|
Разные: Волосы человека используют для создания OLED экранов (фото + видео)
|
Уникальное свойство человеческих волос, являющихся источником углерода и азота, необходимых для создания светоизлучающих частиц, было использовано специалистами Квинслендского технологического университета (QUT). Теперь тысячи тонн человеческих волос, выбрасываемых парикмахерами на свалку, можно утилизировать и отправить на службу человечеству повторно.
Процесс создания OLED панелей начинается с тщательного очищения волос от посторонних примесей. Затем волосы сжигают при температуре 240 °C, в результате чего образуются углерод и азот. На следующем этапе полученный материал преобразуют в углеродные нанодоты, линейные размеры которых не превышают 10 нанометров.
Далее полученные нанодоты рассеиваются на полимерной поверхности, где они объединяются в так называемые «наноострова», которые и можно использовать в качестве активного слоя OLED экранов. Достаточно небольшого напряжения, чтобы нанодоты «зажглись» светом в синем спектре. Именно для испускания экранами света такого спектра требуется минимальное количество энергии. Яркость может достигать 350 кд/м2, а на твёрдой стеклянной основе можно получить яркость 700 кд/м2.
Технология получения нанодотов из человеческих волос предназначена не для создания больших дисплеев смартфонов и планшетов, а может быть применена на малых носимых устройствах, упаковке или лекарствах.
Использование органических излучающих устройств на основе человеческого волоса позволит создавать интеллектуальную упаковку, небольшие вывески, смарт-повязки и других медицинских устройств. Использование нетоксичного материала идеально подходит для нужд медицины. На следующем этапе ученые попытаются заменить человеческий волос шерстью животных.
В Корее создали умное окно, меняющее цвет под действием солнечных лучей
Исследовательская группа доктора Хань Чи-Хвана из Корейского института энергетических исследований (KIER) разработала новую технологию «умного окна». Она способна автоматически регулировать количество света, попадающего в комнату, путем изменения цвета окна в зависимости от интенсивности солнечных лучей.
При этом технология не требует электричества из-за наличия светопоглощающего слоя. Исследователи поясняют, что это может снизить цены на потребляемую домом энергию на 30–50 %. А поскольку нет необходимости в отдельном источнике питания, это помогает снизить и его стоимость.
Интеллектуальное окно хорошо блокирует солнечный свет на большой площади, поэтому его можно применять для крупных зданий с высокими затратами на охлаждение. Стекло блокирует как видимый спектр света, так и инфракрасные лучи.
Исследовательская группа также преуспела в создании технологии экранирования – по сути, разработав пленку, которую можно приклеивать к уже существующим оконным стеклам. Если производство таких пленок будет иметь успех, их можно будет использовать не только на зданиях, но и в автомобилях, кораблях и самолетах.
Ультразвуковой проектор HaptiRead напишет шрифтом Брайля прямо в воздухе
Одним из побочных эффектов пандемии COVID-19 и карантина стал зеленый свет для экзотических проектов по модернизации мест общественного пользования с целью сделать их гигиенически безопасными. Например, кнопки или поверхности, которых вынуждены касаться тысячи разных людей – чем их заменить? Одним из таких проектов стала технология HaptiRead, которая создает надписи шрифтом Брайля прямо в воздухе.
В основе HaptiRead лежит панель из 256 ультразвуковых излучателей, работающих на частотах до 40 кГц. Поскольку такие частоты находятся выше порога тактильного восприятия человека, они модулируются более низкими в диапазоне от 100 до 200 Гц. В итоге создаваемое воздушное давление не просто ощущается кожей человека, но и может проецироваться в строго определенные точки. Область воздействия простирается на расстояние в 70 см от панели, система при помощи технологии Leap Motion определяет наличие в этой зоне человеческих рук и проецирует виртуальные точки прямо на них.
Разрешение у HaptiRead низкое, одновременно создается не более 8 точек, зато и нет путаницы с их распознаванием. Основной трудностью стал метод вывода информации, которых было три. В первом методе все точки в ячейке прорисованы сразу, во втором они выводятся последовательно, а в третьем каждая точка проецируется отдельно. По итогам тестирования на зрячих и слепых людях именно последний метод был назван самым удобным – он не быстрый, но информативный. Точность распознавания сигналов составила 94 % для зрячих людей и 88 % для слепых.
Пока что технология HaptiRead не готова для применения, она находится в разработке. Но преимущества очевидны – воздушные послания исключают прикосновение рук к поверхностям, риск заразиться или просто запачкаться нулевой. А если совместить ультразвуковые излучатели с голограммами, можно создать новый вид мультиканальных интерфейсов.
Доказан главный принцип теории относительности Эйнштейна
Международная группа ученых подтвердила один из основных принципов теории относительности Эйнштейна, называемый принципом эквивалентности сил гравитации и инерции. Согласно этой концепции, в однородном гравитационном поле все движения и взаимодействия происходят таким же образом, как и в системе, двигающейся с равномерным ускорением при отсутствии внешнего гравитационного поля. Статья с результатами работы опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.
Новое исследование показало, что принцип верен для объектов с сильной гравитацией, например для нейтронной звезды. С помощью радиотелескопа Нанчай (Франция) ученые провели наблюдения за пульсаром PSR J0337+1715 с массой, равной 1,44 массы Солнца, и диаметром всего 25 километров. Этот объект располагается в тройной системе вместе с двумя белыми карликами с меньшей массой и более слабым гравитационным полем.
В основе принципа эквивалентности лежит наблюдение, что тела с различной массой падают в одном гравитационном поле с одним и тем же ускорением. Это называется универсальностью свободного падения (англ. universality of free fall), или принципом Галилея. Однако ученые не знали, сохраняется ли этот принцип для тел с экстремально сильным гравитационным полем.
Пульсар испускает узконаправленный луч радиоволн, который регистрируется радиотелескопом при каждом обороте объекта. При перемещении пульсара время регистрации сигнала смещается, что позволяет ученым с высокой точностью определить движение нейтронной звезды по орбите. Пульсар вращается вокруг одного из белых карликов, а все вместе они вращаются вокруг второго белого карлика. Тем самым ученым удалось определить ускорение нейтронной звезды и объекта меньшей массы по отношению к третьему объекту в системе.
Оказалось, что экстремальное тяготение пульсара не может отличаться более чем на 1,8 части на миллион от прогноза общей теории относительности Эйнштейна (с уровнем достоверности 95 процентов). Этот результат является наиболее точным подтверждением того, что универсальность свободного падения действительна даже в присутствии объекта, масса которого большей частью обусловлена его собственным гравитационным полем.
Изображение: Guillaume Voisin
В России открыт минерал с уникальными магнитными свойствами
С 2014 года научная группа под руководством профессора СПбГУ Олега Сийдры изучает фумаролы вулканов Камчатки. «Фумаролы на шлаковых конусах, образовавшихся в результате прошлых извержений вулкана Толбачик, обладают уникальным минералогическим разнообразием. На сегодня здесь найдено более 400 из 5500 известных минералов. Можно сказать, что фумаролы вулкана Толбачик — это своего рода леса Амазонии неорганического мира, здесь сосредоточено около 15% всех минералов планеты!» — рассказал руководитель научной группы Олег Сийдра.
Как и большинство минералов фумарол вулкана Толбачик, где был найден новый минерал, докучаевит (Cu8O2 (VO4)3Cl3) обладает уникальной кристаллической структурой и составом, не имеющим аналогов среди природных и синтезированных соединений. Исследования кристаллов нового минерала, выполненные доцентом СПбГУ Евгением Назарчуком на оборудовании ресурсного центра Научного парка СПбГУ «Рентгенодифракционные методы исследования», показали, что в структуре докучаевита атомы меди окружены кислородом и хлором. Число разнообразных вариантов таких комбинаций ранее не было зафиксировано ни в одном известном ученым минерале. Исследователи СПбГУ также обнаружили в структуре нового минерала оксоцентрированные тетраэдрические комплексы с медью. Результаты исследования опубликованы в журналах Mineralogical Magazine и Inorganic Chemistry.
«Наличие в структуре таких фрагментов, образованных магнитными ионами меди, позволяет рассматривать этот минерал, а также некоторые другие минералы из фумарол как потенциальный источник интересных магнитных материалов с разнообразным применением на практике. Оксоцентрированный тетраэдр OCu4 является простым фрустрированным комплексом, так как состоит из четырех спиновых треугольников. В двух вершинах каждого треугольника спины определены по своему направлению, а в третьем нет. Поиск потенциальных материалов, демонстрирующих свойства квантовых спиновых жидкостей, является весьма важной задачей в современной физике твердого тела. Считается, что такие материалы в недалеком будущем найдут применение при создании квантовых компьютеров», — отметил Олег Сийдра.
СПбГУ Кристаллы докучаевита
По результатам кристаллохимического анализа и для возможности проявления тех или иных физических свойств осуществляется синтез чистых беспримесных аналогов, на которых исследуются свойства с потенциалом использования в материаловедении и индустрии. Такой подход коллектива под руководством профессора Олега Сийдры отличается от других в России и мире полнотой цикла всех выполняемых исследований в контексте стратегии «От минералов к материалам». Для изучения более тонких физических особенностей докучаевита ученые провели работу по синтезу его аналога, сымитировав процессы образования минералов из газа в фумаролах.
«При помощи лаборатории кафедры кристаллографии и оборудования ресурсного центра Научного парка СПбГУ «Центр диагностики функциональных материалов для медицины, фармакологии и наноэлектроники» студентке магистратуры СПбГУ Виктории Владимировой удалось получить и изучить чистый образец ярошевскита — отдаленного родственника докучаевита по составу, который был открыт еще семь лет назад, однако синтезировать его в лаборатории до сих пор не получалось. Исследование синтетического материала показало, что его магнитная подструктура оказалась одной из наиболее сложных для всех известных на сегодня фрустрированных магнитных материалов. Помимо этого, мы наблюдали целый ряд интересных явлений, для понимания которых нужны более детальные исследования», — подчеркнул профессор СПбГУ Олег Сийдра.
Научно-исследовательская работа по открытию докучаевита, изучению его свойств и синтетических аналогов поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований.
Материал предоставлен пресс-службой СПбГУ
Физики предложили эффективный способ создавать вещество из света
Учёные предложили эффективный метод создания вещества из излучения. Он поможет изучить этот экзотический процесс, а также воссоздать в лаборатории первые минуты после Большого взрыва.
Подробности изложены в научной статье, опубликованной в журнале Physical Review Applied.
Два фотона, столкнувшись друг с другом, могут превратиться в пару из частицы вещества и её античастицы (например, в электрон и позитрон). Это процесс, обратный аннигиляции, взаимному уничтожению частицы и античастицы с превращением их в фотоны.
Предполагается, что в первые минуты после Большого взрыва оба процесса шли массово. Но если аннигиляция давно изучена экспериментаторами, то воссоздать рождение вещества из излучения гораздо сложнее.
Чтобы два фотона имели ощутимую вероятность столкнуться, поток излучения должен быть очень плотным. Кроме того, фотоны должны иметь огромную энергию, чтобы её хватило на создание материи. Ведь согласно знаменитой формуле E = mc2 на создание одного грамма вещества нужно порядка ста триллионов джоулей энергии. Для сравнения: примерно такое количество энергии выделилось при атомной бомбардировке Хиросимы.
Тем не менее экспериментаторы воспроизвели рождение вещества в столкновении фотонов в 1997 году. Впрочем, этот процесс оказался неэффективным.
Есть и ещё один момент, который, к примеру, мешает смоделировать в лаборатории первые минуты после Большого взрыва: чтобы приобрести нужную энергию, фотоны сначала должны столкнуться с электронами.
Своё решение этих проблем предложила группа во главе с Алексеем Арефьевым (Alexey Arefiev) из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Учёные смоделировали куда более эффективный и похожий на происходившее в ранней Вселенной процесс. (Ожидается, что уже через год или два его можно будет осуществить экспериментально.)
Речь идёт об облучении мишени с помощью лазера мощностью в несколько петаватт (1015 ватт). Поскольку такой луч очень тонкий, на квадратный сантиметр будет приходиться мощность порядка 1022 ватт (!). В результате вещество мишени, конечно, испарится, превратившись в ионизированный газ (плазму). Зато электроны этой плазмы приобретут огромную энергию.
Однако также возникнет мощнейшее магнитное поле, сравнимое с полями нейтронных звёзд. Электроны испарившегося вещества мишени будут тормозиться в этом поле, и их огромная энергия будет расходоваться на испускание гамма-фотонов. Сталкиваясь друг с другом или с тепловым излучением плазмы, эти фотоны будут порождать вещество.
Весь процесс займёт около ста фемтосекунд, то есть одну десятитриллионную долю секунды. При этом будут созданы десятки или даже сотни тысяч позитрон-электронных пар. С приходом следующего лазерного импульса весь процесс повторится снова.
"Наши результаты позволят учёным впервые исследовать один из фундаментальных процессов во Вселенной", — утверждает Арефьев.
В распоряжении человечества уже есть лазеры, которые позволяют провести подобный эксперимент, так что авторы ожидают увидеть экспериментальную проверку своей концепции в ближайшую пару лет.
В Дании создадут завод для производства синтетического топлива
Цель партнерства — обеспечивать топливом морские, воздушные и автомобильные перевозки в районе Копенгагена. В своем выступлении компании заявили, что завод по производству водородного и электронного топлива может быть запущен к 2023 году и полностью расширен к 2030 году. Компании надеются, что к этому времени он будет иметь мощность для производства более 250 000 тонн топлива в год.
Предполагается, что электролизер (часть технологии, необходимой для производства водорода) будет питаться от морских ветровых установок. Размер электролизера будет увеличиваться с 10 мегаватт в начале проекта до 1,3 гигаватт на его заключительной стадии.
Европейская комиссия описала водород как энергоноситель с «большим потенциалом для чистой, эффективной энергии в стационарных, портативных и транспортных оборудованиях».
Если все пойдет по плану, датский проект может обеспечить водородом общественные автобусы, а также грузовики и самолеты из аэропорта Копенгагена. Компании считают, что к 2030 году доля потребления такого топлива аэропортом Копенгагена составит около 30%.
Как «заморозить» электричество в жидком азоте: физический опыт
Джеймс Огрилл решил продемонстрировать интересные особенности поведения электричества в холодной среде. Для начала он наполнил стакан жидким азотом и погрузил в него пару электродов, образовав тем самым несколько искр под поверхностью жидкости. Температура кипения жидкого азота крайне низкая, так что тепла, выделяемого искрами, достаточно для закипания азота и перехода его в газообразную форму — отсюда и пузырьки. Чем ближе наконечники, тем меньше испарение газа.
Вслед за этим следует еще один опыт, который кому-то может показаться настоящей магией. Как мы знаем из школьного курса физики, вода отлично проводит электричество (если только речь не идет о дистилляте), в то время как лед справляется с этой задачей весьма посредственно. Однако стоит окунуть электроды в жидкий азот, а затем в воду — и внутри образовавшегося ледяного «моста» все равно начинают плясать искры.
Огрилл отмечает, что этот феномен наблюдается исключительно при низкой температуре. Стоило ему лишь слегка нагреть лед, не доведя его даже до точки плавления, как он моментально перестал проводить ток.
Ученые нашли новую жидкую фазу после 100 лет поисков
Есть много фаз жидкого кристалла, но одна из наиболее распространенных — нематическая. Эта фаза стала основой технологии жидкокристаллического дисплея, поэтому вы, вероятно, можете понять, почему ученые заинтересованы в обнаружении новых фаз.
Фазы определяются тем, как молекулы ведут себя внутри материала. Жидкокристаллическое соединение состоит из стержнеобразных органических молекул с положительно и отрицательно заряженными концами, представляя собой крошечные магниты.
В нематической фазе молекулы разделяются по направлению наклона: половина указывает в одну сторону, а другая половина — обратную. Но в 1910-х годах два физика, Питер Дебай и Макс Борн, предложили другой сценарий молекулярного устройства.
Согласно двум статьям, опубликованным ими в 1912 и 1916 годах, должна быть возможность сконструировать жидкий кристалл таким образом, чтобы молекулы впадали в состояние полярного порядка — все молекулы ориентированы в одном направлении, и направлением этим можно управлять с помощью внешних электрических полей.
Затем, в 2017 году, группа физиков сообщила о разработке новой органической молекулы в виде стержня — RM734, которая демонстрировала необычное поведение. Она вела себя как при обычной нематической жидкокристаллической фазе, а при более высоких температурах ее поведение становилось более необычным. Именно здесь начинается новое исследование — физиков из Университета Колорадо заинтересовало странное поведение и они рассмотрели его ближе.
Они долго разглядывали RM734 под микроскопом, использовали поляризованный свет и применяли слабое электрическое поле, в попытке вызвать сплит-нематическую фазу.
В результате ученые обнаружили то, чего не ожидали: яркие цветные пятна по краям ячеек, содержащих жидкий кристалл RM734.
«Это как если бы вы подключали лампочку к розетке и вдруг обнаружили, что розетка и провода светятся гораздо ярче лампы», — сказал физик Ноэль Кларк.
Дальнейшие испытания показали, что в данной фазе RM734 оказалась в 100−1000 раз чувствительнее к внешним электрическим полям, чем прочие нематические жидкие кристаллы: молекулы демонстрируют полярный порядок, причем почти все молекулы были направлены в одном направлении.
Chen et al., PNAS
«Это подтвердило, что данная фаза действительно является сегнетоэлектрической нематической жидкостью», — сказал Кларк.
Капля оливкового масла случайно привела к открытию нового универсального закона фазовых переходов
Капля оливкового масла привела к открытию нового универсального закона фазовых переходов. Исследование ученых из Нидерландского научно-исследовательский института AMOLF опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Исследовательская группа по взаимодействующим фотонам в AMOLF изучает нелинейность и шум в фотонных системах. Одна из таких систем представляет собой полость, которая образовывается двумя зеркалами, обращенными друг к другу на близком расстоянии. Внутри этой полости свет многократно отражается от зеркал в обе стороны. Оказалось, что помещение какого-нибудь объекта внутри такого оптического резонатора меняет свойства системы.
Суть эксперимента
Доктор физики Саид Родригес и его студенты Зоу Гэн и Кевин Питерс проанализировали свойства передача света, увеличивая и уменьшая расстояние между двумя зеркалами. Они обнаружили, что количество света, проходящего через полость, зависит от направления движения зеркал.
«Пропускание света через полость является нелинейным. На определенном расстоянии между зеркалами количество проходящего света зависит от того, открываем ли мы полость или закрываем ее. Такое поведение называется гистерезисом. Оно также наблюдается при определенных фазовых переходах, например, в кипящей воде или магнитных материалах».
Доктор Саид Родригес.
Однако в полости с оливковым маслом гистерезис присутствует не всегда. При высокой скорости изменения направления зеркал гистерезис исчезал, хотя по уравнению, этот показатель должен оставаться неизменным, несмотря на скорости изменения.
Термогальванический гель охлаждает и подзаряжает батареи одновременно
Группа ученых из Китая провела успешный эксперимент по проверке нового материала – термогальванического геля. Он был специально разработан для устранения ахиллесовой пяты современных литий-ионных батарей, которые сильно нагреваются при работе. Идея в том, чтобы не просто отводить избыточное тепло, а сразу же превращать его в электроэнергию.
Сейчас для поддержания мощных батарей в электромобилях в оптимальных тепловых условиях их принудительно охлаждают. То есть, сначала система расходует энергию на нагрев элемента, а потом еще и на охлаждение – это трудно назвать рациональным подходом. Китайские ученые разработали гидрогель с особой структурой, в котором по мере нагревания высвобождается все больше ионов. Они передвигаются между двумя электродами и порождают электрический ток.
Тепло, которое остается после запуска электронов, идет на нагрев содержащейся в гидрогеле воды. В конечном итоге она испаряется, отводя это тепло от системы. Но после прекращения подогрева гидрогель, наоборот, начинает впитывать влагу из воздуха, пока не стабилизируется. Ученые пока затрудняются сказать, как поведет себя система при длительной постоянной работе – не исключен риск пересыхания самого гидрогеля.
В ходе эксперимента использовалась пленка толщиной 2 мм, которой обернули батарею смартфона. Ученым удалось получить снижение температуры на 20 градусов и выработать при этом 5 микроватт энергии. Конечно, показатель невысок, но и технология экспериментальная. Подобно системам рекуперации энергии торможения, она может стать вспомогательным модулем в общей энергосети электромобиля.
Новый инструмент определяет рекордные 82% deepfake-видео
В сентябре 2019 года Facebook запустила Deepfake Detection Challenge (DFDC) — конкурс на разработку автономных алгоритмических систем для обнаружения deepfakе-видео. Теперь платформа рассказала о самых удачных наработках — к примеру, модель победителя конкурса смогла определить поддельные материалы в рекордных 82% случаев.
Facebook потратила на конкурс около 10 млн долларов и наняла более 3,5 тыс. актеров для создания тысяч видеороликов. Исследователи специально делали видео плохого качества, но с лицами известных людей. Другая часть выборки полностью состояла из deepfake-видео, которые они взяли из YouTube и других платформ.
Затем компания передала эти наборы данных исследователям. Часть из них не была deepfake-видео — они лишь скорректировали частоту кадров и качество, добавили накладки на изображения. Набор также включал в себя «неглубокие поддельные видео», которые алгоритм мог упустить.
В социальной сети добавили, что в конкурсе приняли участие 2 тыс. участников, которые представили 35 тыс. моделей. Самые неудачные из них имели точность лишь 50% (инженеры Facebook объяснили, что «это чуть лучше, чем совсем бесполезно»). Остальные модели же достигали точности в 80%, причем их обучали лишь несколько месяцев.
«Честно говоря, я был очень разочарован тем, сколько времени и энергии умные исследователи вкладывают в создание подделок. Они могут нанести вред без соразмерных инвестиций в методы обнаружения и борьбы с их плохим использованием, — заявил технический директор Facebook Майк Шроепфер. — Мы попытались сделать акцент на инструменты и технологии, которые помогут нам бороться с ними не только на нашей платформе».
