Ученые Назарбаев Университета создали аккумуляторы на водной основе. В НУ заявили, что их батареи более безопасные и энергоемкие, чем распространенные сейчас свинцовые и литий-ионные аккумуляторы, передает корреспондент Tengrinews.kz.

Профессора Школы инженерии и цифровых наук Назарбаев Университета Айшуак Конаров и Жумабай Бакенов изобрели аккумулятор, в котором органический электролит заменен электролитом на водной основе. 

"Аккумулятор, разработанный в Назарбаев Университете, негорючий и безопасный. С научной точки зрения вода имеет более высокую ионную проводимость, чем органический раствор. Поэтому батарея с водным электролитом заряжается быстрее. Более того, эта батарея невзрывоопасна. Раствор солей цинка и лития в воде используется в качестве электролита", – рассказал о разработке профессор НУ Конаров.

По словам ученого, в аккумуляторе в качестве катода используется литий-железо-фосфат, а в качестве анода – цинк. Оба материала широко применяются, их производство в больших объемах не вызывает проблем. Такая батарея отлично подойдет для резервного хранения электричества в частных домах для обеспечения бесперебойного энергоснабжения.

"Водную батарею можно использовать дома. Например, в поселке Косшы частые перебои с электроснабжением. А там все зависит от электричества – и подача воды, и обогрев домов. Если установить водную батарею, она сохранит энергию и будет отдавать ее при отключении электричества. В домах стоят холодильник, телевизор, стиральная машина. При такой нагрузке батарею можно использовать в среднем шесть часов. При включении электричества, можно будет вновь ее зарядить. На полную зарядку аккумулятора требуется около двух часов", –  пояснил Конаров.

В отличие от популярных сейчас литий-ионных батарей, разработка ученых НУ имеет меньшие габариты и вес, большую плотность энергии, дольше сохраняет заряд. Кроме того, по словам изобретателей, водные батареи будут дешевле. Но самым важным отличием Конаров считает высокую безопасность аккумулятора, такие накопители не взрываются и не горят.

"Сегодня на рынке аналог водной батареи – свинцовые батареи. По принципу работы они похожи, но свинцовые батареи содержат концентрированную кислоту, которая при контакте с кожей вызывает ожоги, а катод из диоксида свинца высоко токсичен. Водные батареи не используют концентрированные кислоты. 

Казахстанцы не могут покупать батареи Tesla Powerwall, потому что не могут себе их позволить. Но даже если вы их купите, батареи Tesla более опасны, потому что они основаны на органических растворах. Мы слышим, что даже автомобили Tesla загораются. Если произойдет авария, это будет иметь множество негативных последствий", – отметил Конаров.

На сегодня водные батареи Назарбаев Университета получили патенты в США, Европе и Казахстане. Но пока их  не производят в промышленных масштабах и не продают. Изобретатель уточнил, что разработке предстоит пройти масштабные испытания, а для этого ученые ищут необходимое финансирование.

Ученые создали солнечную батарею, соединив белок и квантовые точки

Ученые НИЯУ МИФИ создали "солнечную батарею" на основе гибридного материала, состоящего из квантовых точек и светочувствительных белков. Авторы разработки считают, что она имеет большой потенциал для солнечной энергетики и оптической обработки информации. Результаты исследования опубликованы в "Biosensors and Bioelectronics", передает РИА Новости.

Белки одноклеточных организмов архей – бактериородопсины – способны перерабатывать энергию света в энергию химических связей (подобно хлорофиллу у растений). Это происходит за счет переноса положительного заряда через клеточную мембрану. Бактериродопсин работает как протонный "насос", что делает его готовым природным элементом солнечной батареи.

Важное отличие бактериродопсина от хлорофилла – это его способность работать без участия кислорода. Это позволяет археям жить в очень агрессивных средах вроде глубин Мертвого моря, что эволюционно привело к их высокой химической, термической и оптической стабильности. При этом, осуществляя "прокачку" протона, бактериородопсин многократно меняет цвет за миллиардные доли секунды, поэтому он является перспективным материалом для создания голографических процессоров.

Ученые Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" сумели значительно улучшить эти свойства бактериородопсина, связывая его с квантовыми точками – полупроводниковыми наночастицами, способными концентрировать световую энергию в масштабах всего нескольких нанометров и передавать ее бактериородопсину без испускания света.

"Мы создали высокоэффективную работающую светочувствительную ячейку, генерирующую электрический ток под действием света с очень низкой энергией фотонов. В обычных условиях такая ячейка не работает, так как светочувствительные молекулы вроде бактериородопсина поглощают свет только в очень узком диапазоне энергий. А квантовые точки делают это в очень широком диапазоне, и даже могут преобразовать два фотона низкой энергии в один фотон высокой энергии, как бы складывая их", - рассказал один из авторов исследования, научный сотрудник НИЯУ МИФИ Виктор Кривенков.

По его словам, создавая условия для излучения фотона высокой энергии, квантовая точка может не излучать его, а передать бактериородопсину. Так в НИЯУ МИФИ получили ячейку, способную работать при освещении в диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного.

"Мы используем междисциплинарный подход на стыке химии, биологии, физики наночастиц и фотоники. Квантовые точки получают методами химического синтеза и покрывают молекулами, делающими их поверхность одновременно биосовместимой и заряженной, после чего связывают с поверхностью бактериородопсин-содержащих пурпурных мембран архей Halobacterium salinarum. В итоге у нас – гибридные комплексы, в которых эффективность переноса энергии от квантовой точки к бактериородопсину очень высока (около 80%)", - рассказал ведущий ученый лаборатории нано-биоинженерии НИЯУ МИФИ Игорь Набиев.

Как считают авторы разработки, полученные результаты демонстрируют потенциал создания высокоэффективных светочувствительных элементов на основе биоструктур. Они применимы не только в солнечной энергетике, но и в оптической обработке информации.

Авторы подчеркивают очень высокое качество нано-био-гибридного материала и перспективу превзойти лучшие коммерческие образцы с возможным увеличением эффективности на порядки. Следующая задача научного коллектива в этом направлении - оптимизировать структуру светочувствительной ячейки.

Создано самое маленькое устройство для хранения данных в мире

Инженеры Техасского университета создали одно из самых маленьких запоминающих устройств в мире, сделанное из двумерного материала размером один квадратный нанометр. Оно было названо «атомристор» и работает с движениями отдельных атомов, что может открыть путь для нового поколения компактных систем памяти с невероятной плотностью информации.

 

 

Новые технологии позволяют осуществлять запись данных даже на тончайшую пластинку нанометрового размера 

Новое устройство принадлежит к развивающемуся классу электроники, называемой «мемристорами», которые хранят данные с помощью резистивной коммутации. По сути, когда специальный материал подвергается воздействию определенного напряжения, его электрическое сопротивление может переключаться, становясь сильнее или слабее. Это явление можно сначала использовать для записи данных в устройство, а затем измерить его относительное сопротивление, чтобы считать сохраненные данные.

В этом случае резистивное переключение осуществляется одиночными атомами, входящими и выходящими из отверстий нанометрового размера, что изменяет проводимость материала. Речь идет о дисульфиде молибдена (MoS2), хотя команда утверждает, что эта концепция также должна применяться к ряду аналогичных материалов. 

«Священный Грааль науки — это масштабирование технологий до уровня, когда один атом управляет функцией памяти. И мы наконец достигли этого в новом исследовании», — уверяет Деджи Акинванде, автор проекта. 

Новая технология, сжимающая объекты до наноразмеров

Исследователи из Массачусетского технологического института, США, придумали способ создания наноразмерных структур путем сжимания существующих объектов в 1000 раз по сравнению с их первоначальным объемом.

Создание нанообъектов, меньше ширины человеческого волоса – очень сложный процесс. Существующие технологии используют лазерное травление, но большинство из них работают только на двухмерных поверхностях, являются очень медленными и подвержены ошибкам. Кроме того, существуют большие ограничения относительно выбора материалов, которые можно использовать.

Исследовательская группа во главе с профессором Эдвардом Бойденом нашла креативное решение. Вместо тщательного создания новой структуры с нуля, исследователи взяли существующие структуры и сократили их до желаемого размера.

Технология основана на экспансионной (расширительной) микроскопии, – технике, используемой для подготовки биологических образцов, которая позволяет идентифицировать небольшие структуры, расширяя их с помощью полимеров. (Идея состоит в том, чтобы ввести полимерную сеть в образцы клеток или тканей, а затем физически ее расширить, используя химические реакции для увеличения размера биоструктур. Прим.ред.) Это позволяет получать изображения высокого разрешения с помощью обычного микроскопа. Когда процесс запускается в обратном направлении, относительно крупные объекты могут быть уменьшены до одной тысячной своего первоначального размера.

Процесс изготовления нанообъекта начинается с создания каркаса из полиакрилата, который пропитывается раствором, содержащим определенные молекулы, прикрепляющиеся к каркасу при активации лазерным лучом. Молекулы флуоресцеина с высокой степенью точности можно прикрепить к нужным точкам структуры.

“Это немного похоже на фотосъемку”, – сказал в своем заявлении соавтор Дэниел Оран, аспирант Массачусетского технологического института. “Скрытое изображение формируется под воздействием света на светочувствительный материал в геле. Затем можно превратить это скрытое изображение в реальное, добавив в него другой материал – серебро. Таким образом, с использованием этой технологии могут быть созданы всевозможные структуры, включая градиентные, несвязанные и многокомпонентные структуры”.

После этого, объект помещается в кислоту, которая блокирует отрицательные заряды в полиакрилате, вызывая сжатие всей структуры. 

 

Изображение иллюстрирует сложную структуру до усадки. (Предоставлено: Daniel Oran, MIT)

Основным ограничением такого подхода является компромисс между размером и разрешением. Например, объект размером 1 кубический миллиметр можно сжать до 50 нанометров, тогда как объект размером 1 кубический сантиметр – до 500 нанометров. Но даже в этом случае потенциальные применения метода многочисленны – от оптики до медицины и робототехники.

Исследование описано в журнале Science.

Источник: zmescience.com

 

EPFL / LANES 2020 

Новая архитектура объединила области вычислений и хранения данных, в результате получился почти настоящий нейрон 

Сегодня обработкой и хранением данных в компьютере, как правило, занимаются разные чипы. В результате данные постоянно передаются от одного устройства к другому. Это приводит к большим затратам энергии и потерям времени. 

Ученые разработали чип с единой архитектурой, при которой и вычислительная логика и процедуры работы с памятью размещаются на одном чипе. При разработке чипа используется 2D-материал толщиной всего три атома MoS₂ (дисульфид молибдена). Он идеально подошел для таких чипов.

Ученые сравнивают работу чипа с возможностями мозга: одни и те же нейроны могут хранить информации и вычислительные алгоритмы. 

Исследователи, чья работа опубликована в журнале Nature, говорят, что в новых чипах нуждаются многие приложения от дорожных знаков до искусственного интеллекта. Очень часто есть необходимость не только накапливать данные, но и строить решения на основе этих данных. Такой подход позволит усовершенствовать системы распознавания голоса – от систем беспилотных автомобилей до умных колонок.

Сейчас исследователи исследуют возможность масштабирования производства новых чипов и ищут наиболее удобную форму для коммерческих систем и гаджетов. 

Ученые из университета "Цзяотун" представили новый наноматериал

Группа китайских ученых во главе с профессором Института материаловедения и инженерии Шанхайского университета "Цзяотун" Ван Хаовэем представила новый нанокерамический алюминиевый сплав, одновременно легкий и необычайно прочный и жесткий, обладающий низким коэффициентом расширения, жаропрочный, устойчивый к усталости. Все эти характеристики делают новый наноматериал идеальным для применения в аэрокосмической промышленности, передовом автомобилестроении и других отраслях техники.

Источник: russian.people.com.cn