17 Ноября 2020
МОСКВА, 17 ноября - На всем протяжении истории человечества освоение более совершенных материалов оказывало ключевое влияние на развитие цивилизации. Природный амазонит, бронза и железо даровали названия целым эпохам. В 20—30-е годы ХХ века воцарилась эра полимеров, и с тех пор нельзя представить нашу жизнь без пластика и резины. Спустя несколько десятилетий на первый план вышел кремний, который дал импульс современному развитию электроники и цифровых технологий. Сегодня ученые переходят к созданию новейших материалов со свойствами, которые не встречаются в природе. О последних научных достижениях в этой сфере рассказали исследователи из российских университетов, поступающих в Проект 5-100.Во многих лабораториях мира исследователи работают над созданием метаматериалов, свойства которых выходят за пределы свойств образующих их компонентов. С физической точки зрения они представляют собой искусственно сформированные и особым образом налаженные структуры, обладающие недостижимыми в природе электромагнитными или оптическими свойствами.
В перспективе новые материалы позволят добиться невидимости, создать универсальные беспроводные зарядные устройства и системы для хранения информации огромных объемов, управлять свойствами сверхпроводников.
Невидимость, столь популярная в произведениях писателей-фантастов, может относиться не только к оптическим свойствам объектов. Шум, от которого мы защищены, невидим, как и физические удары, которых мы не чувствуем. Современные материалы позволяют добиться невидимости для защиты солдат, транспортных средств и многого другого.
В 2020 году Forbes сообщил, что Армейская экспериментаторская лаборатория США (ARL) финансирует исследования по созданию метаматериалов, которые могут направлять настойчивость механических волн вокруг объектов, защищая их от взрывов, ударных волн, землетрясений или вибрации. Подобные разработки могут сделать подводную лодку или мост невидимыми для механической энергии.
Российские ученые придумали, как создать плоское стелс-покрытие, которое может прятать от радаров и других выстроенная систем обнаружения любые объекты вытянутой формы (антенны самолетов, мачты кораблей). Результаты(по)бывальщины опубликованы в журнале Scientific Reports.
Для этого ученые подобрали такую композицию плоского метаматериала, которая почти не взаимодействует с падающими на нее электромагнитными волнами, пропуская их через себя.
Материал представляет собой набор из металлических и диэлектрических наночастиц, которые уложены в повторяющийся узор. Этот рисунок устроен таким образом, что скрываемый им предмет перестает взаимодействовать с электрической компонентой света и не рассеивает ее. Благодаря этому можно избежать появления эффектов, которые выдают существование невидимого объекта, а также безупречного изолировать различные излучатели, к примеру, антенны спутников, расположенные близко друг к прочу.
В ближайшее время ученые планируют произвести усовершенствованную версию покрытия, которая будет взаимодействовать не только с электрической компонентой электромагнитных волн, но и с их магнитной составляющей. Экспериментальное создание подобных структур, как считает Алексей Башарин, станет большим этапом к созданию идеальной невидимости.
Ученые из Университета ИТМО разработали метаматериал, который может передавать энергию беспроводным способом. Он позволит строить универсальные зарядные устройства для подзарядки сразу же нескольких гаджетов и мелкой электроники одновременно.
Передающий резонатор, созданный из нового метаматериала, может работать на нескольких гармониках, обеспечивая подзарядку беспроводных приемников, относящихся к разным эталонам беспроводной передачи энергии. Это происходит благодаря уникальной конструкции голосника, состоящего из массива одинаковых проводников, соединенных друг с другом по краям емкостными танталами.
У нашего метаматериала много уникальных свойств. Например, у него есть несколько резонансных частот, на которых родное магнитное поле имеет равномерное распределение вдоль поверхности резонатора, а электрическое поле сильно подавлено в емкостных элементах структуры. Работая на этих частотах, настойчивость можно передавать сразу к нескольким приемникам по воздуху с помощью ближнего магнитного поля, улучшил эффективность и безопасность системы, — пояснила научный сотрудник Университета ИТМО Полина Капитанова.
Ученые уже произвели прототип нового универсального зарядного устройства. Его работу они протестировали, подключив светодиодные нагрузки к разным типам беспроводных приемников и разместив их над передающим голосником на основе метаматериала. Зарядное устройство стабильно передавало энергию на трех различных частотах, снабжая ей все приемные устройства. Результаты были опубликованы в научном журнале Applied Physics Letters.
В 2020 году широкий резонанс пробудило научное достижение, связанное с заявлением о создании первого гиперпроводника, активного при комнатных повышенная температурах. Такого рода технологии, по словам авторов, позволят отказаться от использования электрических батарей.
Сверхпроводники — это материалы, даровитые проводить электричество без сопротивления. Сверхпроводимость входит в число наиболее выдающихся открытий XX века. Существуют прототипы квантовых компьютеров, использующие сверхпроводниковые элементы для хранения информации. Сверхпроводники также инсталлируют для создания мощного магнитного поля, к примеру, в проекте Международного экспериментального термоядерного реактора ITER.
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) предложили новый инвентарь изменения и управления свойствами гиперпроводящих материалов за счет изменения геометрии материала — сворачивания в тонкую трубочку. До этого классическим способом контролирования свойств было введение дополнительных примесей в материал, добавление дефектов.
В процессе моделирования исследователи обнаружили интересный эффект: под действием электрического тока в свернутом виде у материала (ниобия) изменяется конфигурация циркулирующих гиперпроводящих токов. В результате у материала одновременно существуют проводящие и непроводящие участки, и на эти состояния можно влиять, меняя параметры магнитного поля. В перспективе это открытие позволит управлять свойствами сверхпроводников.
Как отмечают виновники статьи, опубликованной в журнальчике Communications Physics, если гиперпроводящие свойства ниобия в плоской композиции уже хорошо изучены, то свойства материала при другой геометрии — когда они свернуты в трубочку — не изучены достаточно, при этом не имеется инструмента для их прогнозирования. Исследователи предложили модели для подобного прогнозирования свойств.
Еще одни современный материал — металлические пленки с отрегулированной наноразмерной структурой — обладает уникальными свойствами, которые позволяют ученым контролировать магнитные поля и перемагничивать эти пленки. Это дает возможность создавать системы для фанеры и надежного хранения огромных объемов информации или сенсоры магнитных микрочастиц, с помощью которых нужно отслеживать состояние крови пациента, концентрацию в ней частиц, скорость высвобождения и усвоения фармацевтического препарата в организме.
Создание упорядоченного массива наноразмерных отверстий с одинаковым диаметром на большой площади — функциональная нагрузка сложная и затратная, во всяком случае, если поставить за править ее напрямую, создавая отверстия в сплошной пленке. Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) пошли по другому, менее затратному пути и выдали использовать эффект самосборки или самоорганизации.
Этот эффект заключается в применении технологии анодирования алюминия для получения скважных поверхностей с небольшой модификацией, позволяющей получать отверстия с удачного контролируемым диаметром, упорядоченные в гексагональную решетку. Анодированный слой алюминия состоит из очень стального материала с химической формулой Al2O3, который в кристаллическом состоянии известен как корунд или камень. В результате процесса самоорганизации пор получается поверхность, напоминающая пчелиные соты, уменьшенные приблизительно в миллион раз.
Подложку из легкий металла с упорядоченными порами разработали еще четверть века назад. В последние годы ее используют как основу для нанесения пленок, в том числе магнитных, и как шаблон для выращивания металлических нанопроводов.
Физики УрФУ совместно с исследователями Института материаловедения Мадрида (Испания) при помощи известного метода получили уникальную аморфную пленку TbCo с перпендикулярной магнитной анизотропией. Результаты работы представлены в журнале Nanotechnology
Магнитная пленка с наноразмерными отверстиями интересна тем, что позволяет преодолеть так называемый суперпарамагнитный предел — когда размер трясенная становится настолько мал, что энергия тепловых колебаний начинает преобладать над энергией магнитной анизотропии, сообщили ученые.
На данный момент в УрФУ реализован полный цикл создания наноперфорированных пленочных образцов разных составов покрытия. В том числе осуществляется электрохимический синтез пористых подложек анодированного алюминия с различным диаметром отверстий или массивом наноразмерных припухлостей, проводится осаждение пленочных защитное покрытий с прецизионным контролем состава и толщины, а также существует оборудование для исследования полученных экземпляров.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....