Как насчёт углубиться в изучение технологий и изобретений настолько глубоко, чтобы можно было разглядеть самые мелкие детали. Имеется в виду самые незначительные из них, о которых громко не говорят и не пишут на главных страницах интернет-изданий. Но которые неумолимо двигают прогресс вперёд в своей массе.
В этом выпуске вы узнаете про преобразование углекислого газа от работы котлов в метан, про печать сложных изделий из вольфрама, про высокоточную эмиссию фотонов, об ионизирующих терагерцовых импульсах и о многом другом. Приятного чтения!
Преобразование CO2 в метан для снижения выбросов от малых систем сжигания
Тенденция на сокращение углеродного следа и сокращения выбросов углерода захватывает всё большие области начинает проникать туда, где, на первый взгляд. от выбросов уж никак не избавиться. Теперь очередь добралась до котлов. Да, та самая древняя как мир технология получения горячего пара. Котлы широко используются в различных отраслях для важных процессов, таких как отопление, производство пара и электроэнергии, что делает их значительными источниками выбросов парниковых газов.
Хотя современные котлы в целом достаточно эффективны, просто улучшение эффективности сгорания не позволяет значительно снизить выбросы CO2. Поэтому исследователи изучают альтернативные подходы к снижению экологического воздействия выбросов CO2 от котлов. Одна из перспективных стратегий заключается в улавливании выбрасываемого CO2 и его преобразовании в полезный продукт. Например, метан! Почему бы и нет?
Для реализации этой стратегии необходим специальный тип мембранного реактора, называемый распределительным мембранным реактором (DMR), который может способствовать специальным химическим реакциям и разделять газы. Хотя DMR используются в некоторых отраслях, их применение для преобразования CO2 в метан, особенно в малых системах, таких как котлы, оставалось относительно неизученным.
Группа исследователей из Японии и Польши, возглавляемая профессором Микихиро Номурой из Технологического института Сибаура в Японии и профессором Гжегожем Брусом из Горно-металлургического университета науки и технологии в Польше, провела численное моделирование и экспериментальные исследования для оптимизации конструкции реактора для эффективного преобразования CO2 из небольших котлов в метан.
Исследователи обнаружили, что распределенная подача газов в реактор, в отличие от традиционных методов, позволяет лучше распределить CO2 по мембране, предотвращая перегрев в отдельных местах. Кроме того, они выявили, что оптимальная концентрация CO2 в смеси составляет около 15%, что соответствует выбросам из котлов, и позволяет получать в 1,5 раза больше метана по сравнению с реактором, работающим только с чистым CO2.
Аддитивное производство дефектосвободных деталей из вольфрама для экстремальных условий
Обычно, когда речь идёт о 3D-печати, все вспоминают про печать пластиком, хотя уже вполне себе освоена печать металлами. Чаще всего это происходит за счёт плавления, что не всегда хорошо и приводит к образованию дефектов в структуре металла. И вот учёным из Национальной лаборатории Ок-Ридж удалось напечатать изделия сложной формы из самого тугоплавкого металла - вольфрама, причем практически без дефектов!
Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди металлов, что делает его идеальным материалом для термоядерных реакторов, где температура плазмы превышает 100 миллионов градусов Цельсия. Однако в чистом виде вольфрам хрупок при комнатной температуре и легко разрушается. Да и плавить его и тем более печатать из него хоть что-то кажется невыполнимой задачей.
Для преодоления этой проблемы исследователи ORNL разработали электронно-лучевой 3D-принтер для послойного осаждения вольфрама в точные трехмерные формы. Эта технология использует направляемый магнитным полем поток частиц в высоковакуумной камере для плавления и связывания металлического порошка в цельнометаллический объект. Вакуумная среда снижает загрязнение посторонними материалами и образование остаточных напряжений.
Контроль эмиссии фотонов с беспрецедентной точностью
Группа ученых из Университета Твенте в Нидерландах разработала устройство, позволяющее контролировать эмиссию фотонов с беспрецедентной точностью. Эта технология может привести к созданию более эффективных миниатюрных источников света, чувствительных датчиков и стабильных кубитов для квантовых вычислений.
Исследователи разработали "MINT-toolbox" - набор инструментов из научных дисциплин математики, информатики, естественных наук и технологий. В этом наборе были передовые химические инструменты, в том числе полимерные щетки - небольшие химические цепочки, которые могут удерживать источники фотонов в определенном месте.
Команде удалось продемонстрировать, что возбужденные источники света ингибируются почти в 50 раз. В этой ситуации источник света остается возбужденным в 50 раз дольше, чем обычно. Спектр очень хорошо соответствует теоретическому, рассчитанному с помощью передовых математических инструментов.
Новые результаты обещают новую эру для эффективных миниатюрных лазеров и источников света, для кубитов в фотонных схемах с сильно уменьшенными возмущениями. Мультиинструментарий ученых открывает возможности для совершенно новых приложений, которые извлекают выгоду из сильно стабилизированных возбужденных состояний, что важно для фотохимии и может привести к созданию чувствительных химических нанодатчиков.
Эффективное использование низкопотенциального теплового излучения с помощью углеродных нанотрубок
В прошлом дайджесте уже была подобная технология, и это не удивительно. Демона Максвелла, конечно, из таких технологий не соорудить, однако сэкономить на потерях тепла можно. Несмотря на то, что в последнее время основное внимание уделяется возобновляемым источникам энергии, таким как ветер и солнечная энергия, тепловые отходы также представляют собой в значительной степени неиспользованный источник энергии.
Исследовательская группа из Университета Окаямы в Японии изучала применение углеродных нанотрубочных (УНТ) нитей в термоэлектрическом преобразовании. Основной проблемой в этой области является отсутствие высокоэффективных УНТ-нитей с проводимостью n-типа (нитей с избытком электронов) для низкопотенциального теплового излучения, в отличие от p-типовых УНТ-нитей (нитей с избытком положительных носителей заряда).
Для решения этой проблемы исследователи разработали новый метод легирования для эффективного производства n-типовых УНТ-нитей, используя в качестве допанта 4-(1,3-диметил-2,3-дигидро-1H-бензимидазол-2-ил)фенил)диметиламин (N-DMBI). После тщательной оптимизации процесса легирования, команда сообщила, что отожженные, n-легированные УНТ-нити достигли очень высоких термоэлектрических коэффициентов мощности в диапазоне температур от 30 до 200°C, а также высокого коэффициента полезного действия.
Создание сверхмощных терагерцовых импульсов для ионизации атомов и молекул
Группа ученых из Кореи и США создала самые мощные в мире терагерцовые импульсы, способные мгновенно ионизировать атомы и молекулы, превращая их в плазму. Это стало возможным благодаря использованию кристалла ниобата лития, который позволил эффективно преобразовывать оптическую энергию в терагерцовое излучение.
Ключевым фактором для эффективного преобразования является согласование фаз (или скоростей) оптического лазерного импульса и генерируемых терагерцовых волн в ниобате лития. Ученые нашли новое условие фазового согласования, что позволило получить терагерцовые волны с частотой около 15 ТГц, которые могут быть сфокусированы в очень малое пятно.
В результате, ученым удалось создать терагерцовые импульсы с рекордными пиковыми значениями электрического и магнитного полей - 260 МВ/см и 87 Т соответственно. Такие сверхсильные терагерцовые поля способны мгновенно ионизировать атомы и молекулы в газовой или твердой среде, превращая их в плазму.
Эти результаты открывают новые возможности для изучения нелинейных эффектов в терагерцовой плазме, а также использования терагерцовых сил для различных приложений, таких как ускорение электронов до релятивистских энергий. Дальнейшее масштабирование мощности терагерцовых источников может привести к созданию сверхсильных (ГВ/см) терагерцовых полей.
Создание высокостабильных проводящих гидрогелевых электронных устройств
Исследователи из нескольких университетов Южной Кореи разработали новый проводящий гидрогель на основе чистого полимера, который может быть использован для создания биосовместимых электронных устройств. Это решает проблему несовместимости традиционных жестких материалов с мягкими биологическими тканями при длительной имплантации.
Ключевым моментом стала разработка методики лазерной микропатернизации гидрогеля, которая позволяет создавать прочные связи между гидрогелем и полимерными подложками. Это устраняет проблему отслаивания гидрогеля в водной среде, характерную для большинства существующих проводящих гидрогелевых проводников.
Предложенный метод обеспечивает высокую удельную электрическую проводимость (более 100 сименс на сантиметр) и разрешение микропаттернов до 5 мкм, сравнимое с фотолитографией, но при этом является более простым и дешевым. Исследователи продемонстрировали высокую адгезию и стабильность гидрогелевых микроэлектродов даже после интенсивной ультразвуковой очистки.
Эти результаты открывают путь к разработке новых биосовместимых электронных устройств для имплантации, которые могут надежно функционировать в организме человека в течение длительного времени. Следующим шагом станет идентификация конкретных клинических приложений для этой технологии.
Генерация реалистичных движений для виртуальных аватаров
Исследователи из Института интеллектуальных систем Общества Макса Планка и Швейцарской высшей технической школы Цюриха разработали новую модель под названием WANDR, которая может генерировать естественные человеческие движения для аватаров. Эта модель объединяет различные источники данных в единую модель, чтобы достичь более реалистичных движений 3D-персонажей.
Основная цель исследования - создать модель, которая будет генерировать реалистичные движения для 3D-аватаров, позволяя им взаимодействовать с виртуальной средой, например, дотягиваться до объектов. Авторы использовали подход на основе обучения по данным, а не метод обучения с подкреплением, чтобы обеспечить более естественные движения.
Модель WANDR обучалась на данных из различных источников, что позволило ей генерировать более естественные движения, позволяющие аватару достигать произвольных целей в его окружении. В отличие от предыдущих работ, WANDR демонстрирует способ обучения адаптивному поведению аватаров на основе данных, что необходимо для приложений в реальном времени, где аватары взаимодействуют с людьми и реальным миром.
В будущем эта модель может помочь в создании нового контента для видеоигр, VR-приложений, анимационных фильмов и развлечений, позволяя персонажам выполнять более реалистичные телодвижения. Авторы планируют в дальнейшем исследовать, как аватары могут использовать большие и неструктурированные наборы данных видео для обучения движениям и взаимодействию с виртуальным миром, а также как они могут исследовать этот мир и учиться на собственном опыте, как это делают люди.
Создание стойких и теплоизолирующих материалов
Исследователи продемонстрировали возможность создания материалов, которые одновременно обладают высокой жесткостью и способностью изолировать тепло. Это необычное сочетание свойств открывает перспективы для широкого круга применений, таких как разработка новых теплоизоляционных покрытий для электронных устройств.
Обычно материалы, которые имеют высокий модуль упругости, также хорошо проводят тепло, например металлы, и наоборот - материалы с низкой жесткостью, как правило, являются хорошими теплоизоляторами, минеральная вата, к примеру. Однако команде ученых удалось найти материалы, которые сочетают в себе высокую жесткость и отличные теплоизолирующие свойства.
Исследователи работали с двумерными гибридными органо-неорганическими перовскитами (2D HOIP). Они обнаружили, что, заменяя некоторые углерод-углеродные цепочки в органических слоях на бензольные кольца, можно контролировать модуль упругости и теплопроводность этих материалов. Чем больше бензольных колец, тем жестче становится материал и тем лучше он изолирует тепло.
Помимо этого, ученые выявили, что введение хиральности (асимметрии) в органические слои 2D HOIP позволяет сохранять неизменными жесткость и теплопроводность даже при значительных изменениях состава органических слоев. Это открывает возможности для оптимизации других характеристик этих материалов без влияния на их механические и теплоизоляционные свойства.
Открытие этих материалов, сочетающих высокую жесткость и теплоизоляционные свойства, имеет большой потенциал для широкого круга применений, таких как новые теплоизоляционные покрытия для электроники. Дальнейшие исследования в этом направлении могут привести к созданию еще более эффективных и функциональных материалов.
__________________________________________________________
Спасибо Вам за чтение, надеюсь Вам понравилась! Ставьте Ваши реакции, пишите комментарии, расскажите, какая новость вас больше всего заинтересовала. Не забывайте подписываться, если вы ещё не подписались, а также поддержите нас на Бусти, там будут эксклюзивные материалы и ранний доступ ко всем регулярным материала и роликам. Заранее спасибо!
