосредственно в устройства.
Однако такие ускорители уязвимы к атакам, при которых злоумышленники могут похищать конфиденциальную информацию, используя методы побочных каналов и перехвата шин передачи данных.
Исследователи из MIT и лаборатории MIT-IBM Watson AI разработали нейросетевой ускоритель, устойчивый к двум наиболее распространённым типам атак:
1. Защита от атак по побочным каналам: данные в ускорителе разбиваются на случайные фрагменты, которые никогда не обрабатываются одновременно, что делает невозможным восстановление исходной информации по потреблению энергии.
2. Защита от атак на шины: модель нейросети, хранящаяся во внешней памяти, шифруется лёгким криптографическим алгоритмом, а ключ шифрования генерируется непосредственно на чипе с использованием физически неклонируемых функций.
Эти меры безопасности лишь незначительно снижают энергоэффективность и производительность ускорителя, при этом не влияя на точность вычислений.
"Важно изначально проектировать системы с учётом требований безопасности, - говорит ведущий автор Майтрейи Ашок. - Если пытаться добавить даже минимальную защиту уже к готовой системе, это становится непомерно дорого".
Разработанный ускоритель может быть особенно полезен для ресурсоёмких приложений дополненной и виртуальной реальности, а также автономного вождения, где безопасность критически важна.
Хотя внедрение такого ускорителя приведёт к некоторому удорожанию и снижению энергоэффективности устройств, это оправданная цена за обеспечение конфиденциальности пользовательских данных.Дальнейшие исследования будут направлены на поиск методов, которые могли бы ещё больше снизить энергопотребление и размер чипа, сделав его более доступным для массового применения в мобильных устройствах.
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👏3👍1
Революционный охладитель для квантовых технологий: как NIST сократил время и энергию охлаждения до сверхнизких температур
Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) модернизировали стандартный пульсационный трубный холодильник (PTR), который широко используется в научных и промышленных целях для охлаждения материалов до температур, близких к абсолютному нулю.
Традиционные PTR-холодильники очень энергозатратны, потребляя больше электроэнергии, чем любой другой компонент сверхнизкотемпературных экспериментов. Это связано с тем, что они оптимизированы только для работы при конечной температуре 4 кельвина, в то время как процесс охлаждения начинается при комнатной температуре.
Команда NIST во главе с Райаном Снодграссом обнаружила, что при комнатной температуре часть высокого давления гелия сбрасывается через предохранительный клапан, вместо того чтобы использоваться для охлаждения. Изменив механические соединения между компрессором и холодильником, учёные смогли полностью исключить потери гелия.
Кроме того, они разработали систему непрерывной регулировки клапанов, контролирующих поток гелия. Это позволило сократить время охлаждения до сверхнизких температур в 2-4 раза по сравнению с обычными PTR-холодильниками.
Такое ускорение процесса охлаждения имеет важное значение для многих областей, включая квантовые вычисления и другие квантовые исследования, где необходимо поддерживать сверхнизкие температуры.
Быстрый выход на рабочий режим позволит учёным значительно ускорить проведение экспериментов.
Кроме того, модернизированный PTR-холодильник может заменить громоздкие установки более компактными, что сократит необходимую инфраструктуру. По оценкам, эта технология может ежегодно экономить 27 мегаватт электроэнергии, $30 млн на глобальном уровне и достаточно охлаждающей воды для 5000 олимпийских бассейнов.
Таким образом, инновационная разработка NIST открывает новые возможности для развития квантовых технологий, одновременно способствуя повышению энергоэффективности и снижению экологической нагрузки.
Источник:
DOI: 10.1038/s41467-024-47561-5
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) модернизировали стандартный пульсационный трубный холодильник (PTR), который широко используется в научных и промышленных целях для охлаждения материалов до температур, близких к абсолютному нулю.
Традиционные PTR-холодильники очень энергозатратны, потребляя больше электроэнергии, чем любой другой компонент сверхнизкотемпературных экспериментов. Это связано с тем, что они оптимизированы только для работы при конечной температуре 4 кельвина, в то время как процесс охлаждения начинается при комнатной температуре.
Команда NIST во главе с Райаном Снодграссом обнаружила, что при комнатной температуре часть высокого давления гелия сбрасывается через предохранительный клапан, вместо того чтобы использоваться для охлаждения. Изменив механические соединения между компрессором и холодильником, учёные смогли полностью исключить потери гелия.
Кроме того, они разработали систему непрерывной регулировки клапанов, контролирующих поток гелия. Это позволило сократить время охлаждения до сверхнизких температур в 2-4 раза по сравнению с обычными PTR-холодильниками.
Такое ускорение процесса охлаждения имеет важное значение для многих областей, включая квантовые вычисления и другие квантовые исследования, где необходимо поддерживать сверхнизкие температуры.
Быстрый выход на рабочий режим позволит учёным значительно ускорить проведение экспериментов.
Кроме того, модернизированный PTR-холодильник может заменить громоздкие установки более компактными, что сократит необходимую инфраструктуру. По оценкам, эта технология может ежегодно экономить 27 мегаватт электроэнергии, $30 млн на глобальном уровне и достаточно охлаждающей воды для 5000 олимпийских бассейнов.
Таким образом, инновационная разработка NIST открывает новые возможности для развития квантовых технологий, одновременно способствуя повышению энергоэффективности и снижению экологической нагрузки.
Источник:
DOI: 10.1038/s41467-024-47561-5
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍1🔥1
Переработка лопастей ветряных турбин: инновационное решение литовских учёных
Ветроэнергетика становится одним из самых быстрорастущих источников возобновляемой энергии в мире, но при этом возникает серьёзная проблема утилизации отработавших свой срок лопастей ветряных турбин.
Эти лопасти, изготовленные из композитных материалов, таких как стекловолокно или углеволокно, армированные эпоксидной или полиэфирной смолой, практически невозможно переработать традиционными методами. Захоронение на полигонах несёт серьёзные экологические риски.
Группа литовских учёных из Каунасского технологического университета и Литовского энергетического института разработала инновационное решение на основе пиролиза.
В ходе экспериментов исследователи смогли извлечь из лопастей ценные компоненты, такие как стекловолокно, углеволокно и смолы. Особую опасность представляет стирол - основной компонент полиэфирной смолы, который при захоронении может загрязнять почву и грунтовые воды, а также вызывать рак лёгких.
Пиролиз позволил выделить стирол в виде масла, тем самым предотвратив его попадание в окружающую среду. Кроме того, очищенные волокна могут быть использованы в качестве наполнителя для улучшения механических свойств новых композитных материалов.
Оценка жизненного цикла показала, что пиролиз лопастей значительно снижает негативное воздействие на окружающую среду по сравнению с захоронением - на 43-51% в таких показателях, как глобальное потепление, истощение озонового слоя и истощение ископаемых ресурсов.
"Это большое достижение, но нам ещё предстоит решить некоторые экологические проблемы, связанные с последующими процессами очистки и окисления, - отмечает руководитель исследования Сами Юсеф. - Только после этого можно будет двигаться дальше в развитии данной технологии".
Таким образом, инновационный подход литовских учёных к переработке лопастей ветряных турбин с помощью пиролиза открывает перспективы для решения серьёзной экологической проблемы, сопровождающей бурное развитие ветроэнергетики.
Источник:
DOI: 10.1016/j.envres.2023.118016
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
Ветроэнергетика становится одним из самых быстрорастущих источников возобновляемой энергии в мире, но при этом возникает серьёзная проблема утилизации отработавших свой срок лопастей ветряных турбин.
Эти лопасти, изготовленные из композитных материалов, таких как стекловолокно или углеволокно, армированные эпоксидной или полиэфирной смолой, практически невозможно переработать традиционными методами. Захоронение на полигонах несёт серьёзные экологические риски.
Группа литовских учёных из Каунасского технологического университета и Литовского энергетического института разработала инновационное решение на основе пиролиза.
В ходе экспериментов исследователи смогли извлечь из лопастей ценные компоненты, такие как стекловолокно, углеволокно и смолы. Особую опасность представляет стирол - основной компонент полиэфирной смолы, который при захоронении может загрязнять почву и грунтовые воды, а также вызывать рак лёгких.
Пиролиз позволил выделить стирол в виде масла, тем самым предотвратив его попадание в окружающую среду. Кроме того, очищенные волокна могут быть использованы в качестве наполнителя для улучшения механических свойств новых композитных материалов.
Оценка жизненного цикла показала, что пиролиз лопастей значительно снижает негативное воздействие на окружающую среду по сравнению с захоронением - на 43-51% в таких показателях, как глобальное потепление, истощение озонового слоя и истощение ископаемых ресурсов.
"Это большое достижение, но нам ещё предстоит решить некоторые экологические проблемы, связанные с последующими процессами очистки и окисления, - отмечает руководитель исследования Сами Юсеф. - Только после этого можно будет двигаться дальше в развитии данной технологии".
Таким образом, инновационный подход литовских учёных к переработке лопастей ветряных турбин с помощью пиролиза открывает перспективы для решения серьёзной экологической проблемы, сопровождающей бурное развитие ветроэнергетики.
Источник:
DOI: 10.1016/j.envres.2023.118016
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍2
Искусственная нейродегенерация: как учёные моделируют старение ИИ-систем
В отличие от человеческого мозга, качество работы котрого со временем может ухудшаться, большинство ИИ-систем сохраняют или даже улучшают свои способности. Однако группа исследователей из Калифорнийского университета в Ирвине решила изучить, как можно искусственно воспроизвести процессы нейродегенерации в ИИ-агентах.
В своей недавней работе, опубликованной на платформе arXiv, учёные использовали крупные языковые модели (LLM), такие как LLaMA 2, чтобы намеренно "эродировать" их нейронные связи и нейроны. Это привело к контролируемому снижению производительности моделей при прохождении тестов на интеллект.
Исследователи обнаружили, что в результате такой "нейроэрозии" ИИ-системы сначала теряют способность к абстрактному мышлению, затем - математические навыки, и в конечном итоге - языковые умения, не способны связно отвечать на запросы. Этот паттерн деградации оказался схожим с наблюдаемыми у людей при нейродегенеративных заболеваниях.
"Это первое исследование в серии, которая позволит нам лучше понять сложные ИИ-системы, повысить их безопасность и интерпретируемость, - говорит соавтор работы Юй-Дай Цай. - В будущем мы планируем расширить эмуляцию на другие неврологические заболевания и нейроразнообразие".
Хотя учёные не ставили целью точно воспроизвести человеческие болезни мозга, их работа открывает новые возможности для развития ИИ. Искусственная нейродегенерация может помочь выявить критические способности ИИ-систем и разработать методы, использующие наблюдаемые паттерны деградации для решения практических задач.
Таким образом, данное исследование закладывает основу для дальнейшего изучения старения и ухудшения функций ИИ-агентов, что может способствовать созданию более безопасных и надёжных искусственных интеллектуальных систем будущего.
Источник:
DOI: 10.48550/arxiv.2403.10596
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
В отличие от человеческого мозга, качество работы котрого со временем может ухудшаться, большинство ИИ-систем сохраняют или даже улучшают свои способности. Однако группа исследователей из Калифорнийского университета в Ирвине решила изучить, как можно искусственно воспроизвести процессы нейродегенерации в ИИ-агентах.
В своей недавней работе, опубликованной на платформе arXiv, учёные использовали крупные языковые модели (LLM), такие как LLaMA 2, чтобы намеренно "эродировать" их нейронные связи и нейроны. Это привело к контролируемому снижению производительности моделей при прохождении тестов на интеллект.
Исследователи обнаружили, что в результате такой "нейроэрозии" ИИ-системы сначала теряют способность к абстрактному мышлению, затем - математические навыки, и в конечном итоге - языковые умения, не способны связно отвечать на запросы. Этот паттерн деградации оказался схожим с наблюдаемыми у людей при нейродегенеративных заболеваниях.
"Это первое исследование в серии, которая позволит нам лучше понять сложные ИИ-системы, повысить их безопасность и интерпретируемость, - говорит соавтор работы Юй-Дай Цай. - В будущем мы планируем расширить эмуляцию на другие неврологические заболевания и нейроразнообразие".
Хотя учёные не ставили целью точно воспроизвести человеческие болезни мозга, их работа открывает новые возможности для развития ИИ. Искусственная нейродегенерация может помочь выявить критические способности ИИ-систем и разработать методы, использующие наблюдаемые паттерны деградации для решения практических задач.
Таким образом, данное исследование закладывает основу для дальнейшего изучения старения и ухудшения функций ИИ-агентов, что может способствовать созданию более безопасных и надёжных искусственных интеллектуальных систем будущего.
Источник:
DOI: 10.48550/arxiv.2403.10596
=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, Дзен, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!
👍2👏1