Вокруг Науки Техники

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

Добывать уран из морской воды можно в три раза быстрее

Китайские ученые нашли способ эффективного получения сырья для ядерных реакторов из морской воды при помощи электричества. Команда специалистов разработала электрод, способный захватывать уран в процессе электрохимической реакции. Новый метод как минимум в три раза быстрее существующих, вдобавок, не боится примесей, а значит — пригоден для практического применения в промышленных масштабах.

В Китае строится больше АЭС, чем в любой другой стране мира, но запасы урана в стране незначительны, поэтому приходится полагаться на импорт. Возможность получать этот тяжелый металл из океана может иметь огромное значение для независимости КНР и всемирной энергетической структуры в целом, пишет SCMP.

Цифровой прорыв: как искусственный интеллект меняет медийную рекламу
С тех пор как в начале 40-х Энрико Ферми построил первый атомный реактор в Чикаго, уран стал важнейшим элементом для энергетики и других отраслей промышленности. Добывают его в месторождениях, запасы которых не бесконечны. Одним из альтернативных источников урана является океан, в котором, по оценкам ученых, содержится около 4,5 млрд тонн этого элемента — почти в тысячу раз больше, чем в месторождениях.

Однако получить уран из морской воды чрезвычайно сложно ввиду очень низкой концентрации этого элемента — примерно 3,3 части на миллиард — и наличия мешающих ионов в сложной морской среде. Трудоемкость такой задачи можно сравнить с извлечением грамма соли из 300 000 литров пресной воды.

Решением ученых из Северо-восточного педагогического университета в Чанчуне стал электрод, состоящий из углеродного волокна, покрытого двумя мономерами. В результате реакции полимеризации в материале возникли микроскопические неровности и углубления — так называемая пористая ароматическая решетка. Она превращает ионы урана в урановые соединения, а пористая структура волокон помогает улавливать ионы урана.

Новый электрохимический метод получения урана обеспечивает больший объем производства и втрое большую скорость экстракции по сравнению с более традиционным методом физико-химической адсорбции.
Испытания в водах залива Бохайвай Желтого моря показали, что за 24 дня электроды в состоянии извлечь 12,6 мг урана на грамм материала. При этом по прошествии этого срока электрод еще мог продолжать работу. Несмотря на присутствие в соленой воде мешающих ионов металлов, он сохранял стабильность на протяжении нескольких циклов. Ученые объясняют это изменением напряжения в электродах, которое отталкивает несвязанные ионы.

Недавно в Китае запустили первый в мире атомный реактор 4-го поколения. Разработчики утверждают, что в случае внезапного сбоя или внешнего вмешательства реактор АЭС «Шидаовань» не расплавится.

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

Представлен новый телевизор LG TV OLED T с невероятно впечатляющим прозрачным OLED-дисплеем, который может эффектно исчезать и превращаться в мебель, предметы искусства или даже виртуальный аквариум.

[Flanger]

Гарвардские ученые разработали многообещающий анод для литий-металлической батареи, которую можно полностью разряжать и заряжать как минимум 6000 циклов.

Задача защиты анода от опасных дендритов была решена с помощью частиц кремния. Подготовкой технологии, обещающей значимо повысить ресурс аккумуляторов и скорость зарядки, к массовому производству займется компания Adden Energy.

«Литий-металлические батареи считаются священным граалем батарей, поскольку их емкость в десять раз превышает емкость коммерческих графитовых анодов и может существенным образом повысить запас хода электромобилей, — сказал Ли Синь, старший научный сотрудник Школы инженерии и прикладных наук. — Наше исследование — это важный шаг к более практичным твердотельным батареям для промышленного и коммерческого применения».

По словам Ли, главная проблема в создании таких батарей — образование дендритов на поверхности анода. Эти кристаллические структуры врастают в электролит и пробивают барьер между анодом и катодом, вызывая короткое замыкание или возгорание. В процессе движения ионов от катода к аноду во время зарядки поверхность анода покрывается налетом — благоприятной средой для дендритов.

Несколько лет назад Ли и его коллеги предложили защищать батареи от дендритов слоями различных материалов между анодом и катодом. В новом исследовании они добавили в анод микронные частицы кремния, которые ограничивают реакцию литиирования и обеспечивает гомогенное покрытие.

Когда ионы лития движутся от катода к аноду, они соединяются с частицами кремния, но не проникают дальше. Они покрывают эти частицы, как слой шоколада покрывает фундук, пояснил Ли. Все это происходит настолько быстро, что батарею можно зарядить всего за 10 минут. Опытный образец такой пакетной ячейки во время испытаний сохранил 80% емкости после 6000 циклов.
Ли и его коллеги уже запатентовали свою технологию. Ее коммерциализацией займется предприятие Adden Energy, пишет Mining.com.

Заменив дефицитный кобальт на более безопасные и доступные материалы, специалисты из Японии смогли решить ряд проблем современных батарей. Плотность энергии у нового элемента питания на 60% больше, чем у обычных литий-ионных аккумуляторов такого же веса и объема. И при этом он выдерживает беспрецедентные 1000 полных циклов зарядки.

[Flanger]

Авиаконструкторы NASA и оборонного предприятия Lockheed Martin представили экспериментальный сверхзвуковой самолет Х-59, который должен убедить законодателей разрешить полеты быстрее скорости звука над сушей. Самолет сможет разгоняться почти до 1500 км/ч, издавая при этом существенно меньше шума при прохождении звукового барьера.

 

[Flanger]

 

[Flanger]

Ученые создали первый в мире полупроводник из графена

Ученые преодолели ограничение графена и использовали этот материал в качестве рабочего полупроводника на терагерцовых частотах.

Ученые создали первый в мире работающий полупроводник на основе эпитаксиального графена. Он отличается особой кристаллической структурой углерода и обеспечивает большую подвижность, чем кремний. Электроны движутся там с меньшим сопротивлением. 

Транзисторы, изготовленные на основе эпитаксиального графена могут работать на терагерцовых частотах. Это в 10 раз быстрее, чем у кремниевых транзисторов, используемых в современных чипах. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Полупроводники обладают свойствами как проводников, так и изоляторов. В правильном температурном диапазоне электроны движутся через полупроводниковый материал, но только при приложении определенного количества энергии.  

Почти в каждом чипе используется полупроводник, изготовленный из кремния, но материал достигает своих пределов и прогресс замедляется. 

Графен, в отличии от кремния, состоит из одного слоя атомов углерода, плотно связанных в гексагональную решетку. Он лучший проводник, чем кремний. А это значит, что электроны движутся через материал с меньшим сопротивлением.

Несмотря на благоприятные свойства, графен никогда не использовали в электронике из-за отсутствия «запрещенной зоны» — минимального количества энергии, необходимой для перемещения электронов при приложении к ним электрического поля. Именно эта зона позволяет транзисторам включаться и выключаться.

По словам ученых, чтобы функционировать как рабочий транзистор, с графеном необходимо каким-то образом обращаться, но в прошлом это ухудшало его свойства.

Но исследователи решили эту проблему, сплавив графен с карбидом кремния с помощью специальных печей и специального процесса нагрева и охлаждения. Помещая в графен атомы, которые «отдают» электроны системе в процессе легирования, они создали функциональный графеновый полупроводник с «запрещенной зоной».

Это не только первый работающий полупроводник на основе графена, его также можно интегрировать в существующие производственные процессы. Переход от изготовления кремниевых пластин к пластинам из карбида кремния, используемым в эпитаксиальном графене, «вполне возможен», уверены эксперты.

[Flanger]

 

[Flanger]

Инженеры разработали устройство, которое добывает энергию из грязи

Мягкое устройство собирает энергию, вырабатываемую микробами в почве. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies.

Исследователи из Северо-Западного университета в США продемонстрировала новый способ выработки электричество с помощью устройства, погружаемого в «грязь». Мягкий прибор размером с книгу закапывается в почву и собирает энергию, вырабатываемую микробами.

Концепция микробных топливных элементов существует достаточно давно. Они используют бактерии, которые отдают электроны близлежащим проводникам, поедая почву. Основная проблема с практической реализацией этой идеи заключалась в том, чтобы снабжать устройство и бактерии водой и кислородом, пока они закопаны в грязь.

Конструкция почвенного топливного элемента. Изображения: Bill Yen/Northwestern University

Инженеры разработали конструкцию в форме картриджа, расположенного вертикально на горизонтальном диске. Анод из углеродного фетра в форме горизонтального диска находится в нижней части устройства. Он закопан глубоко в почву и может захватывать электроны, пока микробы переваривают грязь. А проводящий металлический катод располагается вертикально поверх анода. 

В предложенной конструкции нижняя часть погружена достаточно глубоко, чтобы иметь доступ к влаге из глубокой почвы, а верхняя находится на одном уровне с поверхностью. По всей длине электрода проходит зазор для свежего воздуха, а защитный колпачок предотвращает попадание грязи и мусора и перекрытие доступа катода к кислороду. Часть катода также покрыта гидроизоляционным материалом, поэтому при затоплении остается гидрофобная часть катода, контактирующая с кислородом, поддерживающая работу топливного элемента.

Топливный элемент до использования и погруженный в почву с бактериями. Изображения: Bill Yen/Northwestern University

В ходе испытаний эта конструкция стабильно работала при различных уровнях влажности почвы: от экстремально влажной до «относительно сухой» — с содержанием воды всего 41% по объему. В среднем этот источник генерировал примерно в 68 раз больше энергии, чем требовалось для работы установленных датчиков для обнаружения влаги и прикосновения, а также для передачи данных через крошечную антенну на ближайшую базовую станцию. 

Устройство можно использовать в качестве экологического источника электричества для датчиков, устанавливаемых на фермах или экологических станциях наблюдения. Энергии не хватит для зарядки смартфона или, тем более, электромобиля, но несколько датчиков будут работать без необходимости регулярно менять батарейки.

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

«Энергия» намерена создать космоплан для полётов на Российскую орбитальную станцию

В ракетно-космической корпорации (РКК) «Энергия» разработали проект многоразового космоплана, который будет использоваться для полётов на Российскую орбитальную станцию (РОС). Проект представил генеральный конструктор РКК «Энергия» Владимир Соловьёв.

Экипаж космоплана будет составлять четыре человека, а его вывод на орбиту будет осуществляться ракетой-носителем среднего класса «Ангара». Корабль представляет собой летательный аппарат с композитным планером типа «несущий корпус» с отклоняемым стреловидным V-образным крылом. Космоплан предназначен для многоразового использования.

Господин Соловьёв перечислил основные преимущества корабля нового типа, в том числе более широкий выбор допустимых районов посадки, уменьшение затрат на поисково-спасательные операции, снижение производственных расходов, поскольку корабль является многоразовым, и снижение перегрузок на участке спуска. Он также будет способствовать развитию космического туризма, поскольку поможет снизить требования к состоянию здоровья.

В 2022 году «Роскосмос» сообщил о планах выйти из проекта МКС и построить национальную космическую станцию — предполагается, что её создание завершится в 2032 году. Первый модуль отправится на орбиту в 2027 году, а космонавты начнут летать на неё с 2028 года.

[Flanger]

[Flanger]

Опубликован проект самого большого в истории электрического самолета

Исследователи утверждают, что предыдущие предположения о самолетах на аккумуляторных батареях были ошибочными.

Концепт E9X, разработанный голландской компанией Elysian, — это самолет с батарейным питанием, который теоретически может пролететь до 800 км на одной зарядке.

Недавно стартап представил проект полностью электрического пассажирского самолета, который вмещает до 90 пассажиров. Компания планирует запустить его в производство в течение следующих 10 лет.

Емкость аккумуляторной батареи самолета составит 360 ватт-часов на килограмм. По данным Inside EVs, стандартная плотность батареи Tesla составляет от 272 до 296 Втч/кг . Благодаря будущим улучшениям инженеры стартапа надеются увеличить дальность полета самолета до 1000 км.

Конструкция E9X и основная технология в его основе, основана на сотрудничестве с сотрудниками Делфтского технологического университета. Они подготовили две статьи с результатами исследования и опубликовали их в журнале Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA).

Первый документ посвящен переосмыслению предположений относительно существующих аккумуляторных технологий. В большинстве публикаций ученые предполагали, что самолеты с аккумуляторными электрическими батареями пригодны только для поездок на короткие расстояния до 400 км с 19 пассажирами на борту. В результате, большую часть реальных усилий инженеры сосредоточили на разработке региональных или междугородних электрических самолетов.

В статье авторы исследования предполагают, что достижения в области аккумуляторных технологий означают, что в крупных самолетах могут размещаться более плотные батареи. Однако соответствие проектным спецификациям невозможно с помощью коммерчески доступных технологий.

Исследователи также утверждают, что самолеты можно спроектировать так, чтобы они стали более аэродинамически эффективными, чем считалось ранее, то есть создавать большую подъемную силу без увеличения сопротивления. Они выполнили расчеты и показали, что существует «пространство проектирования», в котором плотность энергии и аэродинамическая эффективность могут «достигать значительно более высоких значений, чем часто предполагают». 

Во втором документе ученые изложили приблизительные размеры 90-местного самолета E9X, который будет оснащен аккумуляторами, встроенными в крылья, а также складными законцовками крыла. Спроектированный самолет потребляет 167 Втч на пассажиро-километр, то есть для перевозки каждого пассажира на километр требуется 167 Вт. Это соответствует «воздействию на окружающую среду значительно ниже» керосина, экологически чистого авиационного топлива eSAF или альтернатив на основе водорода. Авторы исследования добавили, что влияние на природу сравнимо с воздействием наземных видов транспорта, таких как современные электромобили.

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

"2050.ЛАБ" разрабатывал дизайн новых пассажирских вагонов, в том числе трех вариантов плацкарта, один из которых с местами-капсулами, вагонов для метро Москвы и Санкт-Петербурга, интерьера поездов "Иволга 3.0" и др. Еще одной работой центра стал концепт двухэтажного электропоезда с панорамной крышей AirSCP (от слова Airscape, панорамный вид). Он был сделан несколько лет назад. 

[Flanger]