Виды на оксиды
Ученые Томского государственного политехнического университета (ТПУ) разработали технологию получения нанодисперсных и ультрадисперсных порошков оксида железа путем плазмодинамического синтеза. Область применения полученных материалов оказалась очень широкой.
Нанодисперсные и ультрадисперсные порошки оксида железа в лаборатории ТПУ получают с помощью ускорителя плазмы: плазменный разряд, проходя через стальную трубу, собирает с ее стенок металл, который попадает в камеру-реактор, заполненную кислородом. В результате плазмохимической реакции синтезируются наночастицы оксида железа. Особенность метода, используемого политехниками, в том, что, меняя параметры реакции, ученые получают разные фазы оксида железа, обладающие разными свойствами и имеющие собственную область применения.
Так, один из видов оксида железа — магнетит — используется в медицине как транспортная ячейка для лекарственных препаратов.
“За счет уникальных магнитных свойств эти частицы при маленьких размерах (менее 50 нм) легко намагничиваются. Нанеся на частицу лекарственный препарат, с помощью магнитного поля мы можем доставить ее в любую точку организма. Например, зная, где у пациента раковая опухоль, можно адресно доставить туда лекарство. Когда транспортная ячейка “приезжает” в нужное место, ее разогревают при помощи переменного магнитного поля, освобождая тем самым лекарство. Сами же частицы магнетита для организма абсолютно безвредны и легко из него выводятся, — рассказывает один из разработчиков, аспирант Энергетического института ТПУ Иван Шаненков.
Кроме того, частицы магнетита способны поглощать до 99,99% электромагнитного излучения. Этот порошок можно использовать как маскирующее покрытие для военной техники, а также для защиты оптоволоконных кабелей и другого ИT-оборудования от высокочастотных помех при высокоскоростной передаче данных.
Добавим, альфа-фаза оксида железа служит основой для универсального дактилоскопического порошка, разработанного учеными Томского политеха. Его состав позволяет снимать четкие отпечатки пальцев практически с любых материалов, даже с полиэтилена и фольги.
“Нам также удалось получить очень редкую эпсилон-фазу оксида железа, причем с высокой чистотой — до 90%. Это под силу только двум научным группам в мире: одна из них из Японии, другая — из Чехии. При этом процесс получения эпсилон-фазы у зарубежных коллег занимает от суток до трех недель. Преимущество нашего метода в его скорости: сам синтез длится порядка одной миллисекунды, весь процесс вместе со сбором порошка — около часа”, — добавляет аспирант.
Свойства и сферы применения этого вида порошка оксида железа еще практически не изучены. Однако уже известно, что он может применяться для длительного хранения информации на записывающих магнитных устройствах благодаря своей коэрцитивной силе (коэрцитивная сила — значение напряженности магнитного поля, необходимое для полного размагничивания ферро- или ферримагнитного вещества), одной из самых больших среди всех простых материалов, известных человечеству. Кроме того, этот материал способен успешно работать в терагерцовом диапазоне частот (спектр частот между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами), к которому современная техника только “подбирается”. Как отмечает Иван Шаненков, другие свойства эпсилон-фазы его научному коллективу только предстоит исследовать.
Пресс-служба ТПУ
Смещение покажет
Новую модель краткосрочного прогнозирования сейсмических событий разработал профессор Школы естественных наук Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) Семен Гордеев в соавторстве с кандидатом технических наук Викторией Волошиной. Уникальная технология позволяет оперативно предсказывать землетрясения и, по оценкам авторов, может с успехом применяться на островах Тихого океана.
Изобретатели предлагают использовать реперные (метеорологические) станции и сейсмодатчики, которые измеряют их высотную отметку и горизонтальное смещение. Сеть таких станций, размещенных в определенном порядке на обширной территории острова или материковой зоны, отслеживает смещение контролируемых отметок, что является предвестником сейсмического движения. Технология была представлена на международной научной конференции и вызвала большой интерес у японских ученых.
“Предложенная модель прогнозирования основана не на косвенных признаках сейсмических событий, а на изучении данных геофизических процессов, приводящих к землетрясениям. Подобная технология прогнозирования предлагается к использованию впервые не только в российской, но и в мировой практике”, — подчеркнул профессор Семен Гордеев.
Ученые отмечают, что новый способ позволяет оперативно анализировать данные и своевременно предупреждать службы и население о вероятных толчках земной коры. Также технология будет полезна для учета сейсмического фактора при выборе места строительства таких потенциально опасных объектов, как атомные электростанции. Разработанный программно-аппаратный комплекс может применяться на островах, лежащих за континентами с высокими горными массивами (острова Курильской гряды, Сахалин, Япония, Филиппины, Тайвань и другие).
Пресс-служба ДВФУ
На век хватит?
Ученые Самарского национального исследовательского университета им. академика С.П.Королева разработали технологию, которая позволяет создать батарейку со сроком службы более 100 лет.
Технология базируется на идее преобразования энергии, которую излучает радиоактивный источник, в электрическую энергию. “Благодаря возникновению электрона изотопа, который генерирует источник бета-излучения, мы создаем аналог фотопреобразователя, но при этом нам не нужно солнце”, — подчеркивает научный руководитель и главный конструктор проекта, доцент кафедры радиофизики, полупроводниковой микро- и наноэлектроники Самарского университета Виктор Чепурнов.
Над созданием источников питания, которые могли бы работать за счет энергии радиоизотопов, сейчас трудятся ученые по всему миру. Экспериментальные образцы ядерных батареек существуют и в России, и в Швейцарии, и в США. Преимущество разработок ученых Самарского университета заключается в том, что создаваемый на основе их технологии продукт будет отличаться экологичностью, дешевизной и длительным периодом эксплуатации.
Эти преимущества обеспечиваются, во-первых, за счет применения в новой батарейке углерода-14 в качестве радиоактивного источника. Период полураспада этого элемента составляет 5700 лет и при этом, в отличие, например, от Ni-63, углерод-14 нетоксичен и отличается низкой стоимостью.
Во-вторых, в качестве “подложки” под радиоактивный элемент использовали принципиально новую пористую карбидокремниевую гетероструктуру. Технология, запатентованная учеными Самарского университета, совершенно отлична от традиционной: на готовой кремниевой подложке наращивается карбидная пленка методом эндотаксии. “Эта технология позволяет уменьшить стоимость “подложки” в 100 раз”, — отмечает член команды разработчиков Альбина Гурская.
Неоспоримым плюсом карбидокремниевой структуры также является ее устойчивость к радиации. При излучении изотопа она остается практически неизменной, что и позволяет говорить о том, что батарейка, изготовленная по этой технологии, будет работать неограниченно (по меркам человеческой жизни) долгое время.
Областью применения “вечных” батареек, в первую очередь, являются “технологии будущего”. Благодаря своим компактным размерам эти источники питания идеально подойдут для различного рода датчиков в автоматизированных системах управления и контроля, в том числе для бесперебойного мониторинга нефте- и газопроводов в течение всего их жизненного цикла в труднодоступных регионах Сибири, Дальнего Востока и Арктики.
Датчики с “вечной” батарейкой могут широко применяться и при создании сложных механизмов. “Мы научились делать нано- и мезопоры на подложке кремния, затем преобразовывать их нестабильные свойства в стабильные. То есть мы переводим фазу кремния в фазу карбида кремния. Это тоже полупроводниковый материал. Он химически более устойчив, способен работать при температуре до 350 градусов. Кремниевые датчики температур работают максимум до 200. Кроме того, карбид кремния в 10 раз радиационно пассивнее, чем кремний. В Чернобыле после аварии роботы переставали слушаться. Элементы на карбиде кремния выдерживают уровень облучения в 10 раз выше”, — комментирует Виктор Чепурнов.
Пристальное внимание автономным источникам питания уделяют разработчики автомобилей, в том числе “АвтоВаза”. Предполагается, что огромная масса датчиков должна работать независимо в “умном автомобиле” в пассивном или активном режиме. Интерес к таким источникам питания активно проявляют разработчики различных беспилотных аппаратов, поскольку для них крайне важны требования устойчивой работы легких по весу и в то же время с большой удельной мощностью источников питания.
Широкие возможности для использования новых батареек открываются и в медицине, в частности в кардиологии. Для кардиобольных остро стоит проблема замены элементов питания в датчиках кардиостимулятора, задающих ритм сердца. Повторную операцию могут выдержать далеко не все пациенты, и зачастую срок их жизни ограничен сроком работы кардиостимулятора.
Исследования ученых Самарского университета по разработке новой технологии создания элементов питания, работающих на радиоактивных изотопах, начались еще полтора десятка лет назад. Есть патент на технологию получения новых полупроводниковых структур. В 2015 году проект был поддержан федеральным Фондом содействия инновациям в рамках конкурса “Умник”. Этот проект также получил финансирование Нанотехнологического центра Самарской области (через специально созданное предприятие “БетаВольтаика”) в сентябре 2016 года, пройдя в течение более полутора лет жесткую экспертизу, во главу угла которой было поставлено условие подготовки реальной технологии и продукта.
Получение опытного образца нового элемента питания запланировано на октябрь-ноябрь этого года. В будущем предполагается тесное взаимодействие ученых Самарского университета по этой теме с госкорпорацией “Росатом”, ОИЯИ (Дубна), НИТУ “МИСиС”, ПИЯФ (Гатчина), МГУ, предприятием “Электровыпрямитель” (Саранск), группой компаний АКОМ, зарубежными партнерами. Научные доклады ученых Самарского университета по бетавольтаике вызвали широкий интерес ученого сообщества на ряде международных конференций, в том числе на Сессии Отделения ядерной физики Российской академии наук в ОИЯИ в городе Дубна.
Центр по связям с общественностью СНИУ
им. академика С.П.Королева
Нет комментариев