Микросуперконденсаторы позволят электронным чипам самим хранить необходимую для их работы энергию

Характеристики и возможности аккумуляторных батарей в наше время улучшаются достаточно стабильными темпами, однако эти технологии обладают и рядом существенных недостатков. Аккумуляторные батареи не очень надежны, они неспособны моментально отдавать большое количество накопленной в них энергии и их структура очень тяжело поддается миниатюризации. Однако, у аккумуляторных батарей имеется конкурент, практически лишенный всех вышеперечисленных недостатков, суперконденсатор. И учеными из университета Дрекселя и университета Пола Сэбэтира удалось создать столь миниатюрные суперконденсаторы, что их можно включать в состав электронных чипов, давая последним возможность накапливать энергию, необходимую для их функционирования.

Создание микросуперконденсаторов является кульминацией пяти лет исследований, проведенных Юрием Гоготси (Yury Gogotsi) и Патрисом Саймоном (Patrice Simon). Кроме того, что исследователям удалось создать сверхминиатюрные устройства накопления и хранения энергии, им удалось привести технологический процесс их изготовления в соответствие с нормами производства кремниевых полупроводниковых приборов и микросхем.

"Мы стремились создать не только устройство аккумулирования энергии, столь малое, как чип электронной микросхемы" - рассказывает Патрис Саймон, - "Мы создавали устройство, которое способно стать частью чипа и которое можно изготовить при помощи обычных технологий производства кремниевых микросхем".

Крошечные суперконденсаторы изготовлены на базе тонких пленок из углеродистого материала, карбида титана (TiC), которые осаждаются на поверхность кремниевой подложки. Удельное электрическое сопротивление, толщину, механическую прочность и множество других параметров суперконденсатора можно варьировать в широких пределах, изменяя параметры процесса производства. Этим можно адаптировать структуру создаваемых суперконденсаторов под требования каждого конкретного чипа и под особенности структуры его кристалла.

"Элементы современных смартфонов и другой миниатюрной электроники будут сокращаться в будущем вплоть до микромасштаба. Однако, большинство имеющихся аккумуляторных микробатарей уже будут не в состоянии удовлетворить энергетические потребности таких устройств, даже несмотря на их энергетическую экономичность" - рассказывает Патрис Саймон, - "Однако, наши суперконденсаторы легко смогут справиться с такой работой, не просто справиться, а справиться намного лучше аккумуляторных батарей. Ведь они имеют гораздо более высокую емкость, нежели батареи сопоставимых размеров, могут отдавать большую мощность и не подвержены процессу временной деградации".

Первыми областями применения миниатюрных суперконденсаторов могут стать чипы меток радиочастотной идентификации (RFID), чипы датчиков, медицинские имплантаты и другие миниатюрные электронные устройства с низким уровнем потребления энергии. Кроме этого, подобные устройства имеют право на жизнь и вне мира электроники, углеродистые пленки, имеющие поры, размером с молекулу, могут быть использованы в качестве основы совершенно новых электрических методов фильтрации газов, опреснения воды и очистки различных химических веществ.

Источник

Разработана новая сверхэффективная Wi-Fi-технология

Группа программистов и электронщиков из Вашингтонского университета разработала чрезвычайно эффективную с энергетической точки зрения технологию беспроводной связи Wi-Fi, для работы которой требуется в 10 тысяч раз меньше энергии, чем для работы обычных компонентов Wi-Fi-сетей. Такая технология позволит встраивать Wi-Fi-компоненты в более широкий круг малогабаритных электронных устройств и устройств так называемого Интернета Вещей (Internet of Things, IoT). А более подробные детали, касающиеся новой технологии, получившей название Passive Wi-Fi, будут представлены на симпозиуме USENIX Symposium on Networked Systems Design and Implementation, который будет проходить в марте этого года.

Как указывает название Passive Wi-Fi, эта технология является частично пассивной, она работает, используя энергию радиоволн, излучаемых внешним источником. Поступающие извне радиоволны модулируются сигналом с данными и отражаются от поверхности специальной антенны. "Части системы, отвечающие за организацию беспроводной сети и потребляющие обычно достаточно значимое количество энергии, сделаны пассивными. Такой подход позволил нам реализовать самый эффективный на сегодняшний день вид беспроводной связи" - пишут ученые.

Новая Wi-Fi-технология работает весьма подобно работе систем радиочастотной идентификации Radio Frequency Identification (RFID), на основе обратного отражения радиочастотных сигналов. Обратное отражение сигналов Wi-Fi уже использовалось ранее для организации узкополосных коммуникационных каналов для IoT-устройств. Технология BackFi, разработанная в прошлом году исследователями из Стэнфордского университета, могла обеспечить пропускную способность в 5 мегабит в секунду.

Однако, для полноценной работы Wi-Fi сети требуется гораздо более высокая пропускная способность и в традиционном варианте эта пропускная способность обеспечивается за счет увеличения мощности сигнала передающих устройств. В технологии Passive Wi-Fi, которая, к слову, совместима с обычной Wi-Fi-технологией, также имеется источник мощного сигнала, правда он может быть только одним. Именно сигнал от этого источника отражается и модулируется информацией антеннами пассивных устройств.

Опытные образцы устройств Passive Wi-Fi способны работать на скоростях обмена информацией до 11 мегабит в секунду и на расстояниях до 30 метров. Несмотря на не очень впечатляющие характеристики, такая технология уже вполне способна заменить собой Bluetooth и другие технологии, обеспечивая, при этом, высокий уровень безопасности, предоставляемый стандартами Wi-Fi.


Источник

Астрономы обнаружили галактику NGC 4569, за которой тянется огромный шлейф "потерянного" газа

Группа ученых-астрономов, возглавляемая доктором Алессандро Бозелли (Dr Alessandro Boselli) из Астрофизической лаборатории в Марселе (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille), Франция, обнаружили одно из весьма необычных явлений, "хвост" из газа, длиной более 300 тысяч световых лет, тянущийся за галактикой, которая движется с достаточно большой скоростью. Этот шлейф состоит преимущественно из водорода, из основного материала, используемого процессами формирования молодых звезд, и длина этого шлейфа приблизительно в пять раз больше размеров галактики, которая и "растеряла" весь этот газ.

"Ученые заметили уже достаточно давно, что в галактике NGC 4569 содержится гораздо меньше газа, чем должно было быть" - рассказывает Лука Кортезе (Luca Cortese), астрофизик из Международного центра радиоастрономических исследований (International Centre for Radio Astronomy Research), - "Но раньше мы не могли выяснить точно, куда же подевался этот газ".

"Теперь же, вооружившись новыми астрономическими инструментами, мы увидели массивный поток, состоящий из огромной массы газа, который словно вытекает из убегающей галактики" - рассказывает доктор Бозелли, - "И самым замечательным является то, что масса потока газа полностью соответствует массе газа, недостающего в галактике".

Галактика NGC 4569 находится в районе скопления Девы (Virgo cluster), группы галактик, находящихся на удалении 55 миллионов световых лет от Млечного Пути. Эта галактика движется по отношению к скоплению со скоростью 1200 километров в секунду. И именно такая скорость является причиной потери галактикой своих запасов газа.

Данное открытие было сделано при помощи новой сверхчувствительной камеры, установленной на канадско-французском телескопе (Canada France Hawaii Telescope), расположенном на Гавайях. Теперь же, при помощи этого инструмента, ученые планируют обнаружить еще множество подобных явлений, которые несут достаточно большое количество информации о космической среде, которая присутствует в скоплениях галактик, в галактиках и в космических объектах еще больших масштабов.

Источник

Ученые научились контролировать сверхбыстрое движение электронов при помощи лазерных импульсов

Международная группа ученых разработала технологию управления сверхбыстрым движением электронов при помощи импульсов света, вырабатываемых лазером на свободных электронах Free Electron Laser FERMI. Данное достижение открывает путь к изучению сложных и быстрых явлений аттосекундного масштаба времени, которые являются основой всех естественных процессов в природе, включая фотосинтез, катализ и биохимические процессы.

Следует отметить, что химические, физические и биологические процессы в природе являются весьма динамичными, большинство из них зависит не только от атомарной и электронной структуры задействованных в них веществ, но и на скорости взаимодействия различных компонентов. Для изучения этого аспекта было введено понятие "фемтохимия", за которое ученый Ахмед Зевейл (Ahmed Zewail) удостоился Нобелевской премии в 1999 году. Фемтохимия является процессом изучения и контроля динамических химических реакций при помощи сверхкоротких фемтосекундных импульсов лазерного света. Это масштаб времени, которое требуется для образования химических связей во время реакций, таких, как горение.

Однако естественные процессы являются еще более быстрыми. Процессы, затрагивающие атомы молекул, происходят в течение фемтосекунд, но процессы, в которых принимают участие электроны, происходят гораздо быстрее, ведь они двигаются в тысячи раз быстрее, нежели атомы. Типовое время, за которое электроны могут быть задействованы в том или ином процессе, составляет сотни или десятки аттосекунд (одна миллиардная одной миллиардной доли секунды).

Группа, в состав которой входили ученые из Италии, Японии, России (Московского государственного университета имени Ломоносова) и Германии, использовали импульсы, состоящие из света с двумя различными длинами волн. Изменением параметров импульса и соотношения в нем фотонов с различной длиной волны, ученые добились надежного управления направлением и интенсивностью излучения потока электронов, выбиваемых светом из атомов. При этом, временное разрешение такой технологии управления составило всего 3 аттосекунды, что дает ученым в руки возможности исследований и контроля чрезвычайно быстрых процессов.

"Данное достижение дает ученым всего мира возможность изучения и управления ультрабыстрыми процессами, к которых задействовано движение электронов в аттосекундных временных рамках" - рассказывает Кииоши Уеда (Kiyoshi Ueda), руководитель группы университета Тохоку (Tohoku University), Япония, - "Теперь мы можем контролировать сложные процессы, к примеру фотокаталитические и другие, в которых главную роль играет перенос электрических зарядов. А все это, в свою очередь, может послужить основой для создания множества новых технологий, которые будут служить во благо всего человечества".

Источник

Китай приступает к строительству передвижных плавающих ядерных электростанций

Продолжая развитие своей отрасли ядерной энергетики, Китай приступил к процессу строительства по крайней мере трех экземпляров передвижных плавающих ядерных электростанций, которые обеспечат энергией удаленные места морской нефте- и газодобычи. Строительство этих электростанций, согласно планам, будет завершено к 2019 году, после чего они будут постоянно находиться в экстерриториальных водах и смогут переместиться в любую точку Мирового океана.

Помимо обеспечения энергией мест морской добычи газа и нефти при помощи плавающих ядерных станций Китай сможет начать поставку энергии в любую нуждающуюся в этом страну. Для этого будет достаточно подогнать станцию к береговой линии и протянуть на берег электрические силовые кабеля. Кроме этого, таким же образом может быть обеспечено энергоснабжение любого из искусственных островов, которые сейчас активно возводятся в акватории Южно-Китайского моря.

В настоящее время Китай потребляет самое большое количество электроэнергии по отношению к любой другой стране. Согласно Мировой Книге Фактов (World Fact Book), за 2014 год Китай потребил около 5.4 миллиарда мегаватт-часов, для сравнения, в США за этот же год было потреблено около 4.6 миллиардов мегаватт-часов. Такая уйма энергии производится в Китае преимущественно тепловыми электростанциями, работающими на угле. Из-за этого Китай расходует уголь в количестве, сопоставимом с уровнем его потребления во всем остальном мире. Кроме этого, угольная энергетика является самой грязной на сегодняшний день и это наносит огромный ущерб экологической обстановке в данном регионе.

Единственным выходом из сложившейся в энергетике Китая ситуации является переход на "ядерные рельсы". И этот процесс идет все ускоряющимися темпами. Сейчас в Китае уже работает 30 атомных электростанций, 24 станции находятся в процессе их строительства, а к 2050 году их количество будет составлять 110.

Но китайские плавающие ядерные станции будут не первыми и единственными в мире. Россия уже в течение достаточно долгого времени ведет работы в рамках собственного проекта и первая российская плавающая ядерная станция, имеющая название "Академик Ломоносов", если звезды займут удачное положение, будет спущена на воду в октябре этого года.

Источник