Батареи из куриного жира
Суперконденсаторы — это устройства для накопления энергии, которые играют важную роль в переходе к возобновляемым источникам энергии. Однако многие используемые в них материалы дороги и вредны для окружающей среды. Исследователи разработали метод получения электропроводящих углеродных наноструктур из отходов куриного жира для создания более экологичных электродов для суперконденсаторов.
Сначала они использовали газовую горелку для выжимания жира из курицы. Затем растопленный жир сжигали фитильным методом, аналогично масляной лампе. Образовавшуюся сажу, содержащую углеродные наноструктуры, собирали. Электронная микроскопия показала, что они представляют собой однородные сферические решетки из концентрических графитовых колец, похожие на слои лука.
Для улучшения электрических свойств углеродные наночастицы обрабатывали тиомочевиной. Полученные электроды продемонстрировали хорошую емкость, долговечность, высокую плотность энергии и мощности в асимметричном суперконденсаторе. Обработка тиомочевиной дополнительно повысила их характеристики.
Новый суперконденсатор смог успешно питать светодиоды разных цветов, что демонстрирует практическое применение технологии. Со слов учёных, использование пищевых отходов вместо дорогих углеродных материалов делает этот метод более экологичным и экономичным способом производства энергоэффективных накопителей энергии.
Что ж, я брал эту новость в первую очередь из-за интересного названия и подхода, но как оказалось, можно её подвергнуть и критике. Если с экономичностью технологии можно согласиться, так как простота и дешевизна тут очевидны, то вот с экологичностью я бы поспорил. Даже если просто посмотреть на то, каким образом получают жидкий жир и углеродные наноструктуры. А как мы все понимаем, сжигание не есть экологичность. Но в общем и целом, решение как минимум интересное, особенно если получится расширить список потенциального сырья.
Источник: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c02753
Накопитель энергии на кристалле
Стремление уменьшить размеры и повысить энергоэффективность электронных устройств требует размещения накопителей энергии непосредственно на микросхемах. Однако существующие технологии не могут обеспечить необходимую высокую плотность энергии и мощности в таких миниатюрных конденсаторах.
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета в Беркли решили эту проблему, достигнув рекордных показателей в микроконденсаторах из искусственных пленок оксидов гафния (HfO2) и циркония (ZrO2). Они использовали материалы и технологии, уже применяемые в микросхемах.
В отличие от батарей, конденсаторы накапливают энергию в электрическом поле между обкладками, разделенными диэлектриком. Обычно конденсаторы имеют низкую плотность энергии, которая уменьшается при миниатюризации. Ученые создали пленки HfO2-ZrO2 со специальным составом, демонстрирующим отрицательный эффект емкости. При определенных условиях эти пленки способны очень легко поляризоваться даже слабым электрическим полем, что позволяет значительно увеличить накапливаемый заряд и энергию.
Добавление тонких слоев оксида алюминия позволило нарастить толщину пленок до 100 нм, сохранив их свойства. Пленки были интегрированы в 3D-структуры микроконденсаторов с глубокими траншеями в кремнии для увеличения емкости на единицу площади.
Полученные микроконденсаторы продемонстрировали плотность энергии в 9 раз и удельную мощность в 170 раз выше, чем у лучших современных электростатических конденсаторов. Это открывает новые возможности для эффективного накопления энергии непосредственно в микроустройствах, таких как датчики Интернета вещей, системы ИИ и передовые вычислительные системы.
Честно говоря, не сильно понимаю целесообразность такого подхода, ведь конденсаторы, какими бы они ни были, не сильно емкие и их всё равно придётся заряжать по тем же линиям, что и подается питание к чипам. К тому же, такая конструкция достаточно сложная, что 100% приведёт к ещё большему отбраковке, меньшему ресурсу, и явному удорожанию.
Источник: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07365-5
Роботы-улитки
Команда исследователей из Гонконгского университета создала модульных роботов, вдохновленных анатомией наземных улиток. Эти роботы имеют сферический металлический корпус, напоминающий раковину улитки, и широкие гусеничные движители с встроенными магнитами для передвижения по различным поверхностям.
Ключевая инновация — двухрежимный механизм соединения роботов, аналогичный тому, как улитки прикрепляются к поверхностям. В свободном режиме роботы используют магнитные гусеницы для плавного перемещения и реконфигурации, соединяясь и отсоединяясь друг от друга. В усиленном режиме выдвигается вакуумная присоска с направленными полимерными стержнями, имитирующими структуру гекконовых лапок, для создания очень прочного соединения.
Отдельный робот может преодолевать неровные каменистые поверхности, подниматься по ступенькам высотой до 1 см и пересекать небольшие зазоры благодаря мобильности своих гусениц. Однако для преодоления более крупных препятствий несколько роботов должны объединяться в большие конструкции, формируя своеобразные роботизированные руки или мосты совместными усилиями.
В экспериментах группы из нескольких роботов продемонстрировали возможность взбираться на каменные уступы высотой в 1,5 раза больше одного робота, преодолевать неровные булыжные дороги и даже пересекать траншеи шириной 30 см, образуя «живой» мост. Роботы также могут формировать манипуляционные «руки» для перемещения объектов.
По заверению учёных, такие модульные наземные роботы-улитки с реконфигурируемой архитектурой потенциально могут применяться для полевых исследований сложных ландшафтов, проведения поисково-спасательных работ в условиях разрушений, а также в будущем — для исследования поверхностей других планет в космических миссиях.
Честно говоря, выглядит необычно и на удивление компактно для своего функционала. Но лично у меня вызывает один лишь вопрос: насколько это автономно? Лично мне кажется, что длительность работы в связи с размерами крайне мала для заявленных применений.
Источник: https://www.nature.com/articles/s41467-024-47788-2
Шумоподавляющая ткань
В современном шумном мире нежелательные звуки остаются серьезной проблемой, будь то уличный гул (низкочастотный шумовой фон от транспорта и других источников) за окном, громкий телевизор соседей или звуки из офиса. Чтобы создавать тихое пространство, исследователи из MIT и других организаций разработали инновационную шумоподавляющую ткань.
Эта ткань, едва толще человеческого волоса, содержит специальное пьезоэлектрическое волокно (материала, который генерирует электрический сигнал при сжатии или сгибании за счет пьезоэффекта). Когда на волокно подается напряжение, оно начинает вибрировать. Используя эти вибрации, ткань может подавлять звук двумя способами.
В первом случае вибрирующая ткань генерирует звуковые волны, которые создают помехи нежелательному шуму, нейтрализуя его. Этот метод работает аналогично шумоподавляющим наушникам, но эффективен лишь в небольшом пространстве.
Второй, более эффективный метод заключается в удержании ткани неподвижной для подавления вибраций, являющихся ключевыми для передачи звука. Это предотвращает распространение шума через ткань, снижая его громкость за ее пределами. Данный подход позволяет снизить уровень шума в больших помещениях, например, в комнатах.
Используя обычные материалы вроде шелка, холста и муслина, исследователи создали практичные в использовании шумоподавляющие ткани. К примеру, из такой ткани можно изготовить перегородки в открытых офисах или тонкие звукоизолирующие стенки.
Размер пор ткани и ее механические свойства влияют на эффективность шумоподавления при разных частотах звука.
Тестирование продемонстрировало, что шумоподавляющая ткань может значительно снизить громкость звуков громкостью до 65 дБ (уровня оживленного разговора) в режиме создания помех, а в режиме виброгашения уменьшить передачу звука на 75%.
В дальнейшем исследователи планируют изучить возможность блокировки звука на нескольких частотах одновременно с помощью сложной обработки сигналов и дополнительной электроники. Также они хотят оптимизировать архитектуру самой ткани, варьируя число волокон, направление их размещения, величину подаваемого напряжения и прочие параметры для повышения эффективности шумоподавления.
По факту получились своего рода огромные динамики или же вибродемпферы, смотря в каком режиме работают. И у меня самого появилась идея создать шумодав работающий в пределах комнаты. Есть такие контактные динамики, у которых в качестве мембраны выступают поверхности с которыми они соприкасаются. Что если взять нейросеть, обученную на шумоподавление для обнаружения шума в комнате, и отправлять на динамик обратные волны этого шума, чтобы он как бы гасился в комнате? Вероятно, конечно, что соседи будут не в восторге от такого, ведь у них будет слышно весь шум, но зато в комнате будет тишина, особенно будет приятно, если соседи шумные.
Источник: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202313328
Технологии мидий в производстве
Наноразмерные материалы обладают уникальными свойствами, открывающими новые возможности в различных областях, таких как молекулярное зондирование и фототермическая терапия. Однако их применение затруднено из-за проблем с быстрым и равномерным нанесением монослоя наночастиц на поверхности, что критично для создания устройств.
Традиционный метод электростатической сборки, при котором наночастицы притягиваются к заряженной поверхности, имеет недостаток — длительное время процесса. Авторы вдохновились способом, которым мидии прикрепляются к поверхностям в воде, высвобождая аминокислоты для диссоциации (разделения) молекул воды.
Они разработали аналогичный «протонный» подход, вводя избыточные протоны для удаления гидроксильных групп с поверхности, усиливая электростатическое
