БИНТИ

[АниКей]

[АниКей]

naked-science.ru
Свет заставил воду испаряться без нагрева

Группа ученых из Массачусетского технологического института в новом исследовании показала, что для испарения воды наличие тепла вовсе не обязательно. Есть другой способ справиться с такой задачей, причем даже более эффективно, чем с помощью нагрева.


Клубы светлого конденсата на стекле — это испарение воды из гидрогеля под действием зеленого света без нагрева / © Yaodong Tu, MIT

Со школьной скамьи известно, что испарение вещества (переход из жидкого состояния в газообразное) происходит при его нагревании, при температуре ниже температуры кипения. Кинетическая энергия каждой молекулы вещества увеличивается настолько, что они могут преодолеть потенциальную энергию притяжения соседних молекул и вылететь из жидкости, проще говоря — превратиться в пар. Как правило, в таких случаях источником энергии служит тепло, которое в земных условиях приносится в основном солнечным светом.

В последнее время некоторые исследователи, экспериментируя с похожим на губку материалом, известным как гидрогель, столкнулись с некоторыми странностями. В частности, они заметили, что вода, которая содержалась в гидрогеле, «в состоянии покоя» испарялась в два-три раза быстрее, чем когда на нее воздействовали тепловой энергией.

Чтобы узнать, в чем может быть причина столь странного испарения, команда ученых из Массачусетского технологического института (США) под руководством Яодонга Ту провела серию моделирований и экспериментов с гидрогелем, а также повторно изучила некоторые результаты исследований различных научных групп. Ученые пришли к неожиданному открытию. Оказалось, на границе раздела «воздух — вода» свет может напрямую вызвать испарение без нагрева. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Яодонг Ту и его команда поместили контейнер с гидрогелем, наполненным водой, на весы и последовательно подвергали его воздействию искусственного света с разной длиной волны. После чего отследили температуру над поверхностью гидрогеля и измерили массу, которую он потерял в результате испарения. Световые лампы ученые предварительно закрыли специальными экранами, чтобы исключить влияние тепла на систему.

Исследователи обнаружили, что вода испарялась гораздо быстрее, чем под воздействием тепла. Скорость испарения менялась от длины волны света и достигла максимума при длине волны зеленого света (от 500 до 565 нанометров). Авторы научной работы отметили, что эта зависимость от цвета не имеет никакого отношения к теплу, поэтому фактически подтверждает идею о том, что испарение воды связано именно со светом, а не с теплом.

Затем американские ученые воспроизвели этот же эксперимент в темноте, с помощью тех же материалов и установки, но с использованием электричества и без света. В новом опыте скорость испарения воды оставалась в пределах «тепловой нормы» и была намного ниже той, которая наблюдалась при воздействии света.

«Еще до начала нашего эксперимента мы предположили, что испарение вызывает именно свет. Пучки фотонов выбивают молекулы воды с ее поверхности, и происходит это только на разделе воздуха и воды, на поверхности гидрогеля», — пояснил Ту.

Авторы исследования уверены, что хотя их открытие было сделано в лаборатории, этот эффект будет наблюдаться и в окружающем мире, например на поверхности моря, каплях в облаках или тумане. Однако в природе тепло, вероятно, все равно будет выполнять основную часть работы по испарению вещества.

Команда ученых назвала новое явление «фотомолекулярным эффектом» и сейчас работает над тем, чтобы найти способ его применения в реальной жизни. В частности, они планируют использовать это явление для повышения эффективности систем опреснения, работающих на солнечной энергии, а также изучить его влияние на изменение климата.

[АниКей]

naked-science.ru

Китай представил новаторский тандемный беспилотник


На 25-й Китайской ярмарке высоких технологий (CHTF) в Шэньчжэне сотрудники Чанчуньского института оптики, точной механики и физики Китайской академии наук показали новаторский тандемный беспилотник с функцией вертикального взлета и посадки.

Новаторский тандемный китайский беспилотник / © CCTV
Инженеры сообщили, что новый дрон благодаря тандемной конструкции способен подниматься на высоту до 5500 метров и стабильно летать при сильном ветре и температуре до минус 40 градусов Цельсия.
Общий вес беспилотника — примерно 50 килограммов при полной загрузке, грузоподъемность составляет около 17-18 килограммов, а время автономной работы — до четырех часов. 

[АниКей]

planet-today.ru

Недавно созданный сверхтвердый материал может конкурировать с алмазом


Фото из открытых источников
Ученые решили загадку, которая длилась десятилетиями, и открыли практически неразрушимое вещество, которое может соперничать с алмазом как самый твердый материал на Земле. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.
Исследователи обнаружили, что когда предшественники углерода и азота подвергались воздействию экстремальной температуры и давления, полученные материалы, известные как нитриды углерода, были прочнее, чем кубический нитрид бора, второй по твердости материал после алмаза.
По словам экспертов, этот прорыв открывает двери для многофункциональных материалов, которые будут использоваться в промышленных целях, включая защитные покрытия для автомобилей и космических кораблей, высокопрочные режущие инструменты, солнечные панели и фотодетекторы.
Исследователи материалов пытались раскрыть потенциал нитридов углерода с 1980-х годов, когда ученые впервые заметили их исключительные свойства, в том числе высокую устойчивость к нагреву.
Однако после более чем трех десятилетий исследований и многочисленных попыток их синтеза никаких заслуживающих доверия результатов получено не было.
Теперь международная группа ученых, возглавляемая исследователями из Центра науки об экстремальных условиях Эдинбургского университета и экспертами из Университета Байройта, Германия, и Университета Линчепинга, Швеция, наконец добилась прорыва.
Команда подвергла различные формы прекурсоров углерода и азота давлению от 70 до 135 гигапаскалей — примерно в 1 миллион раз больше нашего атмосферного давления — и нагрела их до температуры более 1500°C.
Для идентификации атомного расположения соединений в этих условиях образцы освещались интенсивным рентгеновским лучом на трех ускорителях частиц — Европейском центре синхротронных исследований во Франции, Deutsches Elektronen-Synchrotron в Германии и Advanced Photon Source, базирующемся в Соединенные Штаты.
Исследователи обнаружили, что три соединения нитрида углерода содержат необходимые строительные блоки для сверхтвердости.
Примечательно, что все три соединения сохранили свои алмазоподобные свойства, когда вернулись в условия давления и температуры окружающей среды.
Дальнейшие расчеты и эксперименты показывают, что новые материалы обладают дополнительными свойствами, включая фотолюминесценцию и высокую плотность энергии, при которых большое количество энергии может храниться в небольшом количестве массы.
Исследователи говорят, что потенциальное применение этих сверхнесжимаемых нитридов углерода обширно, что потенциально позволяет позиционировать их как совершенные конструкционные материалы, способные конкурировать с алмазами.
«После открытия первого из этих новых материалов из нитрида углерода мы не могли поверить, что смогли создать материалы, о которых исследователи мечтали последние три десятилетия. Эти материалы дают мощный стимул для преодоления разрыва между синтезом материалов высокого давления и промышленным применением», - говорит Доминик Ланиэль.
«Эти материалы не только выдающиеся в своей многофункциональности, но и показывают, что технологически важные фазы могут быть восстановлены при давлении синтеза, эквивалентном условиям, обнаруженным на тысячах километров в недрах Земли. Мы твердо верим, что это совместное исследование откроет новые возможности. для поля», — говорит Флориан Трибель.

[АниКей]

[АниКей]

Российские ученые создали уникальный "нестареющий" термометр

© Пресс-служба ЮУрГУ
Читать ria.ru в https://ria.ru/20240115/nauka-1920914554.html?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop
МОСКВА, 15 янв — РИА Новости. Сотрудники ЮУрГУ создали устройство, которое измеряет температуру в несколько раз точнее, чем существующие в мире аналоги, и при этом не нуждается в регулярном техническом обслуживании, сообщили в пресс-службе вуза.
Чаще всего в промышленности и в технике для измерения температуры используются такие виды термометров, как термопара, термосопротивление и термистр, рассказал старший научный сотрудник лаборатории роста кристаллов НИИ перспективных материалов и технологии ресурсосбережения Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) Владимир Живулин.
«
"Все эти термометры со временем "стареют": их показания начинают отклоняться от эталона, причем погрешность может достигать 5-15 ⁰С. Поэтому через определенные промежутки времени специалисты вынуждены доставать из устройства сенсор и калибровать его. Например, в наших лабораторных печах это нужно делать раз в полгода, а в промышленности – после каждого технологического процесса", – объяснил он.
Однако в некоторых ситуациях, например, на космическом спутнике или на атомной станции, провести техобслуживание датчика температуры практически невозможно.

"До сих пор эта проблема решалась трудоемкими и нетехнологичными способами, например десятикратным дублированием датчиков. Но на опасных производствах всегда может случиться нештатная ситуация, когда термометры буквально сразу после поверки могут быть повреждены и затем передавать некорректные результаты", – отметил ученый.
Чтобы решить эту проблему, специалисты ЮУрГУ создали датчик, который способен сам себя независимо поверять в каждом цикле нагрева-охлаждения. В него входит основной измеритель температуры и эталон, с которым по контрольным точкам сверяются показания сенсора.

Старший научный сотрудник лаборатории роста кристаллов НИИ перспективных материалов и технологии ресурсосбережения ЮУрГУ Владимир Живулин
© Пресс-служба ЮУрГУ
1 из 2

"Все это – единая капсула, моноблок. Если видим, что происходит отклонение от контрольных точек, мы можем вычислить поправку на температуру, которую нужно ввести в расчеты и восстановить истинные значения. Для создания устройства мы использовали ферриты – химически инертный, термостабильный материал, на который не влияет даже высокий фон радиации", – рассказал Живулин.

Феррит – магнитный материал; при нагревании в нем происходят фазовые переходы, и при определенной температуре он становится немагнитным. Челябинские материаловеды из научной школы профессора РАН Дениса Винника научились контролируемо изменять температуру магнитного фазового перехода ферритов.
Исследователи выдвинули идею, что фиксируя магнитный фазовый переход, можно точно определять температуру феррита. Руководитель международной лаборатории технической самодиагностики и самоконтроля приборов и систем ЮУрГУ Александр Шестаков предложил создать сенсор, где в качестве эталона температуры выступал бы ферритовый элемент.

Вся разработка – от материала до конструкции, включая электронику – была спроектирована и изготовлена в ЮУрГУ. Прототип "нестареющего" термометра уже готов и проходит испытания. Уникальность проекта, по мнению создателей, в том, что челябинские разработчики могут воспроизвести полный цикл создания устройства, не прибегая к помощи сторонних организаций.

В вузе отметили, что на рынке существует всего один промышленный аналог, который производится в Германии, но российская разработка превосходит его по всем характеристикам.
"Германский сенсор может проводить поверку или калибровку всего лишь по одному температурному эталону, а в челябинском устройстве пять калибровочных точек, при этом они равномерно распределены по всему рабочему диапазону температур. Зарубежный прибор работает при температуре от 0 до 200 ⁰С, челябинский датчик – от 0 до 800⁰С. Этот диапазон широко применяется в атомной энергетике и металлургии", – сообщили в пресс-службе.

Кроме того, в университете считают, что "нестареющий" термометр найдет применение в научных лабораториях. По предварительной оценке, точность датчика составит плюс-минус 1 ⁰С. Ни одна термопара, существующая в мире, не может обеспечить измерение температуры в течение длительного времени с такой точностью, отметили специалисты.
По их словам, в течение года устройство будет доведено до совершенства и готово к передаче в промышленное производство.
Исследование реализуется в рамках программы "Приоритет-2030" национального проекта "Наука и университеты".

[АниКей]

В России поняли, как предотвратить хаотическое движение наноспутников
https://ria.ru/20240129/nauka-1923595500.html

МОСКВА, 29 янв – РИА Новости. Ученые Самарского университета предложили математический метод, который позволит анализировать и предотвращать хаотическое угловое движение космических наноспутников. Результаты исследований опубликованы в журнале Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation.
По словам ученых, обычно наноспутники выводят на орбиту попутным грузом и выбрасывают из пусковых контейнеров без контроля начальной ориентации и других параметров углового движения. В случае появления "хаоса в динамике" наноспутник начинает беспорядочно кувыркаться без достижения регулярной ориентации, пояснили исследователи.

Более того, беспорядочному вращению могут быть подвержены даже естественные малые спутники. Например, в 2015 году ученые НАСА установили, что естественные спутники Плутона Никта и Гидра движутся по своим орбитам, совершая хаотическое вращение, покачиваясь и постоянно переворачиваясь.

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева (Самарский университет) предложили метод, который позволит аналитически обнаружить и предотвратить это явление в динамике наноспутников.
Они модифицировали математический метод Мельникова, используемый для получения критерия возникновения хаоса, и изучили его новые аспекты.
«
"Оригинальный метод Мельникова работает только в тех случаях, когда в системе формально присутствует колебательное возмущение, действующее с установившейся амплитудой. Модификация же метода позволяет применять его в случаях естественного затухания", – пояснил заведующий кафедрой теоретической механики Самарского университета Антон Дорошин.
В качестве основного примера использования новой модификации метода было изучено движение модульного наноспутника. Как сообщили в вузе, результаты показали, что применение модификации в конкретных расчетах позволило определить важные параметры диссипации – рассеивания энергии за счет внутренних процессов.

По словам ученых, в конечном счете это позволяет найти динамические параметры наноспутника, обеспечивающие самопроизвольное подавление хаотического движения, что очень важно для практики космического полета.
По словам ученых, в конечном счете это позволяет найти динамические параметры наноспутника, обеспечивающие самопроизвольное подавление хаотического движения, что очень важно для практики космического полета.

Кроме того, как добавили ученые, в рамках исследования в условиях нулевой диссипации ("идеализированный случай") был проведен анализ зависимости интенсивности развития хаоса от частоты возмущающих колебаний в механической системе наноспутника. Анализ показал, что в системе существует самая опасная частота возмущений, которая может приводить к максимальным хаотическим эффектам.
"Величина этой опасной частоты зависит не только от свойств конструкции, но и содержит в себе целый комплекс параметров, включая инерционно-массовые величины наноспутника и его начальную кинетическую энергию", – отметил Дорошин. При этом он подчеркнул, что полученную оценку для величины этой частоты необходимо будет учитывать при проектировании космических миссий с наноспутниками.

[АниКей]

[АниКей]

[ОАЯ]

Аккумуляторы

[Veganin]

https://ria.ru/20240430/luch-1943100861.html?in=l

МОСКВА, 30 апр — РИА Новости. Гамма-всплески могли привести к гибели всех инопланетных цивилизаций, рассказал профессор физики и астрономии Университета Стоуни-Брук Фредерик Уолтер в интервью британскому изданию Daily Mail.

"Подсчитано, что гамма-всплески происходят во всех галактиках раз в сто миллионов лет или около того. За миллиард лет в среднем должны погибнуть множество (инопланетных. — Прим. ред.) цивилизаций, если они существуют", — высказал он одну из гипотез.

По словам ученого, мощный гамма-луч способен ликвидировать всякую жизнь на около десяти процентов всех планет в Галактике.

В издании, в свою очередь, отметили, что некоторые ученые связывают ряд массовых вымираний в истории Земли с гамма-всплесками. Однако сам Уолтер посоветовал не беспокоиться по поводу убийственного луча. Вероятность встречи нашей планеты с этим явлением чрезвычайно мала.
"Они редкие и четко направлены. Да и к ним нельзя подготовиться", — отметил эксперт.

Гамма-всплески открыли в конце 1960-х военные американские спутники с рентгеновскими и гамма-детекторами. Через несколько лет данные рассекретили. Советские аппараты тоже это наблюдали.

Телескопы видят гамма-всплески как очень быстрый выброс фотонов, по мощности превышающий фоновые значения в космосе и все известные источники энергии во Вселенной. Вспышки на порядок ярче, чем суммарная светимость Млечного Пути, однако откуда они берутся, до сих пор неизвестно, хотя ученые все ближе подходят к разгадке.

Долгое время астрономы считали, что гамма-всплески рождаются в нашей Галактике. И только спустя два десятка лет стало ясно — они гораздо дальше. Кроме того, некоторые возникли 13 миллиардов лет назад в ранней Вселенной. Какой силы должен быть взрыв, чтобы свет не угас за столь долгое путешествие сквозь космическое пространство? Специалисты дают объяснение: гамма-всплеск сопровождает появление очень массивного, но компактного космического объекта — такого, как черная дыра.