Цитата

 

Учёные открыли пьезоэлектрическую жидкость — она вырабатывает электричество при сжатии

Группа учёных из Университета штата Мичиган доложила о получении жидкости, которая «бросает вызов простым теоретическим объяснениям», поскольку демонстрирует пьезоэлектрические свойства. Материал можно будет использовать в оптических приборах или в «новой области пьезогидравлики».

Пьезоэффект, то есть поляризация диэлектрика при механической деформации, был открыт в 1880 году. Есть также обратный эффект — возникновение механических деформаций в электрическом поле. Обладающие такими свойствами материалы — пьезоэлектрики — сейчас применяются очень широко. Они используются в наручных кварцевых часах, усилителях, трансформаторах и даже зажигалках. Но до настоящего момента это были твёрдые вещества, потому что пьезоэлектрических жидкостей не наблюдалось.

Новое свойство вещества было открыто в ходе изучения двух ионных жидких солей: когда их поместили в цилиндр и начали сжимать поршнем, обе жидкости начали генерировать электричество пропорционально прилагаемой силе, и это, как выразился глава исследовательской группы профессор Гари Бланшар (Gary Blanchard), «шокировало нас до чёртиков». Кроме того, в жидкости был обнаружен эффект «индуцированного градиента свободного заряда», соответствующий обратному пьезоэффекту.

До настоящего момента считалось, что пьезоэлектриками могут быть только материалы с кристаллической структурой, которые отличаются высокой упорядоченностью. Поэтому учёные даже не пытались обнаруживать подобные свойства в жидкостях. Сейчас исследователи пытаются изучить механизмы возникновения пьезоэффекта в жидкостях, а также найти новые вещества из этой группы с более высокой проводимостью, потому что выявленный у этих жидкостей пьезоэффект проявляется «на порядок меньше, чем у кварца».

Авторы исследования уже попробовали использовать своё открытие на практике, поместив жидкости в контейнер в форме линзы — воздействовав на неё электричеством, они смогли изменить фокусное расстояние. Они также отметили, что открытие потребует изменений в теории пьезоэффекта для объяснения экспериментальных наблюдений. Наконец, эти жидкости при промышленном применении обещают быть безвредными для окружающей среды — в отличие от многих твёрдых пьезоэлектриков, они не содержат свинца.

 

 

Цитата

 

Ученые записали «крик» растений, когда они обезвожены и в стрессе

Исследование растений помидоров и табака показало, что они подают ультразвуковые хлопающие сигналы при обезвоживании или физическом повреждении.

Исследование показало, что поврежденные или лишенные воды растения издают «крики», которые слишком высокочастотны для человеческого восприятия. Они похожи на хлопки. При понижении до уровня, воспринимаемого человеческим ухом, эти вызванные стрессом сигналы звучат так, «будто кто-то яростно танцует чечетку на поле из пузырчатой пленки».

Эксперимент показал, что, в среднем здоровые растения издают менее одного хлопка в час, а стрессовые — от 11 до 35, в зависимости от вида и триггера. Растения томата, пострадавшие от засухи, были самыми шумными: некоторые издавали более 40 хлопков в час. Также ученые записали «крики» множества других растений, таких как пшеница (Triticum aestivum), кукуруза (Zea mays) и кактус (Mammillaria spinosissima).

Хотя люди не могут слышать эти ультразвуковые хлопки без технической помощи, различные млекопитающие, насекомые и даже другие растения воспринимают их в дикой природе и реагируяь на них, пишут исследователи. Своим выводами ученые поделились еще в 2019 году в базе данных препринтов bioRxiv, но теперь эта работа прошла рецензирование.

Ученые предполагают, что в будущем люди смогут использовать записывающие устройства и искусственный интеллект (ИИ) для отслеживания сельскохозяйственных культур на наличие признаков обезвоживания или болезней.

Растения, пострадавшие от засухи, подвергаются процессу кавитации, когда пузырьки воздуха образуются и разрушаются в сосудистой ткани растения. В итоге, получается хлопающий звук, который можно обнаружить с помощью записывающих устройств, прикрепленных к растению.

Хотя ученые собрали записи звуков растений, установив микрофоны на расстоянии около 10 см от источника, они предполагают, их могут услышать млекопитающие и насекомые с хорошим слухом на расстоянии от от 3 до 5 м.

 

 

Цитата

 

В августе РЖД планирует представить российский аналог электропоездов "Ласточка".

Пока поезд носит название ЭС104, сообщил журналистам замглавы РЖД Дмитрий Пегов в кулуарах конференции "PRO//Движение.Туризм".

Как следует из фотографии, которую нам предоставил источник, знакомый с планами производителя, российские аналоги поездов "Ласточка" не будут похожи на своих немецких предшественников. Новые аналоги "Ласточек" получат более узкую форму кузова, светодиодные фары и более "острый", технологичный и современный дизайн.

Отечественный аналог электропоезда окраской своей ливрее напоминает птицы, название которой носит. Так нижняя часть кузова имеет красный "воротничок".

Интерьер и технические параметры поезда пока не раскрываются.

 

 

Цитата

 

Пленка для продления срока годности фруктов и овощей на основе яичного белка

      

Ученые из Райсового университета в Хьюстоне разработали новый метод сохранения свежести овощей и фруктов. Вместо химических консервантов и воска они использовали защитную пленку на основе яичного белка. Эта пленка защищает продукты от воздействия кислорода и влаги, что способствует сохранению их свежести и увеличивает срок их годности.

Проект основан на более ранних исследованиях покрытия на яичной основе, которое, как было показано, удваивает срок хранения авокадо, бананов и других фруктов.

По словам исследователей, этот новый метод сохранения свежести может значительно снизить количество продуктов, выбрасываемых людьми каждый год из-за порчи. Снижать действительно есть что, поскольку ежегодно выбрасывается до одной трети продуктов питания, производимых в мире, и примерно 30-40% продуктов питания в США.

Пленка, разработанная исследователями, не только сокращает количество выбрасываемых продуктов, но и уменьшает затраты на производство и транспортировку продуктов, что может положительно сказаться на экологии.

Кроме того, ученые заявили, что эта технология может быть применена не только для овощей и фруктов, но и для других видов продуктов, таких как мясо и рыба.

Несмотря на то, что пленка на основе яичного белка является относительно новой технологией, она уже получила признание в академическом сообществе. Сейчас ученые продолжают исследования и тестируют пленку на различных типах продуктов с целью определить ее эффективность в различных условиях.

 

 

Анодирование

Новый роторно-поршневой двигатель размером с баскетбольный мяч выдает 20 кВт тяги

Американская компания LiquidPiston, производитель роторно-поршневых двигателей, представила свою новейшую разработку — XTS-210, лишенную многих недостатков этого типа ДВС. Этот компактный, двухтактный двигатель с наддувом, работающий на разного вида топливе. По сравнению с современными дизельными аналогами, он меньше и легче почти на 80% при той же производительности.

 

 

Размером примерно с баскетбольный мяч, XTS-210 с рабочим объемом 210 см³ весит 19 кг. Это новейший представитель линейки двигателей X-Engine, лишенный традиционных ограничений роторно-поршневых двигателей в топливной эффективности и типах топлива, пишет New Atlas. Он отличается простой конструкцией всего лишь с двумя подвижными элементами — ротором и поршнем — и выдает 20 кВт (26,8 л. с.) тяги и 29,4 Н*м крутящего момента. Количество оборотов в минуту — 6900, что соответствует потребностям легких электрических летательных аппаратов, на которые и предполагается устанавливать эти двигатели.

Эти показатели превосходят XTS-210 дизельный двигатель Kohler KDW1003 E536A, который примерно в пять раз больше и в четыре раза тяжелее.
Если обычные роторно-поршневые двигатели имеют треугольный ротор внутри корпуса в форме эллипса, то у XTS-210 все наоборот: эллиптический ротор и треугольный корпус. Вместо вытянутой и подвижной камеры сгорания — стационарная и округлая. Такая конструкция обеспечивает высокую степень сжатия и непосредственный впрыск, два ключевых преимущества дизельных двигателей.

Компания собирается наладить коммерческий выпуск XTS-210, получив контракт армии США стоимостью $30 млн. Они будут использоваться в портативных генераторах и БПЛА, а также в отдельном проекте по разработке гибридного электрического летательного аппарата вертикального взлета и посадки. Первые предсерийные образцы должны быть готовы в 2024 году.

«Сейчас фактически нет дизельных двигателей в категории 25 лошадиных сил, которые бы подходили для аэрокосмической и военно-транспортной отрасли, в которых критическое значение имеют размер и масса», — заявил Алек Школьник, глава и сооснователь LiquidPiston.

 

Производство ламп накаливания

В Японском море обнаружили бактерии, «поедающие» нефть

Ученые из Дальневосточного федерального университета нашли в Японском море бактерии, которые способны «поедать» нефть. Их можно будет использовать для очистки водоемов.

Необычные свойства были выявлены у 12 видов бактерий. Они показали высокую способность к деструкции различных соединений нефти даже в условиях низких температур. Сейчас исследователи изучают их геном.

«Мы выявляем гены, ответственные за деградацию различных углеводородов и проверяем, какие нефтепродукты бактерии способны использовать в качестве питания», – рассказала исследовательница Ангелина Медведева.

На основе полученных результатов можно будет разработать эффективные технологии мониторинга нефтяного загрязнения морских вод, а в дальнейшим – и технологии их очистки.

Электродуговая печь 1970 года

Цитата

 

Ученые из России и Южной Кореи разработали наноэкситонный транзистор

Транзисторы, усиливающие электрические сигналы, не совершенны: они теряют тепловую энергию и ограничивают скорость передачи сигнала, что понижает их производительность. Разработка российско-корейской команды — «наноэкситонный транзистор» на основе гетероструктурных полупроводников с экситонами внутри и между слоями — преодолевает ограничения современных транзисторов. С ним обработка огромных объемов данных со скоростью света при минимуме теплопотерь станет реальностью.

Стремительно развивающаяся технология искусственного интеллекта требует все больших объемов данных для обучения моделей. Результаты исследования специалистов из Пхоханского университета науки и технологии под руководством профессора Василия Кравцова из Университета ИТМО открывают возможность появления оптического компьютера, который поможет в обработке огромного количества информации.

Экситоны — квазичастицы, отвечающие за эмиссию света в полупроводниках. Они считаются ключевым компонентом в разработке светоизлучающих элементов нового поколения, которые благодаря возможности свободного обмена между светом и веществом в электрически нейтральном состоянии будут вырабатывать меньше тепла и станут источниками света для квантовых информационных технологий. Существует два типа экситонов в полупроводниковой двухслойной гетероструктуре, состоящей из двух различных монослоев полупроводников: внутрислойные экситоны с горизонтальной ориентацией и межслойные экситоны с вертикальной ориентацией.

Оптические сигналы, которые излучают два типа экситона, обладают различными физическими свойствами. Это значит, что выборочный контроль двух оптических сигналов позволяет разработать двухбитный экситонный транзистор. Однако до сих пор было трудно контролировать внутри- и межслойные экситоны в наноразмерном пространстве из-за негомогенности полупроводниковых гетероструктур и низкой световой эффективности в межслойных экситонах вдобавок к дифракционному пределу света.

В предыдущем исследовании команда ученых предложила технологию контроля экситонов в наноразмерном пространстве, пишет EurekAlert. Новая работа описывает возможность дистанционного контроля над плотностью и светимостью экситонов без физического контакта с экситонами.
Наиболее существенное преимущество этого метода, сочетающего фотонный нанорезонатор с пространственным модулятором света, в минимизации физического ущерба материалу полупроводника. Вдобавок, наноэкситонный транзистор может использоваться для обработки огромных объемов данных со скоростью света, при минимизации теплопотери.

Молекулы нашего тела находятся в постоянном общении друг с другом. Некоторые из них могут рассказать нам важную информацию о состоянии здоровья организма, об эффективности терапии или о ходе инфекции. Если бы мы могли распознавать эти сигналы в реальном времени, то у нас появилась бы возможность быстрее диагностировать заболевания. Новая технология транзисторов, созданная в США, открывает возможность создания как раз таких медицинских имплантов.

 

 

Цитата

 

Натуральное средство из целлюлозы делает человека невидимым для комаров

Комары являются причиной примерно 350 миллионов заболеваний у людей ежегодно, и это число будет увеличиваться по мере изменения климата. Чтобы найти решение этой проблемы, ученые использовали легкодоступную природную молекулу, целлюлозу, и создали продукт, который сократил количество укусов на 80%. Нанокристаллы целлюлозы наносились в виде прозрачного спрея или геля, образуя на коже «химический камуфляж».

Большое количество дешевой целлюлозы получают из отходов деревообрабатывающей промышленности, а также пищевых и бумажных отходов. Ученые собрали ее в нанокристаллы, обработав серной кислотой. Нанокристаллы целлюлозы образуют прочную, но прозрачную барьерную пленку. При смешивании с водой и небольшим количеством глицерина их можно наносить на кожу в виде спрея или геля, блокируя способность комара прокусить ее.

Во время испытаний участники исследования выставили свои руки, обработанные нанокристаллами целлюлозы, на 10 минут в закрытую клетку с 15 самками комаров Aedes aegypti. Тонкая пленка действовала как химический камуфляж. Количество укусов оказалось на 80% меньше по сравнению с аналогичным экспериментом, но без барьера из биоматериала.

Когда покрытие нанокристаллами целлюлозы наносили на фильтровальную бумагу и подвергали воздействию насекомых, также блокировалось прохождение паров гидроксида аммония — аттрактанта комаров, который притягивает насекомых к потенциальной жертве. Если человек нанесет гель из целлюлозы на себя, комар его просто не почует.

Эффективный барьер, который образуют нанокристаллы целлюлозы, разрабатывался для широкого спектра «зеленых» применений — в звукоизоляции, удалении красителей с текстиля, создании прочных связующих материалов, например, суперклея, и прочных композитных материалов.

Взрослым самкам комаров для производства яиц нужна кровь людей или животных, поэтому сокращение этого источника пищи, особенно в густонаселенных районах, позволит контролировать численность насекомых. Широко распространенные виды комаров переносят более 22 серьезных арбовирусов — лихорадку денге, чикунгунья, вирус Зика, японский энцефалит, лихорадку Рифт-Валли, желтую лихорадку и вирусы Западного Нила.

Предварительная стадия исследования показывает перспективы разработки дешевых, натуральных соединений, которые могли бы блокировать выделение химических веществ с кожи, привлекающих самок комаров (самцы не кусаются). Экологичный, недорогой и масштабируемый метод может стать решением для регионов мира с повышенной влажностью, где особенно много комаров.

 

 

Самая холодная жидкость в мире - жидкий гелий. В этом состоянии, гелий преобретает сверхтекучесть. В момент когда температура отпускается до -271 С, гелий начинает вытекать из сосуда через дно. В данном случае днище сосуда имеет поры в 1 микрон (одна тысячная миллиметра).

Разработан транзистор из германия и олова для замены кремниевых полупроводников

Инженеры разработали транзистор из сплава германия и олова, совместимый с современным производством микросхем, для преодоления ограничения на масштабирование кремниевых устройств.

Немецкие инженеры из Юлихского исследовательского центра разработали транзистор нового типа из сплава германия и олова. Носители заряда движутся в этом материале быстрее, чем в кремнии или германии, что позволяет устройству работать при более низких напряжениях. Технологию предлагают использовать для создания маломощных высокопроизводительных чипов.

Уже некоторое время исследователи по всему миру ищут замену кремнию, основному материалу, используемому в полупроводниковой промышленности. Часть работ сосредоточена на использовании в качестве нового материала германия. Электроны в таком материале движутся быстрее, чем в кремнии.

Немецкие ученые нашли способ еще больше оптимизировать электронные свойства материала. Для этого они включили атомы олова в кристаллическую решетку германия. В экспериментах транзистор из этого сплава показал подвижность электронов в 2,5 раза выше, чем у аналогичного устройства из чистого германия.

Снимки транзистора из германия и олова под электронным микроскопом: структура повторяет геометрию трехмерной нанопроволоки, используемой в компьютерных процессорах последнего поколения. Изображение: Forschungszentrum Jülich

Еще одним преимуществом нового сплава материала является то, что он совместим с существующим КМОП-процессом изготовления микросхем. Германий и олово относятся к той же основной группе периодической таблицы, что и кремний. Поэтому транзисторы из этого сплава можно интегрировать в обычные кремниевые микросхемы на существующих производственных линиях, отмечают инженеры.

Кремниевая микроэлектроника приближается к пределу возможностей: количество транзисторов на кристалле удваивалось примерно каждые два года и дальнейшее масштабирование ограничено физическими возможностями. Альтернативный полупроводник, в котором носители заряда движутся быстрее, позволит создавать более крупные устройства с теми же свойствами. В случае успешного масштабирования технологии производства транзистор из германия и олова может стать такой альтернативой.

Ранее «Хайтек» рассказывал о самых популярных полупроводниках, используемых сейчас, и о тех, которые разрабатываются им на смену.

В России созданы самые эффективные перовскитные солнечные элементы — их КПД достигает 36,1 %

В новой статье в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells учёные НИТУ МИСИС представили промышленные прототипы перовскитных солнечных элементов с рекордным КПД при разном сочетании цветов света — 36,1 %. Это позволит с одинаковой средней эффективностью вырабатывать электричество как от Солнца, так и от любых искусственных источников света. Технология готова к промышленному внедрению и ждёт своего заказчика.

Подчеркнём, уникальность предложенного решения в способности вырабатывать электричество с максимальной эффективностью при произвольном сочетании цветов в спектре. Это может быть ранее утро, слепящий полдень или закатные лучи. Также новому элементу без разницы, какие лампы светят в помещении: светодиодные или люминесцентные — во всех случаях его КПД будет, возможно, не рекордным, но определённо выше, чем у аналогов.

Исследователи из Университета науки и технологий МИСИС изготовили прототип перовскитного солнечного элемента с повышенным содержание брома, который оказался в 2,5 раза эффективнее кремния в условиях разного сочетании цветов света. При «тёплом» освещении созданный учёными материал показал максимальный возможный на данный момент коэффициент полезного действия (КПД) для перовскитной фотовольтаики — 36,1 %.

  
«Перовскит с повышенным содержанием брома крайне эффективно преобразует цвета различных цветовых температур в электроэнергию при так называемом горячем освещении (1700 Кельвин). Бром, в данном случае, помогает сдвигать край спектра поглощения в область высокоэнергетических фотонов», — рассказала соавтор работы, инженер лаборатории Перспективной солнечной энергетики Университета МИСИС Нигина Талбанова.

Основной точкой приложения новой разработки исследователи считают выработку электроэнергии в помещениях. Там спектр всегда случайный и разноплановый. Датчики для «умного» дома вполне подходят для оснащения подобными фотоэлементами. К тому же, перовскит легко наносится на гибкую основу, включая пластик. И самое главное, разработка готова к промышленному масштабированию. С научными прорывами такое бывает довольно редко.

Для хранения данных на ДНК предложены крошечные капсулы — это снизит уровень ошибок и защитит от потерь информации

Природа придумала поразительное по плотности хранения данных решение — ДНК. Всю информацию из интернета, включая бесконечные фотографии котиков, можно записать на ДНК в объёме коробки для котика средних размеров. Учёные давно пытаются повторить этот трюк и у них даже есть успехи.

Используя для кодирования данных на ДНК только четыре природных азотистых основания в объёме коробки для обуви можно записать 215 Пбайт данных. Но если синтезировать искусственные азотистые основания и довести их до 11 базовых кодов, то объём хранимых в «коробке» данных можно удвоить! При должном подходе эта информация может храниться миллионы лет в отличие от данных на жёстких дисках и SSD. Когда-нибудь это произойдёт, но пока исследователи решают ряд связанных с записью на ДНК проблем, в частности, это проблема разрушения данных при многократном обращении к ним и, как следствие, нарастание ошибок и потеря данных.

В новой статье в журнале Nature группа исследователей предложила интересную методику защиты и маркировки информационного ДНК-носителя, которая защищает носитель от разрушения в процессе чтения, а также облегчает сортировку ДНК-файлов и ведёт к созданию роботизированных библиотек.

Сегодня в базовом процессе работы с записанной на ДНК информацией всё происходит следующим образом: в «суп» из ДНК-носителей подаётся затравка — праймер — которая запускает реакцию ПЦР (полимеразная цепная реакция) с реплицированием нужного «файла». Каждый «файл» — это записанная нить ДНК, помеченная определённым образом, и праймер цепляется к ней и запускает процесс тиражирования. Современным инструментам по расшифровке ДНК нужны миллионы одинаковых последовательностей, чтобы надёжно расшифровать один «файл». Каждое такое «чтение» вносит ошибки и, в конечном итоге, разрушает информацию. Наконец, становится трудно работать с несколькими «файлами» одновременно.

Чтобы избежать всего этого учёные придумали заключать файл-ДНК в полимерную капсулу, но не просто так, а только при нагреве до температуры выше 50 °C. Процесс ПЦР запускается при меньшей температуре, затем при нагреве исходный «файл» прячется в капсулу и дальше всё идёт без него. Это позволяет защитить исходные данные в процессе чтения (реплицирования), а также даёт возможность присвоить каждому «файлу» свою метку — в данном случае это флюоресценция разных оттенков.

Свечение даёт возможность роботизировать каталогизацию и последующий отбор файлов — это путь к созданию библиотек. Для чтения реплицированных ДНК систему достаточно остудить и выделить из неё всё, что воспроизвелось в процессе ПЦР. Исходный ДНК-носитель в таком случае остаётся незатронутым в процесс ПЦР и не вносит в свою структуру ошибки, а цветовая метка, по которой его можно сортировать, остаётся при нём.

Микрокапсулы с ДНК, помеченные флюоресцирующими метками, под микроскопом. Источник изображения: Tom de Greef

По словам исследователей, предложенная методика позволяет считывать до 25 файлов одновременно, и теряет только 0,3 % файла после трёх считываний, а не 35 %, как при использовании существующих методов.

«Теперь остается только ждать, когда стоимость синтеза ДНК снизится еще больше, — сказал Том де Гриф (Tom de Greef), ведущий автор исследования. — Тогда техника будет готова к применению».