понедельник, 6 февраля 2012 г.

Фотонные кристаллы готовят очередной переворот

Фотонные кристаллы готовят очередной переворотНовый высокотемпературный фотонный кристалл однажды сможет сполна обеспечить энергией всё сущее — от смартфонов до космических кораблей.

Команда исследователей из Массачусетского технологического института (США) разработала метод получения высокотемпературной версии такого материала, как фотонный кристалл. В качестве рабочего вещества использовались металлы тантал и вольфрам. Материал, способный работать при температурах до 1 200 ˚С, причём практически от любого источника тепла, мог бы найти применение в самом широком спектре приложений. Это и питание мобильной электроники, и энергия для кораблей, путешествующих в глубоком космосе, но ещё и новый вид инфракрасных излучателей, которые пригодятся в качестве химических детекторов или сенсоров.

В сравнении с предыдущими попытками получения высотемпературных фотонных кристаллов (ФК) эта самая-самая. По словам учёных, они производят фотонный материал проще, надёжнее и с высоким выходом. Важно и то, что, ввиду готовности промоборудования, способ не разорит массовое производство. Технология может использовать методы микрообработки и существующую технику по производству компьютерных чипов.

Как известно, у природы есть свои ФК; к ним, например, относятся опалы, чьи радужные цвета обусловлены слоистой структурой, имеющей масштаб, сравнимый с длинами волн видимого света. А вот учёные из MIT, опираясь на наноинжиниринг, взялись за кристаллы для инфракрасной области. Все ФК имеют один и тот же мотив в кристаллических решетках, где пустоты одного слоя перекрываются сверху и снизу материалом соседних слоёв, что обеспечивает возможность селективно «фильтровать» длины волн, поглощая одни и пропуская другие.

ФК, способные оперировать при очень высоких температурах, могли бы очень пригодиться в таких областях, как солнечно-тепловая конверсия, солнечно-химическая конверсия, приборы и движители на радиоизотопах, генераторы на углеводородах и, конечно же, в качестве компонентов систем по извлечению энергии из тепла, производимого электростанциями и заводами. Но, увы, на пути к созданию таких материалов всегда было слишком много препятствий. Высокая температура может приводить к испарению кристалла, диффузии, коррозии, растрескиванию, плавлению или быстрым химическим реакциям в его наноструктурах. Чтобы одолеть все эти проблемы, исследователи начали с компьютерного моделирования, дабы теоретически рассчитать геометрию будущего материала, которая позволила бы избежать повреждений, связанных с нагревом кристалла. В качестве рабочего вещества был выбран вольфрам высокой чистоты.

Исследование вызвало особое внимание НАСА, благодаря реальной возможности обеспечения энергией экспедиций в глубокий космос, где нельзя использовать Солнце. Такие миссии должны оснащаться тепловыми генераторами на ядерном топливе (ничего другого, столь же мощного, долгоиграющего и компактного у человечества пока нет). Например, новый марсоход Curiosity, что прибудет на Марс этим летом, как раз использует радиоизотопную термоэлектрическую систему, а потому сможет работать несколько лет (в отличие от аналогов на солнечных батареях, чья жизнь замирает с наступлением марсианской зимы).

Если коротко и доходчиво, то вот как это выглядит: ФК, нагреваясь, поглощает тепло, а затем, проведя внутреннюю «фильтрацию», излучает на фотогальванические ячейки специально подобранной солнечной батареи именно те длины волн, которые батарея преобразует в электричество с максимальной эффективностью. В дополнение к производству энергии тот же ФК может использоваться именно для получения инфракрасного света, причём очень узкого спектра. Это способно привести к появлению высокоточных методов спектроскопического анализа материалов, а также к созданию чувствительных химических детекторов.

Разумеется, предсказать, когда та или иная разработка воплотится в коммерческих продуктах, невозможно, но, по словам авторов это может случиться уже в ближайшие два года, но наиболее вероятный срок — пять лет.

Более подробно метод и характеристики получаемых материалов представлены в свежем выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Science.

Подготовлено по материалам MIT news.

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Космос":

Более 6 тысяч человек откликнулись в США на вакансии астронавта НАСА
Американское аэрокосмическое агентство НАСА сообщило, что к ним поступило более 6,3 тысячи заявок от желающих стать астронавтом, говорится в распространенном НАСА заявлении. Недавно агентство объявило конкурс на 15 вакансий штатных астронавтов НАСА. "Прекрасное время, чтобы вступить в ряды НАСА. Наши новые астронавты смогут летать на первых коммерческих ракетах до космической станции", - заявил...
  (читать дальше)

Роскосмос введет ведомственную приемку космической продукции
Федеральное космическое агентство вводит собственную ведомственную приемку космической продукции, которая дополнит отдел технического контроля (ОТК) и военную приемку, заявил в эфире радиостанции "Эхо Москвы" Владимир Поповкин. "Мы сейчас создаем ведомственную приемку Роскосмоса всего спектра продукции. Это не означает замену ОТК, и не значит, что мы пытаемся заменить военную приемку. Это будут ...
  (читать дальше)

Роскосмос договаривается с НАСА и ЕКА о проведении "Марса-500" на МКС
Эксперимент по моделированию межпланетного полета "Марс-500" может быть повторен в условиях космоса - на Международной космической станции, заявил глава Роскосмоса Владимир Поповкин. "Марс-500" - это была очень полезная вещь с точки зрения познания психологии человека... Мы сейчас серьезно рассматриваем возможность повторения этого эксперимента в космических условиях. И ведем консультации с НАСА...
  (читать дальше)

Поповкин: российские космонавты смогут высадиться на Луне к 2020 году
Экспедиция российских космонавтов с высадкой на Луне может быть реализована к 2020 году, заявил в четверг глава Роскосмоса Владимир Поповкин. "Сегодня наука созрела для того, чтобы использовать Луну. Я думаю, что к 2020 году человек будет на Луне", - сказал Поповкин в интервью радиостанции "Эхо Москвы". Глава Роскосмоса напомнил о том, что был объявлен открытый конкурс в космонавты, и любой гра...
  (читать дальше)

Запуск "Протона" с голландским спутником SES-4 назначен на 15 февраля
Запуск ракеты-носителя "Протон-М" с разгонным блоком "Бриз-М" и голландским спутником связи SES-4 (NSS-14), который первоначально планировался на конец декабря, а затем несколько раз откладывался из-за технических проблем, назначен на 15 февраля, сообщает компания International Launch Services (ILS). ILS осуществляет маркетинг ракет-носителей "Протон-М" на мировом рынке. Владельцем контрольного ...
  (читать дальше)

Поповкин: "Союзы" в Куру обеспечат доход для космической отрасли
Создание старта для российских "Союзов" на европейском космодроме Куру во французской Гвиане на годы вперед обеспечит постоянный доход для российской ракетно-космической отрасли, заявил глава Роскосмоса Владимир Поповкин. "Мы закончили в 2011 году такой контракт с Европейским космическим агентством, как создание старта на их космодроме в Куру во французской Гвиане. Это по сути дела как построить...
  (читать дальше)

На космическую программу РФ могут направить 150-200 млрд руб в год
Финансирование новой Федеральной космической программы в рамках стратегии развития отрасли до 2030 года может составить 150-200 миллиардов рублей в год, заявил журналистам глава Роскосмоса Владимир Поповкин. "Если говорить реально, то в рамках ФКП необходимо порядка 150-200 миллиардов рублей ежегодно", - сказал он. Поповкин отметил, что, по оценке экспертов, для нормального функционирования эко...
  (читать дальше)

Запуск следующей экспедиции к МКС предварительно намечен на 15 мая
Запуск следующей экспедиции на Международную космическую станцию (МКС), который должен был состояться 30 марта, теперь намечен на 15 мая текущего года, сообщил в четверг РИА Новости начальник управления пилотируемых программ Роскосмоса Алексей Краснов. Ранее сообщалось, что запуск новой экспедиции на МКС перенесен из-за проблем, возникших при испытаниях спускового аппарата пилотируемого корабля ...
  (читать дальше)

Проблемы с "Союзом" не скажутся на работе МКС - НАСА
Проблемы с "Союзом", из-за которых старт новой экспедиции к МКС был отложен на полтора месяца, не повлияют на работу Международной космической станции, а лишь сдвинут график пусков в 2012 году приблизительно на пару недель, сообщил журналистам руководитель программы МКС в НАСА Майкл Саффредини. Ранее сообщалось, что запуск новой экспедиции на МКС, намеченный на 30 марта, перенесен на 15 мая из-з...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)