Вокруг Науки Техники

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

Производство ламп накаливания

[Flanger]

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.

[Flanger]

[Flanger]

Электродуговая печь 1970 года

[Flanger]

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.

 

 

[Flanger]

[Flanger]

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.

 

 

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

Ученые нашли грибы, которые разрушают пластик за 140 дней

Ученые нашли два штамма грибов, которые разрушают полипропилен за 140 дней. Он используется для изготовления крышек для бутылок и пищевых контейнеров и составляет до трети всех пластиковых отходов в мире.

Aspergillus terreus и Engyodontium album питались пластиком в лабораторных экспериментах. Исследователи сообщают, что от 25% до 27% образцов были съедены через 90 дней, а через 140 дней пластик разложился полностью.

На сегодняшний день обнаружено, что более 400 микроорганизмов естественным образом разлагают пластик, причем грибы выделяются своей универсальностью и способностью разлагать разные виды синтетических материалов.

Ученые рассчитывают, что их метод можно будет масштабировать и оптимизировать для работы в промышленных масштабах. Однако он не заменит усилия по сокращению пластиковых отходов.

[Flanger]

[Flanger]

Крупнейший в мире производитель аккумуляторов китайская корпорация CATL объявила  о новом революционном “конденсированном” аккумуляторе мощностью 500 Вт/ч/кг, который будет запущен в серийное производство уже в этом году.

"Запуск конденсированных аккумуляторов откроет эру всеобщей электрификации морского, наземного и воздушного транспорта, откроет больше возможностей для развития отрасли и будет способствовать достижению глобальных целей в области углеродной нейтральности на более ранней стадии", - говорится в сообщении компании.

Новая конденсированная батарея CATL будет иметь почти вдвое большую энергоемкость, чем 4680 элементов Tesla, мощность которых составляет 272-296 Вт/ч/кг, что по современным стандартам считается очень высоким показателем.

Главный научный сотрудник CATL Ву Кай сообщил, что конденсированная батарея объединяет ряд инновационных технологий, включая катодные материалы со сверхвысокой плотностью энергии, инновационные анодные материалы, сепараторы и производственные процессы, обеспечивая превосходные характеристики заряда и разряда, а также отличную безопасность.

[Flanger]

В Китае разработан литиевый аккумулятор с рекордной плотностью хранения энергии — более 700 Вт·ч/кг

Учёные из Института физики Китайской академии наук в Пекине сообщили о создании литиевого аккумулятора типа «мешочек» с рекордной плотностью энергии — свыше 700 Вт·ч/кг. Также поставлен рекорд в объёмной плотности энергии, который составляет 1653,65 Вт·ч/л. Оба показателя вдвое превышают возможности современных коммерческих литиевых батарей, но быстрого появления в продаже новинок учёные не обещают — количество рабочих циклов у них низкое.

Прогресс в разработке литиевых аккумуляторов (новый рекорд обозначен звёздочкой). Источник изображения: B Wang

Нелишне вспомнить, что несколько дней назад китайская компания CATL сообщила о разработке литиевого аккумулятора с плотностью энергии 500 Вт·ч/кг. Очевидно, что это перспективный продукт, который появится на рынке не сегодня и не завтра. Аккумуляторы с ещё большей плотностью — это следующая и ещё более отдалённая ступенька, но она обозначена и достижима. Подобные ёмкости дадут преимущество не только электромобилям, но также подтолкнут вперёд электрическую авиацию, где прогресс продолжает топтаться на месте.

Проблема современных технологий производства литиевых аккумуляторов в том, что они дошли до своего технологического предела. Катоды на основе LiFePO4, LiCoO2 или LiNixMnyCozO2 (так называемого интеркаляционного типа), а также аноды на основе графита по плотности энергии приблизились к своему верхнему пределу.

В новой работе китайские физики рассказали об изготовлении практичных литиевых аккумуляторов типа «мешочек» на базе сверхтонкого катода Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 и анода из металлического лития. За счёт богатых литием оксидов на основе марганца обеспечивается высокое напряжение заряда-разряда и повышенная ёмкость аккумулятора. В экспериментах была достигнута ёмкость 711,3 Вт·ч/кг, что является сегодня абсолютным рекордом в этой области.

В то же время исследователи не удовлетворены количеством рабочих циклов новой батареи — оно было ощутимо ниже коммерческих образцов. Над улучшением этого и других параметров батареи ещё предстоит много работы, признаются учёные. Во главу угла, что правильно, они ставят безопасность работы новых батарей, а потом уже всё остальное, в том числе повышенную ёмкость.

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

В генах людей обнаружен скрытый механизм восстановления РНК

Молекулы рибонуклеиновых кислот (РНК) присутствуют в клетках всех живых существ и выполняют множество важных задач. Иногда, чтобы восстановиться после повреждений, им требуется химическая модификация. Один из таких процессов — трехэтапное лигирование или соединение двух цепочек РНК. Эту реакцию запускают специальные ферменты, РНК-лигазы, и она присутствует во всех формах жизни, от вирусов до растений. Однако у позвоночных эти лигазы до сих пор не были обнаружены. Междисциплинарная команда ученых из Германии открыла первую человеческую РНК-лигазу — белок C12orf29. Он защищает этот фермент от клеточного стресса.

«Мы обнаружили C12orf29 во время тщательного изучения клеток человеческой легочной карциномы и почек, когда искали белки с опрееленными химическими сигнатурами. Для этого мы использовали новые химические инструменты. Белок привлек наше внимание, потому что прежде не было понятно, какова его функция», — пояснил Андреас Маркс, профессор органической химии из Университета Констанца.

«Если ИИ — это мозг робота, то RPA — его руки». Что умеют программные роботы

Затем ученые разработали и применили различные протоколы очистки и прогнозирования структуры неизученного белка и провели эксперименты, чтобы установить их химическую функцию, пишет Phys.org. В результате они смогли установить то, что изначально было лишь резонным подозрением: C12orf29 связывает цепочки РНК при помощи аденозинтрифосфата (АТФ).

Исследователи сумели показать в подробностях, что этот процесс следует характерной, трехчастной закономерности, известной по другим РНК-лигазам других форм жизни. Для того чтобы больше узнать о функции C12orf29 на клеточном уровне, они сделали еще один шаг — использовали генетические ножницы CRISPR-Cas для создания линии клеток почек человека, в которых генное кодирование C12orf29 было отключено. И смогли сравнить отключенные клетки с нормальными в различных условиях.

В частности, они воздействовали на клетки менадионом, синтетическим аналогом витамина К3, и заметили четкую разницу между отключенными клетками и клетками с рабочей РНК-лигазой: относительно небольшой концентрации менадиона было достаточно, чтобы повредить отключенные клетки.

Поскольку менадион вызывает окислительный стресс, исследователи сделали вывод, что C12orf29 защищает от него клетки.

В прошлом году ученые нашли токсин, который используют одни бактерии для уничтожения других. Самое удивительно в этом открытии заключается в том, что токсин напрямую нацеливается на молекулы РНК, что может обеспечить тотальное уничтожение клетки. Теперь планируется использовать этот механизм для разработки антибиотиков нового поколения.

[Flanger]

[Flanger]

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).

[Flanger]

[Flanger]

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.

[Flanger]

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.

[Flanger]

[Flanger]

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».

[Flanger]

Ученые обнаружили микробы, способные переваривать пластик при низких температурах

Ученые нашли в Альпах и Арктике микробы, которые могут переваривать пластик при низких температурах — 15°C. Это позволит сделать новый шаг в переработке отходов.

Микроорганизмы, питающиеся пластиком, уже известны, но обычно они работают только при температуре выше 30°С. Из-за этого их слишком дорого использовать в промышленных масштабах.

Чтобы найти новые микробы, ученые взяли образцы 19 штаммов бактерий и 15 грибков, которые выросли на пластике, пролежавшем в земле в течение одного года в Гренландии, на Шпицбергене и в Швейцарии.

Результаты показали, что микроорганизмы способны перерабатывать полиэтилен и полиэфир-полиуретан, а также некоторые другие виды пластика.

[Flanger]

Первый известный паровой двигатель (прототип паровой турбины), созданный греческим математиком и изобретателем Героном Александрийским в I веке. н. э. ...

[Flanger]

[Flanger]

Новую технологию использования борщевика начнут применять в Подмосковье. Из опасного сорняка будут изготавливать стройматериалы.

Борщевик Сосновского придает стройматериалам звуко- и теплоизоляционные свойства. При этом себестоимость их изготовления небольшая. Как рассказал заместитель председателя правительства Подмосковья Георгий Филимонов, массовое производство строительной смеси из борщевика будет дешевле традиционных аналогов.

«Таким образом, применение борщевика Сосновского в строительной индустрии позволит сделать более доступными материалы для малоэтажного строительства», — добавил он.

Технологию разработали в Национальном исследовательском Московском государственном строительном университете под руководством доцента кафедры строительного материаловедения Михаила Бруяко.

«Используя предварительно модифицированный борщевик и модифицированное гипсовое вяжущее, можно получать изделия различного назначения: тепло- и шумоизоляционные материалы, а также декоративные», — объяснил он.

Так, борщевик будут применять при производстве стеновых блоков для возведения перегородок и потолочных акустических панелей.

Борщевик — это доступное сырье, с одного гектара земли можно получить до 200 тонн растения, 15% которых пригодны для изготовления стройматериалов. Из него также можно получать биотопливо, лекарства, сахар и многое другое.

Сорняк растет на площади 40 тысяч гектаров, он быстро распространяется и опасен для человека. В этом году от него обработают более 20 тысяч гектаров земли.

[Flanger]