НТИ февраль 2011 Ч.1 Прогнозы, Экология, Энергия, Новые материалы

 

Уважаемые коллеги, читатели «Методолога»!
  
Новый Год позади, и февральский обзор научно-технических новостей не так сильно насыщен информацией о юбилеях, итогах и прогнозах. Но совсем без прогнозов жить неинтересно. Поэтому начнем именно с них.
«Компания Frost & Sullivan распознала мегатенденции — катализаторы будущего роста химической отрасли» - пишет 31 января www.nanonewsnet.ru . «Тектонические сдвиги в мировой экономике, политике, культуре и климате, а также их сочетание привели к возникновению глобальных мегатенденций. Эти тенденции скрывают в себе возможности для компаний всех размеров, как из сектора химической промышленности, как и других отраслей. Многие стратегии, которые сейчас разрабатываются ведущими мировыми химическими компаниями, основаны как раз на понимании глобальных мегатенденций. Мегатенденции – это глобальные макроэкономические силы, которые оказывают влияние на бизнес, экономику, общественное развитие, тем самым формируя будущее нашего мира и способствуя ускорению темпов перемен. Уникальное исследование, проводимое в данный момент консалтинговой компанией Frost & Sullivan, ставит своей целью распознать, описать и оценить мегатенденции, а также последствия их влияния на целый спектр отраслей и рынков, включая химическую промышленность и сектор производства материалов. Мегатенденции будут оказывать огромное воздействие на будущее направление развития химпрома и производства материалов, отмечают аналитики Frost & Sullivan. Например, рост мегаполисов будет стимулировать рост производства химических материалов, таких как стекло с дополнительным звукоизолирующим эффектом; а также многих других материалов, например, различных видов пластика и клея, которые делают возможным производство более компактных бытовых приборов. В долгосрочной перспективе продолжающаяся урбанизация в развитых странах приведет к возникновению спроса на большее количество материалов, используемых в строительстве экологичных зданий, например, красок, нейтрализующих запах. Аналогично социально-ориентированные тенденции, в частности потребность в более экологичных решениях, станут основным фактором, влияющим на будущий спрос на материалы, утверждают аналитики Frost & Sullivan. По их мнению, формирование запасов сырья, хранящегося на заводах и пришедшего на смену сырой нефти, будет наиболее важным направлением развития химического производства до 2020 года, чему отчасти будет способствовать особый потребительский спрос, формирующийся под воздействием принципов социальной ответственности. Социальная обеспокоенность, направленная на производство износостойких и возобновляемых материалов, будет способствовать развитию биотоплива второго поколения, произведенного на основе водорослей. Таким образом, будет снят вопрос конкуренции в сегменте выращивания продовольственных зерновых культур. В производстве товаров, предназначенных для современной и будущей жизни (так называемого “поколения Y”), используется широкий спектр инновационных химических материалов, замечают аналитики. В их число входят такие структурные материалы, как конструкционная пластмасса, применяемая в изготовлении компактных многофункциональных конвергентных устройств, например смартфонов, композитные материалы для производства более легкого и одновременно крепкого спортивного оборудования, а также экологичные материалы для биологической, перерабатываемой, подлежащей повторному использованию и легко разлагающейся в органической среде упаковки. Типы материалов, которые окажутся в авангарде будущего благодаря влиянию мегатенденций, включают в себя наноматериалы, “умные” материалы и экологически безвредные/возобновляемые материалы, а также органическую электронику, биотехнологии, углеродное волокно и искусственно произведенные природные волокна. Их все более широкое использование, в свою очередь, окажет воздействие на производство целого спектра химических материалов. Например, возвышение нанотехнологии играет определенную роль в изготовлении пластмасс, красок, косметики и многих других товаров. Аналогично, укрепление позиций органической электроники подчеркнет привлекательность полимерных материалов, включая электропроводку и полупроводники, используемые в производстве огромного количества устройств, таких как одежда со встроенной электроникой, электронная бумага и обои, которые также способны излучать свет».
 
В разделе ЭКОЛОГИЯ  в этом обзоре сиротливо расположилась одна заметка. «Металлические сети помогут японцам ловить космический мусор», сообщает 1 февраля www.strf.ru. «Японское космическое агентство JAXA займется чисткой орбиты Земли при помощи гигантских металлических сетей. В настоящее время агентство заключило контракт с компанией Nitto Seimo, одним из крупнейших производителей рыболовных сетей Японии. Сообщается, что эта компания последние 6 лет работала над технологией плетения металлических сетей. В качестве материала ученые компании использовали посеребренные металлические нити. Планируется, что сеть с линейными размерами в несколько километров будет выводиться на орбиту на борту специального спутника. Там она будет разворачиваться при помощи установленного на аппарате манипулятора. После того, как сеть наберет достаточно мусора, она будет отсоединяться. Взаимодействие с магнитным полем Земли приведет к тому, что сеть вместе с собранными обломками космических аппаратов со временем войдет в плотные слои атмосферы. Во время падения сеть сгорит вместе с мусором. В настоящее время проблема космического мусора является актуальной для всех государств, космические аппараты которых работают на орбите. Объединенное стратегическое командование США наблюдает за более чем 19 тысячами фрагментов космического мусора. Расчеты показывают, однако, что в настоящее время на орбите может быть до 600 тысяч объектов размером свыше одного сантиметра».
 
Раздел ЭНЕРГИЯ в этом обзоре представляют двигатели. «Новый тепловой двигатель хвастается минимумом подвижных частей», пишет 8 февраля www.membrana.ru. «В стране кленового листа появился генератор, КПД которого, теоретически, может достичь эффективности, как у топливных элементов при стоимости, как у ДВС. Новинка — детище компании Etalim. Как и в давнем проекте британской звуковой печи, в канадском устройстве тепловая энергия сначала преобразуется в мощные акустические колебания, а уже те — в движение и далее в электричество. Фактически перед нами разновидность термоакустических двигателей (thermoacousticengine). Над ними в последние годы работают учёные и инженеры в разных компаниях и университетах. В основе канадского аппарата — герметичная полость, в которой под давлением находится гелий. В ней же расположена колеблющаяся металлическая пластина, а под ней — упругая металлическая диафрагма, связанная с валом. При нагреве газа с верхней стороны пластины в нём возникают звуковые волны, вызывающие движение диафрагмы. Та, в свою очередь, толкает вал, соединённый с электрическим генератором. «Одно колебание пластины вызывает сдвиг вала всего на 0,2 миллиметра, но система способна совершать 500 циклов в секунду», —сообщает Technology Review. По процессам, происходящим в замкнутой системе с рабочим телом, термоакустические двигатели родственны куда более известным стирлингам (некоторые даже считают первые экзотическим подвидом вторых). Но у стирлингов есть серьёзный недостаток: для получения больших мощности и КПД нужно повышать давление в системе и температуру нагревателя, что приводит к необходимости применения дорогих и сложных уплотнений цилиндра, а также прецизионного изготовления подвижных частей (поршней). В агрегате от Etalim трущихся деталей практически нет, как и быстро изнашивающихся уплотнений. Что до КПД, то в первом прототипе авторы использовали слабый нагрев горячей части аппарата, а потому получили эффективность всего в 10%. Но второй образец, который должен быть представлен весной нынешнего года, по уверению фирмы, покажет КПД в 20-30% при температуре «печки» в 500 градусов по Цельсию. Появление коммерческой модели (в роли домашнего генератора) ожидается в 2012 году. Канадцы пишут о расчётном КПД в 40% при рабочей температуре 700 °C. Ориентировочная цена устройства составит один доллар за ватт выходной мощности. В дальнейшем Etalim намерена снизить стоимость тепловой машины до 15 центов за ватт, что позволит «термоакустике» соревноваться с генераторами на базе ДВС. В отдалённой перспективе авторы конструкции намерены добиться повышения эффективности установки до 50%. Но это уже потребует применения керамики, поскольку температуру горячей части двигателя нужно будет нарастить до тысячи градусов».
«Топливные ячейки заработали на армейском топливе», сообщает 8 февраля www.nanonewsnet.ru. «Американские военные получили первый образец топливного элемента, работающего на стандартном нефтяном топливе. Министерство обороны США имеет около 100 тыс. электрогенераторов, развернутых по всему миру. Они питают освещение, кондиционеры, компьютеры, средства связи, медицинское оборудование и т.д. Эта армия бензиновых и дизельных двигателей потребляет огромное количество топлива, загрязняет воздух и демаскирует подразделения шумом и теплом. К сожалению, полный и быстрый переход на солнечную, ветровую энергию или на водородное топливо вряд ли возможен, поэтому военные делают ставку на топливные элементы, способные более эффективно преобразовывать дорогое нефтяное топливо в электричество. В отличие от двигателей внутреннего сгорания, топливные элементы используют для производства электроэнергии химическую реакцию и сокращают потребление горючего на 50–66%. Надо отметить, что цена топливных ячеек военных беспокоит гораздо меньше, чем, например, представителей «гражданского» автопрома. Все потому, что только доставка топлива в такие отдаленные уголки мира, как Афганистан, делает практически любые методы экономии горючего выгодными. Однако долгое время характеристики армейского топлива JP-8 (им заправляют военные дизель-генераторы), в частности сильное коррозионное воздействие серы, затрудняло создание надежных топливных элементов. Похоже, технология, созданная американской компанией Technology Management Inc. (TMI) решает эту проблему. Топливные ячейки AnywherEnergy могут потреблять стандартное топливо и прототипы генератора уже демонстрируют 1000 часов наработки на необработанном военном горючем JP-8. В настоящее время это рекорд продолжительности работы топливных ячеек на топливе такого качества. Военные выделили 1,7 млн долл. на продолжение работы над этой технологией и надеются получить серийный образец как можно скорее. Прототип TMI представляет собой перспективный источник энергии, способный обеспечивать потребителя электроэнергией 24 часа в сутки 7 дней в неделю. Готовый продукт будет доступен для военных и коммерческих потребителей в течение трех лет. Новый генератор может работать параллельно с коммунальными сетями или независимо от них и имеет конфигурируемую конструкцию, позволяющую наращивать мощность модулями по 1 кВт. Система может устанавливаться где угодно, в том числе и в помещении, где избыток тепла от работы прибора может использоваться для когенерации (параллельного производства электрической и тепловой энергии)».
 «Представлено мобильное зарядное устройство на топливном элементе», информирует 15 февраля www.nanonewsnet.ru. «Разработанная в Швеции инновационная зарядка генерирует электроэнергию из водорода, который содержится в топливном элементе. Маленькое технологическое чудо, явленное миру компанией myFC, называется PowerTrekk; размерами и внешним видом оно напоминает мыльницу или губку для чистки обуви. Внутри — передовая наука и техника: «картридж», вмещающий 4 л водорода, небольшой резервуар, в который необходимо залить столовую ложку воды, и литий-ионный аккумулятор ёмкостью 1 600 мА∙ч. В результате химической реакции (технология разработана американской фирмой SiGNaChemistry) через протонообменную мембрану выделяется электроэнергия, которая питает батарею, а от неё через USB-порт устремляется в смартфон или иной мобильный гаджет. Туристы, «дикие» отпускники, люди, не признающие электророзеток, — в восторге. Мощность PowerTrekk составляет 5 ватт. Устройство, весящее 240 г, стопроцентно экологически безопасно, поскольку в результате его работы выделяется один лишь водяной пар. Правда, работает оно на открытом воздухе при температуре от +5 до +30 ˚С. Минимальный срок службы — два года. Ожидается, что PowerTrekk поступит в продажу в октябре по цене €148».
 
Для раздела ЭЛЕКТРОНИКА в этот раз я не нашел ничего достойного внимания.
 
Раздел НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ начнем с проблемы уменьшения веса средств транспорта. «Современные нанотехнологии позволят сделать автомобили легче», пишет 4 февраля www.nanonewsnet.ru.«Крупнейший в мире производитель стали компания ArcelorMittal объявила о разработке совершенно нового вида стали с применением нанотехнологий. Используя её в автомобилестроении, можно выпускать машины, сопоставимые по весу с алюминиевыми, но стоящие притом в производстве намного меньше. Использование инновационной стали в конструкции автомобильных кузовов (силовой каркас, пол, крыша, двери и капот) позволит уменьшить массу неокрашенной и не покрытой грунтовкой машины примерно на 85 кг, уверяют создатели материала. А если из него делать компоненты двигателей, трансмиссии, элементы подвески и тормозные системы, то можно добиться ещё более впечатляющего «похудания». Детали из сверхпрочной современной наностали изготавливаются методом горячей штамповки: в пресс-формы листовой металл попадает раскалённым докрасна. Так как этот способ в более общем виде уже используется в современной промышленности, переоснащение производственных мощностей не потребует от автопроизводителей огромных инвестиций. Сама по себе новая сталь не легче обычной, да и не дешевле. Зато она гораздо прочнее, что позволит автопроизводителям выпускать детали из неё существенно меньшей толщины, не используя в их конструкции дополнительных усиливающих элементов, за счёт чего, собственно, и будут достигнуты снижение общей массы машины и экономия. К примеру, изготавливаемые порой довольно толстыми стойки кузова, часто загораживающие обзор, могут стать намного тоньше без вреда безопасности и прочности машины. Представители ArcelorMittal уже демонстрируют образцы нового сорта стали автопроизводителям. Правда, о технических аспектах и, в частности, о применении нанотехнологий при её производстве компания пока умалчивает, сообщая лишь о том, что для организации выпуска деталей из такого материала потребуется ещё примерно три года».
«Новый алюминевый пенометалл снизит вес корабля на треть», сообщает 31 января www.nanonewsnet.ru.«Основу разработки германских технологов составляет алюминиевая пена, застывающая при нагревании. И — из этого материала действительно можно изготавливать корабельные корпуса. Материал, созданный в Институте машинного оборудования и формовочных технологий Общества Фраунгофера (г. Хемниц), является разновидностью пенометалла на основе алюминиевого порошка. Он легче воды — и при этом обладает высокой прочностью. Формование сэндвич-панелей из двух листов стали с прослойкой из этого пенометалла происходит при температуре свыше 650 ˚С. Спрессованный в бруски порошок при участии газовыделяющего реактива (гидрида титана) раздувается, подобно тесту на дрожжах, обретая губчатую структуру и сцепляясь со сталью без клея или других веществ. Испытания, проведённые по проекту Евросоюза CREATING, продемонстрировали пригодность материала для строительства грузовых судов, которые смогут плавать в приарктических водах и даже выдерживать столкновения с небольшими айсбергами. Ну а сейчас немецкие инженеры проектируют сверхлёгкое судно Bioship 1, которое может использоваться, например, для экспорта лесоматериалов из Финляндии. Для индустрии грузоперевозок более лёгкое судно при сохранении его размеров означает сокращение топливных расходов. Выигрывает и окружающая среда: вредных выбросов станет существенно меньше, особенно если в качестве топлива будет использоваться сжиженный природный газ. Правда, несмотря на все преимущества инновационного материала, о его коммерческом производстве для судостроительных нужд говорить пока рановато».
«Новое нанопокрытие делает самолеты на 40% более «скользкими», пишет 24 февраля www.nanonewsnet.ru. «Для уменьшения количества потребляемого топлива и, следовательно, выбросов вредных веществ в окружающую среду, британская авиакомпания EasyJet начала покрывать свои самолеты слоем покрытия, названного «tripleO». Это покрытие состоит из наночастиц специального акрилового полимера, которые проникают даже в самые маленькие в микротрещины и углубления, делая поверхность гладкой. Такое покрытие, добавляя всего около 150 грамм к весу всего самолета, позволяет увеличить гладкость поверхности на 40%. Большинство людей себе даже представить не может, что поверхности, на внешний вид совершенно гладкие, не так уж и гладки на самом деле. На этих поверхностях всегда присутствуют микротрещины, микроуглубления, внешне невидимые невооруженным взглядом. Но если такие микроскопические объекты и дефекты находятся на поверхности самолета, летящего на большой скорости, они становятся источником завихрений воздуха, которые создают дополнительное аэродинамическое сопротивление, выражающееся в повышенном расходе самолетом топлива. 40-процентное увеличение гладкости поверхности приводит к экономии 1–2% процентов топлива. Казалось бы совсем немного, но в масштабах крупной авиационной компании это выливается в экономию десятков миллионов долларов в год, не говоря уж об экологических аспектах такой экономии. Помимо этого, покрытие «tripleO» выступает в качестве дополнительного защитного покрытия, защищающего от порчи краску и поверхность самолета. Американские ВВС используют эту технологию уже достаточно длительное время, но впервые эта технология была применена коммерческой компанией. Помимо самолетов, ракет и других летательных аппаратов, технология покрытия «tripleO» может успешно использоваться для увеличения эффективности автомобилей, быстроходных морских судов, катеров и даже велосипедов».
«Молибденит: новая альтернатива кремнию, лучшая чем графен», утверждает 31 января www.nanonewsnet.ru. «С помощью нового материала, исследованного в Швейцарии и получившего название молибденит, могут быть созданы еще более миниатюрные и энергоэффективные электронные чипы. 30 января ученые из лаборатории наноразмерной электроники и структур политехнической школы в Лозанне (EFPL)  опубликовали в журнале NatureNanotechnology исследование, показывающее, что этот материал имеет явные преимущества по сравнению с традиционными кремнием и графеном при использовании его в электронике. Открытие, сделанное в EFPL, может сыграть важную роль в области электроники, что позволит создавать более энергоэффективные транзисторы гораздо меньшего размера, чем сейчас. Исследование показало, что молибденит (или MoS2) – это очень эффективный полупроводник. Этот минерал, который существует в изобилии в природе, часто используется как элемент стальных сплавов или в качестве добавки в смазочных материалах. Но до сих пор не был исследован для применения в электронике. «Это двумерный материал, очень тонкий и простой в использовании применительно к области нанотехнологий. Он обладает реальным потенциалом в области изготовления очень маленьких транзисторов, светодиодов (LED) и солнечных батарей», — рассказал профессор EFPL Андрас Кис, который не без помощи коллег по лаборатории проделал большую работу и осуществил это исследование. Он сравнивает преимущества молибденита с кремнием, который в настоящее время является основным компонентом, используемым в производстве электронных и компьютерных чипов, и графеном, открытым в 2004 году двумя физиками Университета Манчестера – Андре Геймом и Константином Новоселовым, за что были удостоены Нобелевской премии по физике в 2010 году. «Одним из преимуществ молибденита является то, что он менее объемный чем кремний, который является трехмерным материалом. В листе молибденита толщиной 0,65 нанометра электроны могут перемещаться так же легко, как в листе кремния двухнанометровой толщины», — объясняет Кис. «В то же время сейчас невозможно изготовить лист кремния толщиной с монослой молибденита». Еще одно преимущество нового материала – возможность изготавливать транзисторы, которые потребляют в 100 000 раз меньше энергии в режиме ожидания, чем традиционные кремниевые транзисторы. Наличие в молибдените «запрещенной зоны» (gap) шириной 1,8 эВ делает его практически идеальным полупроводником. Зонная теория в физике твердого тела – это квантомеханическая теория движения электронов в различных материалах. В полупроводниках, пространства, свободные от электронов, называются «запрещенными зонами». Если эта зона не является слишком маленькой или слишком большой, некоторые электроны могут перейти через нее. Таким образом, возможен более высокий уровень контроля за электрическим поведением материала. Существование «запрещенной зоны» в молибдените дает ему преимущество перед графеном. Этот «полуметалл», рассматриваемый в настоящее время многими учеными как материал будущего, не имеет таких зон, и их очень трудно воспроизвести искусственным образом».
«Создан метаматериал с рекордным показателем преломления», пишет 24 февраля www.nanonewsnet.ru. «Инженеры из Южной Кореи создали гибкий метаматериал с рекордно высоким показателем преломления, который доходит до 38,6. Показатель преломления n равен отношению фазовых скоростей света в вакууме и в заданном веществе и определяет угол, на который отклоняется излучение, падающее на поверхность среды из вакуума. Обычно величина n в оптическом диапазоне не поднимается выше 3, но у некоторых материалов (к примеру, у кремния) она приближается к четырём. Метаматериалы структурируются так, чтобы задать не встречающиеся в природе величины n, причём наибольший интерес вызывают отрицательные показатели, которые проявляются при отрицательных значениях магнитной (μ) и диэлектрической (ε) проницаемостей. Такие метаматериалы используются для создания маскирующих устройств и «суперлинз». Однако у новой разработки показатель преломления положителен. Основой метаматериала служит полимерная плёнка, в которую включены тонкие золотые или алюминиевые структуры в форме буквы «Н», повторяющиеся через каждые 60 мкм. По длине и ширине они чуть недотягивают до 60 мкм, а потому не касаются друг друга. Максимальный показатель n был продемонстрирован в опыте с алюминиевыми включениями на частоте около 0,3 ТГц. Известно, что показатель преломления можно выразить как корень из произведения магнитной и диэлектрических проницаемостей. В представленном метаматериале величина μ не меняется, а ε, напротив, резко возрастает за счёт того, что боковые «стенки» Н-образных элементов действуют подобно обкладкам конденсатора. В зазоре между соседними элементами устанавливается электрическое поле, и при правильном подборе ширины зазора и длины волны падающего линейно поляризованного излучения можно сделать это поле сравнительно сильным и получить высокую диэлектрическую проницаемость. Авторы пробовали уменьшать ширину зазора от исходных 30 мкм до 80 нм и выяснили, что показатель преломления начинает быстро увеличиваться после того, как ширина падает до 5 мкм; поскольку самая высокая плотность расположения элементов была достигнута в экспериментах с алюминием, именно здесь уровень n оказался рекордно большим. Учёные также попробовали изготовить «толстый» пятислойный материал с золотыми элементами размером в 40 мкм, получив максимальное значение n = 33. Такой вариант метаматериала сохранял высокий (более 15) показатель преломления в широком диапазоне частот от 0,7 до 1,8 ТГц. Вероятно, при замене полимерной плёнки материалом с высоким собственным показателем преломления (к примеру, сульфидом свинца) общий n ещё увеличится».
Продолжение следует

 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Re: НТИ февраль 2011 Ч.1 Прогнозы, ...

Такое ощущение, что с "показателем преломления" что-то напутано. Могу ошибаться - но вроде бы любые значения показателя преломления менее единицы запрещены физическими законами... Разве нет? Если, конечно, не считать "отрицательным преломлением" банальное отражение, а многократное переотражение не рассматривать как "сверхвысокое преломление". Такого рода "сверхэффекты" можно получить в принципе с помощью обычных зеркал и призм. Здесь речь идет о чем-то другом?

Буду благодарен специалистам за пояснения.

С уважением,

Александр.

Re: НТИ февраль 2011 Ч.1 Прогнозы, ...

Спасибо большое автору за поставленный материал. Основное мое чтение в начале месяца!
Не могу судить про показатель преломления, может там не все и точно описано, но сам факт конструирования материала очень любопытен. Считал, что это может быть в конструктивных материалах. А теперь думаю - и с чего я так считал?

Re: НТИ февраль 2011 Ч.1 Прогнозы, ...

Мне, в свою очередь показался крайне любопытным материал про молибденит. То, как споро после графена швейцарцы побежали исследовать материалы, используемые для смазки, скорее всего говорит о том, что они четко поняли нужную аналогию. Функциональный перенос - на марше.

Re: НТИ февраль 2011 Ч.1 Прогнозы, ...

content manager wrote:

 

Уважаемые коллеги, читатели «Методолога»!
  
Новый Год позади, и февральский обзор научно-технических новостей не так сильно насыщен информацией о юбилеях, итогах и прогнозах. Но совсем без прогнозов жить неинтересно. Поэтому начнем именно с них.
«Компания Frost & Sullivan распознала мегатенденции — катализаторы будущего роста химической отрасли» - пишет 31 января www.nanonewsnet.ru . «Тектонические сдвиги в мировой экономике, политике, культуре и климате, а также их сочетание привели к возникновению глобальных мегатенденций. Эти тенденции скрывают в себе возможности для компаний всех размеров, как из сектора химической промышленности, как и других отраслей. Многие стратегии, которые сейчас разрабатываются ведущими мировыми химическими компаниями, основаны как раз на понимании глобальных мегатенденций. Мегатенденции – это глобальные макроэкономические силы, которые оказывают влияние на бизнес, экономику, общественное развитие, тем самым формируя будущее нашего мира и способствуя ускорению темпов перемен. Уникальное исследование, проводимое в данный момент консалтинговой компанией Frost & Sullivan, ставит своей целью распознать, описать и оценить мегатенденции, а также последствия их влияния на целый спектр отраслей и рынков, включая химическую промышленность и сектор производства материалов. Мегатенденции будут оказывать огромное воздействие на будущее направление развития химпрома и производства материалов, отмечают аналитики Frost & Sullivan. Например, рост мегаполисов будет стимулировать рост производства химических материалов, таких как стекло с дополнительным звукоизолирующим эффектом; а также многих других материалов, например, различных видов пластика и клея, которые делают возможным производство более компактных бытовых приборов. В долгосрочной перспективе продолжающаяся урбанизация в развитых странах приведет к возникновению спроса на большее количество материалов, используемых в строительстве экологичных зданий, например, красок, нейтрализующих запах. Аналогично социально-ориентированные тенденции, в частности потребность в более экологичных решениях, станут основным фактором, влияющим на будущий спрос на материалы, утверждают аналитики Frost & Sullivan. По их мнению, формирование запасов сырья, хранящегося на заводах и пришедшего на смену сырой нефти, будет наиболее важным направлением развития химического производства до 2020 года, чему отчасти будет способствовать особый потребительский спрос, формирующийся под воздействием принципов социальной ответственности. Социальная обеспокоенность, направленная на производство износостойких и возобновляемых материалов, будет способствовать развитию биотоплива второго поколения, произведенного на основе водорослей. Таким образом, будет снят вопрос конкуренции в сегменте выращивания продовольственных зерновых культур. В производстве товаров, предназначенных для современной и будущей жизни (так называемого “поколения Y”), используется широкий спектр инновационных химических материалов, замечают аналитики. В их число входят такие структурные материалы, как конструкционная пластмасса, применяемая в изготовлении компактных многофункциональных конвергентных устройств, например смартфонов, композитные материалы для производства более легкого и одновременно крепкого спортивного оборудования, а также экологичные материалы для биологической, перерабатываемой, подлежащей повторному использованию и легко разлагающейся в органической среде упаковки. Типы материалов, которые окажутся в авангарде будущего благодаря влиянию мегатенденций, включают в себя наноматериалы, “умные” материалы и экологически безвредные/возобновляемые материалы, а также органическую электронику, биотехнологии, углеродное волокно и искусственно произведенные природные волокна. Их все более широкое использование, в свою очередь, окажет воздействие на производство целого спектра химических материалов. Например, возвышение нанотехнологии играет определенную роль в изготовлении пластмасс, красок, косметики и многих других товаров. Аналогично, укрепление позиций органической электроники подчеркнет привлекательность полимерных материалов, включая электропроводку и полупроводники, используемые в производстве огромного количества устройств, таких как одежда со встроенной электроникой, электронная бумага и обои, которые также способны излучать свет».
 
В разделе ЭКОЛОГИЯ  в этом обзоре сиротливо расположилась одна заметка. «Металлические сети помогут японцам ловить космический мусор», сообщает 1 февраля www.strf.ru. «Японское космическое агентство JAXA займется чисткой орбиты Земли при помощи гигантских металлических сетей. В настоящее время агентство заключило контракт с компанией Nitto Seimo, одним из крупнейших производителей рыболовных сетей Японии. Сообщается, что эта компания последние 6 лет работала над технологией плетения металлических сетей. В качестве материала ученые компании использовали посеребренные металлические нити. Планируется, что сеть с линейными размерами в несколько километров будет выводиться на орбиту на борту специального спутника. Там она будет разворачиваться при помощи установленного на аппарате манипулятора. После того, как сеть наберет достаточно мусора, она будет отсоединяться. Взаимодействие с магнитным полем Земли приведет к тому, что сеть вместе с собранными обломками космических аппаратов со временем войдет в плотные слои атмосферы. Во время падения сеть сгорит вместе с мусором. В настоящее время проблема космического мусора является актуальной для всех государств, космические аппараты которых работают на орбите. Объединенное стратегическое командование США наблюдает за более чем 19 тысячами фрагментов космического мусора. Расчеты показывают, однако, что в настоящее время на орбите может быть до 600 тысяч объектов размером свыше одного сантиметра».
 
Раздел ЭНЕРГИЯ в этом обзоре представляют двигатели. «Новый тепловой двигатель хвастается минимумом подвижных частей», пишет 8 февраля www.membrana.ru. «В стране кленового листа появился генератор, КПД которого, теоретически, может достичь эффективности, как у топливных элементов при стоимости, как у ДВС. Новинка — детище компании Etalim. Как и в давнем проекте британской звуковой печи, в канадском устройстве тепловая энергия сначала преобразуется в мощные акустические колебания, а уже те — в движение и далее в электричество. Фактически перед нами разновидность термоакустических двигателей (thermoacousticengine). Над ними в последние годы работают учёные и инженеры в разных компаниях и университетах. В основе канадского аппарата — герметичная полость, в которой под давлением находится гелий. В ней же расположена колеблющаяся металлическая пластина, а под ней — упругая металлическая диафрагма, связанная с валом. При нагреве газа с верхней стороны пластины в нём возникают звуковые волны, вызывающие движение диафрагмы. Та, в свою очередь, толкает вал, соединённый с электрическим генератором. «Одно колебание пластины вызывает сдвиг вала всего на 0,2 миллиметра, но система способна совершать 500 циклов в секунду», —сообщает Technology Review. По процессам, происходящим в замкнутой системе с рабочим телом, термоакустические двигатели родственны куда более известным стирлингам (некоторые даже считают первые экзотическим подвидом вторых). Но у стирлингов есть серьёзный недостаток: для получения больших мощности и КПД нужно повышать давление в системе и температуру нагревателя, что приводит к необходимости применения дорогих и сложных уплотнений цилиндра, а также прецизионного изготовления подвижных частей (поршней). В агрегате от Etalim трущихся деталей практически нет, как и быстро изнашивающихся уплотнений. Что до КПД, то в первом прототипе авторы использовали слабый нагрев горячей части аппарата, а потому получили эффективность всего в 10%. Но второй образец, который должен быть представлен весной нынешнего года, по уверению фирмы, покажет КПД в 20-30% при температуре «печки» в 500 градусов по Цельсию. Появление коммерческой модели (в роли домашнего генератора) ожидается в 2012 году. Канадцы пишут о расчётном КПД в 40% при рабочей температуре 700 °C. Ориентировочная цена устройства составит один доллар за ватт выходной мощности. В дальнейшем Etalim намерена снизить стоимость тепловой машины до 15 центов за ватт, что позволит «термоакустике» соревноваться с генераторами на базе ДВС. В отдалённой перспективе авторы конструкции намерены добиться повышения эффективности установки до 50%. Но это уже потребует применения керамики, поскольку температуру горячей части двигателя нужно будет нарастить до тысячи градусов».
«Топливные ячейки заработали на армейском топливе», сообщает 8 февраля www.nanonewsnet.ru. «Американские военные получили первый образец топливного элемента, работающего на стандартном нефтяном топливе. Министерство обороны США имеет около 100 тыс. электрогенераторов, развернутых по всему миру. Они питают освещение, кондиционеры, компьютеры, средства связи, медицинское оборудование и т.д. Эта армия бензиновых и дизельных двигателей потребляет огромное количество топлива, загрязняет воздух и демаскирует подразделения шумом и теплом. К сожалению, полный и быстрый переход на солнечную, ветровую энергию или на водородное топливо вряд ли возможен, поэтому военные делают ставку на топливные элементы, способные более эффективно преобразовывать дорогое нефтяное топливо в электричество. В отличие от двигателей внутреннего сгорания, топливные элементы используют для производства электроэнергии химическую реакцию и сокращают потребление горючего на 50–66%. Надо отметить, что цена топливных ячеек военных беспокоит гораздо меньше, чем, например, представителей «гражданского» автопрома. Все потому, что только доставка топлива в такие отдаленные уголки мира, как Афганистан, делает практически любые методы экономии горючего выгодными. Однако долгое время характеристики армейского топлива JP-8 (им заправляют военные дизель-генераторы), в частности сильное коррозионное воздействие серы, затрудняло создание надежных топливных элементов. Похоже, технология, созданная американской компанией Technology Management Inc. (TMI) решает эту проблему. Топливные ячейки AnywherEnergy могут потреблять стандартное топливо и прототипы генератора уже демонстрируют 1000 часов наработки на необработанном военном горючем JP-8. В настоящее время это рекорд продолжительности работы топливных ячеек на топливе такого качества. Военные выделили 1,7 млн долл. на продолжение работы над этой технологией и надеются получить серийный образец как можно скорее. Прототип TMI представляет собой перспективный источник энергии, способный обеспечивать потребителя электроэнергией 24 часа в сутки 7 дней в неделю. Готовый продукт будет доступен для военных и коммерческих потребителей в течение трех лет. Новый генератор может работать параллельно с коммунальными сетями или независимо от них и имеет конфигурируемую конструкцию, позволяющую наращивать мощность модулями по 1 кВт. Система может устанавливаться где угодно, в том числе и в помещении, где избыток тепла от работы прибора может использоваться для когенерации (параллельного производства электрической и тепловой энергии)».
 «Представлено мобильное зарядное устройство на топливном элементе», информирует 15 февраля www.nanonewsnet.ru. «Разработанная в Швеции инновационная зарядка генерирует электроэнергию из водорода, который содержится в топливном элементе. Маленькое технологическое чудо, явленное миру компанией myFC, называется PowerTrekk; размерами и внешним видом оно напоминает мыльницу или губку для чистки обуви. Внутри — передовая наука и техника: «картридж», вмещающий 4 л водорода, небольшой резервуар, в который необходимо залить столовую ложку воды, и литий-ионный аккумулятор ёмкостью 1 600 мА∙ч. В результате химической реакции (технология разработана американской фирмой SiGNaChemistry) через протонообменную мембрану выделяется электроэнергия, которая питает батарею, а от неё через USB-порт устремляется в смартфон или иной мобильный гаджет. Туристы, «дикие» отпускники, люди, не признающие электророзеток, — в восторге. Мощность PowerTrekk составляет 5 ватт. Устройство, весящее 240 г, стопроцентно экологически безопасно, поскольку в результате его работы выделяется один лишь водяной пар. Правда, работает оно на открытом воздухе при температуре от +5 до +30 ˚С. Минимальный срок службы — два года. Ожидается, что PowerTrekk поступит в продажу в октябре по цене €148».
 
Для раздела ЭЛЕКТРОНИКА в этот раз я не нашел ничего достойного внимания.
 
Раздел НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ начнем с проблемы уменьшения веса средств транспорта. «Современные нанотехнологии позволят сделать автомобили легче», пишет 4 февраля www.nanonewsnet.ru.«Крупнейший в мире производитель стали компания ArcelorMittal объявила о разработке совершенно нового вида стали с применением нанотехнологий. Используя её в автомобилестроении, можно выпускать машины, сопоставимые по весу с алюминиевыми, но стоящие притом в производстве намного меньше. Использование инновационной стали в конструкции автомобильных кузовов (силовой каркас, пол, крыша, двери и капот) позволит уменьшить массу неокрашенной и не покрытой грунтовкой машины примерно на 85 кг, уверяют создатели материала. А если из него делать компоненты двигателей, трансмиссии, элементы подвески и тормозные системы, то можно добиться ещё более впечатляющего «похудания». Детали из сверхпрочной современной наностали изготавливаются методом горячей штамповки: в пресс-формы листовой металл попадает раскалённым докрасна. Так как этот способ в более общем виде уже используется в современной промышленности, переоснащение производственных мощностей не потребует от автопроизводителей огромных инвестиций. Сама по себе новая сталь не легче обычной, да и не дешевле. Зато она гораздо прочнее, что позволит автопроизводителям выпускать детали из неё существенно меньшей толщины, не используя в их конструкции дополнительных усиливающих элементов, за счёт чего, собственно, и будут достигнуты снижение общей массы машины и экономия. К примеру, изготавливаемые порой довольно толстыми стойки кузова, часто загораживающие обзор, могут стать намного тоньше без вреда безопасности и прочности машины. Представители ArcelorMittal уже демонстрируют образцы нового сорта стали автопроизводителям. Правда, о технических аспектах и, в частности, о применении нанотехнологий при её производстве компания пока умалчивает, сообщая лишь о том, что для организации выпуска деталей из такого материала потребуется ещё примерно три года».
«Новый алюминевый пенометалл снизит вес корабля на треть», сообщает 31 января www.nanonewsnet.ru.«Основу разработки германских технологов составляет алюминиевая пена, застывающая при нагревании. И — из этого материала действительно можно изготавливать корабельные корпуса. Материал, созданный в Институте машинного оборудования и формовочных технологий Общества Фраунгофера (г. Хемниц), является разновидностью пенометалла на основе алюминиевого порошка. Он легче воды — и при этом обладает высокой прочностью. Формование сэндвич-панелей из двух листов стали с прослойкой из этого пенометалла происходит при температуре свыше 650 ˚С. Спрессованный в бруски порошок при участии газовыделяющего реактива (гидрида титана) раздувается, подобно тесту на дрожжах, обретая губчатую структуру и сцепляясь со сталью без клея или других веществ. Испытания, проведённые по проекту Евросоюза CREATING, продемонстрировали пригодность материала для строительства грузовых судов, которые смогут плавать в приарктических водах и даже выдерживать столкновения с небольшими айсбергами. Ну а сейчас немецкие инженеры проектируют сверхлёгкое судно Bioship 1, которое может использоваться, например, для экспорта лесоматериалов из Финляндии. Для индустрии грузоперевозок более лёгкое судно при сохранении его размеров означает сокращение топливных расходов. Выигрывает и окружающая среда: вредных выбросов станет существенно меньше, особенно если в качестве топлива будет использоваться сжиженный природный газ. Правда, несмотря на все преимущества инновационного материала, о его коммерческом производстве для судостроительных нужд говорить пока рановато».
«Новое нанопокрытие делает самолеты на 40% более «скользкими», пишет 24 февраля www.nanonewsnet.ru. «Для уменьшения количества потребляемого топлива и, следовательно, выбросов вредных веществ в окружающую среду, британская авиакомпания EasyJet начала покрывать свои самолеты слоем покрытия, названного «tripleO». Это покрытие состоит из наночастиц специального акрилового полимера, которые проникают даже в самые маленькие в микротрещины и углубления, делая поверхность гладкой. Такое покрытие, добавляя всего около 150 грамм к весу всего самолета, позволяет увеличить гладкость поверхности на 40%. Большинство людей себе даже представить не может, что поверхности, на внешний вид совершенно гладкие, не так уж и гладки на самом деле. На этих поверхностях всегда присутствуют микротрещины, микроуглубления, внешне невидимые невооруженным взглядом. Но если такие микроскопические объекты и дефекты находятся на поверхности самолета, летящего на большой скорости, они становятся источником завихрений воздуха, которые создают дополнительное аэродинамическое сопротивление, выражающееся в повышенном расходе самолетом топлива. 40-процентное увеличение гладкости поверхности приводит к экономии 1–2% процентов топлива. Казалось бы совсем немного, но в масштабах крупной авиационной компании это выливается в экономию десятков миллионов долларов в год, не говоря уж об экологических аспектах такой экономии. Помимо этого, покрытие «tripleO» выступает в качестве дополнительного защитного покрытия, защищающего от порчи краску и поверхность самолета. Американские ВВС используют эту технологию уже достаточно длительное время, но впервые эта технология была применена коммерческой компанией. Помимо самолетов, ракет и других летательных аппаратов, технология покрытия «tripleO» может успешно использоваться для увеличения эффективности автомобилей, быстроходных морских судов, катеров и даже велосипедов».
«Молибденит: новая альтернатива кремнию, лучшая чем графен», утверждает 31 января www.nanonewsnet.ru. «С помощью нового материала, исследованного в Швейцарии и получившего название молибденит, могут быть созданы еще более миниатюрные и энергоэффективные электронные чипы. 30 января ученые из лаборатории наноразмерной электроники и структур политехнической школы в Лозанне (EFPL)  опубликовали в журнале NatureNanotechnology исследование, показывающее, что этот материал имеет явные преимущества по сравнению с традиционными кремнием и графеном при использовании его в электронике. Открытие, сделанное в EFPL, может сыграть важную роль в области электроники, что позволит создавать более энергоэффективные транзисторы гораздо меньшего размера, чем сейчас. Исследование показало, что молибденит (или MoS2) – это очень эффективный полупроводник. Этот минерал, который существует в изобилии в природе, часто используется как элемент стальных сплавов или в качестве добавки в смазочных материалах. Но до сих пор не был исследован для применения в электронике. «Это двумерный материал, очень тонкий и простой в использовании применительно к области нанотехнологий. Он обладает реальным потенциалом в области изготовления очень маленьких транзисторов, светодиодов (LED) и солнечных батарей», — рассказал профессор EFPL Андрас Кис, который не без помощи коллег по лаборатории проделал большую работу и осуществил это исследование. Он сравнивает преимущества молибденита с кремнием, который в настоящее время является основным компонентом, используемым в производстве электронных и компьютерных чипов, и графеном, открытым в 2004 году двумя физиками Университета Манчестера – Андре Геймом и Константином Новоселовым, за что были удостоены Нобелевской премии по физике в 2010 году. «Одним из преимуществ молибденита является то, что он менее объемный чем кремний, который является трехмерным материалом. В листе молибденита толщиной 0,65 нанометра электроны могут перемещаться так же легко, как в листе кремния двухнанометровой толщины», — объясняет Кис. «В то же время сейчас невозможно изготовить лист кремния толщиной с монослой молибденита». Еще одно преимущество нового материала – возможность изготавливать транзисторы, которые потребляют в 100 000 раз меньше энергии в режиме ожидания, чем традиционные кремниевые транзисторы. Наличие в молибдените «запрещенной зоны» (gap) шириной 1,8 эВ делает его практически идеальным полупроводником. Зонная теория в физике твердого тела – это квантомеханическая теория движения электронов в различных материалах. В полупроводниках, пространства, свободные от электронов, называются «запрещенными зонами». Если эта зона не является слишком маленькой или слишком большой, некоторые электроны могут перейти через нее. Таким образом, возможен более высокий уровень контроля за электрическим поведением материала. Существование «запрещенной зоны» в молибдените дает ему преимущество перед графеном. Этот «полуметалл», рассматриваемый в настоящее время многими учеными как материал будущего, не имеет таких зон, и их очень трудно воспроизвести искусственным образом».
«Создан метаматериал с рекордным показателем преломления», пишет 24 февраля www.nanonewsnet.ru. «Инженеры из Южной Кореи создали гибкий метаматериал с рекордно высоким показателем преломления, который доходит до 38,6. Показатель преломления n равен отношению фазовых скоростей света в вакууме и в заданном веществе и определяет угол, на который отклоняется излучение, падающее на поверхность среды из вакуума. Обычно величина n в оптическом диапазоне не поднимается выше 3, но у некоторых материалов (к примеру, у кремния) она приближается к четырём. Метаматериалы структурируются так, чтобы задать не встречающиеся в природе величины n, причём наибольший интерес вызывают отрицательные показатели, которые проявляются при отрицательных значениях магнитной (μ) и диэлектрической (ε) проницаемостей. Такие метаматериалы используются для создания маскирующих устройств и «суперлинз». Однако у новой разработки показатель преломления положителен. Основой метаматериала служит полимерная плёнка, в которую включены тонкие золотые или алюминиевые структуры в форме буквы «Н», повторяющиеся через каждые 60 мкм. По длине и ширине они чуть недотягивают до 60 мкм, а потому не касаются друг друга. Максимальный показатель n был продемонстрирован в опыте с алюминиевыми включениями на частоте около 0,3 ТГц. Известно, что показатель преломления можно выразить как корень из произведения магнитной и диэлектрических проницаемостей. В представленном метаматериале величина μ не меняется, а ε, напротив, резко возрастает за счёт того, что боковые «стенки» Н-образных элементов действуют подобно обкладкам конденсатора. В зазоре между соседними элементами устанавливается электрическое поле, и при правильном подборе ширины зазора и длины волны падающего линейно поляризованного излучения можно сделать это поле сравнительно сильным и получить высокую диэлектрическую проницаемость. Авторы пробовали уменьшать ширину зазора от исходных 30 мкм до 80 нм и выяснили, что показатель преломления начинает быстро увеличиваться после того, как ширина падает до 5 мкм; поскольку самая высокая плотность расположения элементов была достигнута в экспериментах с алюминием, именно здесь уровень n оказался рекордно большим. Учёные также попробовали изготовить «толстый» пятислойный материал с золотыми элементами размером в 40 мкм, получив максимальное значение n = 33. Такой вариант метаматериала сохранял высокий (более 15) показатель преломления в широком диапазоне частот от 0,7 до 1,8 ТГц. Вероятно, при замене полимерной плёнки материалом с высоким собственным показателем преломления (к примеру, сульфидом свинца) общий n ещё увеличится».
Продолжение следует

 

Re: НТИ февраль 2011 Ч.1 Прогнозы, ...

Прошу прощения, опять не совладал с цитированием, попробую по старинке.
Полностью согласен с Priven - показатель преломления может быть меньше единицы только в дурных мечтаниях изобретателя (просто по определнию).
Меня же больше позабавили такие цитаты:
"В отличие от двигателей внутреннего сгорания, топливные элементы используют для производства электроэнергии химическую реакцию..."
"...размерами и внешним видом оно <новое устройство> напоминает мыльницу или губку для чистки обуви. Внутри — ...«картридж», вмещающий 4 л водорода, небольшой резервуар... и литий-ионный аккумулятор ёмкостью 1600 мА∙ч.... Устройство, весящее 240 г..."

Воля ваша, господа, но такие ляпы сильно портят интересный в целом обзор!

Re: НТИ февраль 2011 Ч.1 Прогнозы, ...

Изображение пользователя AlexZ.

Уважаемые коллеги, приветствую!

priven wrote:

Такое ощущение, что с "показателем преломления" что-то напутано. Вроде бы, любые значения показателя преломления менее единицы запрещены физическими законами...

lebedur wrote:

...показатель преломления может быть меньше единицы только в дурных мечтаниях изобретателя...

Вообще-то "... показатель преломления при прочих равных условиях меньше единицы при переходе луча из среды более плотной в среду менее плотную..."
А вот что в картотеке нашлось по метаматериалам:
В 2004 году президиум РАН присудил Виктору Веселаго премию им. В.А.Фока за цикл работ «Основы электродинамики сред с отрицательным коэффициентом преломления». Получить метаматериал с отрицательным коэффициентом преломления в оптическом диапазоне смогли ученые из Purdue University в середине 2007 г.
См. метаматериалы - Google, About 30,200 results
История вопроса о материалах с отрицательным коэффициентом преломления начинается с упоминания работы советского физика Виктора Веселаго опубликованной в журнале Успехи физических наук за 1968 г. (http://ufn.ru/ru/articles/1967/7/d/), в которой было указано на возможность существования материала с отрицательным коэффициентом преломления...
Успехов,
AlexZ

Subscribe to Comments for "НТИ февраль 2011 Ч.1 Прогнозы, Экология, Энергия, Новые материалы"