Технологические новинки, могущие иметь применение в космосе.

[sychbird]

Graphene photodetector is a first
IBM team makes ultrafast device from ' material'
http://physicsworld.com/cws/m/1688/201511/article/news/42204

Первый фотодетектор из графена. Команда разработчиков из IBM делает сверхскоростное устройство из "удивительного материала"

[sychbird]

ёК вопросу, о том, что можно производить на Луне.  

Проводящие нанотрубки из оксида титана
[/size]
Карбонизированные нанотрубки из оксида титана с полуметаллическими свойствами увеличивают эффективность топливных ячеек, работающих на метаноле.
Чаще всего, говоря о нанотрубках, мы подразумеваем углеродные нанотрубки, однако не все эти наноматериалы получают из углерода. Например, системы из наноразмерных объектов из оксида титана могут применяться в биотехнологии, катализе и солнечных батареях. Несмотря на то, что полупроводниковые свойства нанотрубок на основе TiO2 важны для решения многих практических задач, низкое значение их проводимости не позволяет расширить области их применения. Международная группа исследователей из Университетов Эрлагена-Нюрнберга (Германия) и Турку (Финляндия) смогла найти способ придать металлическую проводимость этим материалам, не меняя их структуры. Процесс карбонизации позволяет превратить диоксид титана в углеродсодержащие оксикарбидные соединения титана. Новый материал может существенно увеличить эффективность топливных ячеек на основе метанола. Для карбонизации нанотрубок из оксида титана исследователи обрабатывали их ацетиленом при 850 градусах Цельсия. Такая обработка приводит к образованию обогащенного углеродом соединения с полуметаллическими свойствами, карбонизация также приводит к увеличению твердости этого материала. Несмотря на то, что упорядоченная структура нанотрубок практически не меняется, происходит образование нового химического соединения, которое можно охарактеризовать как твердую смесь карбида титана и его оксидов. Высокая электропроводимость и электрохимические свойства нового материала позволяют рассматривать его как перспективный материал для получения электродов, в особенности для электродов топливных ячеек, производящих электричество за счет окисления метанола. Было обнаружено, что электроды из новых материалов на 700% эффективнее электродов, традиционно использующихся в топливных ячейках. Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 7236; doi: 10.1002/anie.200902207

[sychbird]

Олово-сера-литий-ионные аккумуляторы могут стать альтернативой обычным литий-ионным источникам питания.[/size]

Бруно Скросати (Bruno Scrosati) и Юсеф Хассун (Jusef Hassoun) из Университета Рима разработали многообещающий подход, который может быть использован для получения литий-ионных батарей нового поколения, которые могут отвечать описанным выше критериям.Исследователи из Италии решили скомбинировать несколько новых типов аккумуляторов, используя в новом устройстве их преимущества. Катодом нового типа аккумулятора, не содержащий металлического лития является композитный материал из углерода и сульфида лития. Раствор органического электролита замещен запакованной в полимерный гель жидкостью, содержащей ионы лития. Полимерная оболочка экранирует жидкость от электродов, при этом жидкость внутри оболочки насыщена сульфидом лития. Конструкция устройства позволяет уменьшить степень растворения электродов. В качестве анода выступали наноразмерные частицы олова, внедренные в защитную углеродную матрицу.

В разработанном устройстве протекают следующие процессы. На аноде сульфид серы окисляется с образованием элементарной серы и ионов лития. Ионы лития мигрируют к катоду, восстанавливаются до атомов лития, образующих сплав с наночастицами олова. Этот процесс обратим и позволяет организовать достаточное количество циклов разрядки и разрядки аккумулятора. Плотность энергии нового аккумулятора составляет около 1100 Ватт·час/кг, это значение превосходит энергетическую емкость известных литиевых аккумуляторов, не содержащих элементного металла. Исследователи полагают, что энергетическая емкость нового устройства позволит применять его и для питания электромобилей.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2010, doi: 10.1002/anie.200907324

[sychbird]

Может подойти для регенерируемых в космосе поглотителей углекислого  газа.

Клетка для углекислого газ[/size]а

Исследователи из Кореи разработали пористый материал, способный к эффективному и селективному связыванию CO2. Они сообщают, что кристаллоподобная система содержит гибкие «колонны», которые могут открывать поры для углекислого газа.
Способность к поглощению углекислого газа и других молекул газообразных соединений наблюдается для многих пористых материалов. Тем не менее, селективная экстракция CO2 при комнатной температуре из промышленных выбросов, содержащих помимо углекислого газа азот, метан и пары воды, представляет собой сложную техническую задачу.
Исследовательская группа получила пористую трехмерную структуру из координационных полимеров, в основу которых легли соединения никеля и органические строительные блоки. Первоначально строительные блоки организовывались в двумерные кристаллоподобные плоскости, которые, в свою очередь, накладывались друг на друга как стопки, удерживаемые «соединительными колоннами». Особенностью материала является то, что колонны достаточно гибки, поэтому соответствующие полости в структуре могут иметь различный размер и подстраиваться под форму входящей молекулы-гостя.
Симметричная молекула диоксида углерода характеризуется постоянным значением квадрупольного момента. Квадруполь CO2 взаимодействует с трехмерной кристаллической решеткой, заставляя колонны открывать «ворота», и позволяя газу попадать в полости пористого материала. Для азота, водорода и метана, обладающих меньшими по величине квадрупольными моментами, поры остаются закрытыми. Возможность промышленного применения нового материала может быть связана также и с тем, что он термически стабилен вплоть до температуры 300 градусов Цельсия, инертен к воздуху и воде.

При понижении давлении поглощенный материалом углекислый газ может высвобождаться, таким образом новый материал может оказаться полезным и для тех промышленных процессах, в которых необходимо циклическое поглощение/испускание углекислого газа.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 6865; doi: 10.1002/anie.200902836

[sychbird]

Для контроля работы СОЖ может пригодиться.

Малоразмерные кислородные сенсоры на основе нанотрубок[/size]

Исследователи из США разработали малоразмерные кислород-чувствительные сенсоры на основе нанотрубок. Они отмечают, что новые устройства демонстрируют области потенциального применения нанотехнологий для создания малоэнергозатратных переносных газовых сенсоров для людей, работающих в замкнутых пространствах, в которых концентрация кислорода важна для выживания.
Исследователи из Университета Питтсбурга придали системам из нанотрубок чувствительность к кислороду, модифицировав их дендримерными фрагментами, несущими катионы Eu3+. Площадь каждое из устройств, разработанного исследователями, менее 7 см2, устройство может определять концентрации кислорода в пределах 5-27%.

Александр Стар (Alexander Star), работавший над проектом, отмечает, что хотя сами по себе углеродные нанотрубки не обладают чувствительностью к большому ряду газов, включая кислород, их чувствительность можно подстроить за счет модификации. Он добавляет, что представленная работа является примером такого принципа – их модификация кислород-чувствительными фрагментами позволяет получить сенсор на кислород, таким образом углеродные нанотрубки могут выступать в роли платформ для сенсоров различного типа.
При взаимодействии раствора, содержащего соли европия, с кислородом, флуоресцентные свойства раствора меняются, что может быть измерено с помощью оптической спектроскопии. Исследователи также представляли, что твердотельные соединения европия также становятся чувствительными к кислороду после длительного облучения ультрафиолетом. Комбинация редкоземельного металла с нанотрубками позволила получить устройства, которые способны измерять не только флуоресценцию, но и изменения в электрической проводимости нанотрубок, поскольку последние могут преобразовывать электрические изменения, происходящие под воздействием кислорода в европий-содержащем слое. Стар отмечает, что одновременный контроль содержания кислорода двумя различными методами обеспечивает более высокое качество сенсоров.

Источник: Nature Chemistry, 2009, DOI: 10.1038/NCHEM.323

[sychbird]

Carbon sheets offer cool solution for computers
Graphene could conduct waste heat from computer chips more than twice as
fast as copper
http://physicsworld.com/cws/m/1698/201511/article/news/42260
Графен способен отводить выделяемое компьютерными чипами избыточное тепло вдвое эффективнее чем медь.

[sychbird]

Пример продукции, которая могла бы производиться на Луне для местного употребления и на экспорт.

http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/abs/nchem.610.html

Исследование отталкивается от дизайна так называемых ячеек на основе сенсибилизированных красителей. Сердце батареи — наночастицы диоксида титана, покрытые молекулярным красителем, который поглощает солнечный свет примерно так же, как хлорофилл в листьях. Диоксид погружён в электролит. Авторам удалось  создать подходящий для "сенсибилизированной" батареи электролит-гель, который неагрессивен, прозрачен и позволяет поднять напряжение ячейки. А в катоде такой батареи учёным удалось заменить платину на эффективный, простой в производстве и намного более дешёвый сульфид кобальта.

[sychbird]

Для океана Европы?

http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2010-111
NASA Demonstrates Novel Ocean-Powered Underwater Vehicle
Энергию SOLO-TREC извлекает из разности температуры поверхностных и глубинных вод по мере того, как выполняет регулярные спуски на глубину 500 метров. Специально подобранный материал с изменением фазы (PCM) плавится и расширяется примерно на 13%, когда нагревается выше 10 градусов Цельсия и, соответственно, твердеет и сжимается, когда охлаждается ниже этой отметки.

Эти пульсации создают давление в масляной системе, — объясняется в пресс-релизе JPL (лаборатория и создала эту систему зарядки), — масло приводит в движение гидромотор, который соединён с генератором, питающим батареи.

[sychbird]

http://www.aist.go.jp/aist_e/latest_research/2010/20100324/20100324.html

Fabrication of Large-area Mosaic Wafers of Single Crystal Diamond
- Towards the realization of diamond electronic devices -

Хотя совершенно чистый алмаз — изолятор, добавка определённых примесей превращает его в полупроводник, который можно использовать в построении микросхем. Огромным преимуществом такого выбора материала является очень высокая теплопроводность алмаза, позволяющая чипу работать с большими токами при простой системе охлаждения.
Проблема на пути превращения искусственных алмазов в процессоры — размер кристаллов.
Японцы получили несколько пластинок площадью примерно в квадратный дюйм, составив вместе по шесть алмазных клонов в 1 см2  каждый. А в течение года учёные намерены произвести пластины с размерами 5 х 5 и 7,5 х 7,5 сантиметров.

[sychbird]

Для спутников ДЗЗ военного назаначения.
Quantum Cryptography Hits the Fast Lane
Improved system can distribute numerical "keys"at megabit rates—fast enough to encode video
    http://news.sciencemag.org/sciencenow/2010/04/quantum-cryptography-hits-the-fa.html?etoc

Улучшенная система может распределять цифровые ключи для шифровки сообщений на мегабитной скорости - достаточно для шифровки видео.

[sychbird]

Размещаю ниже ссылку на интересный pdf-документ. Эта ссылка была предоставлена нашим англоязычным коллегой " с ником "Туфи" в его посте в  неудачной, ИМХО, по тематике ветке. Я ее здесь дублирую по согласованию с ним.

Документ касается  разработки конструкции, применяемой для  посадки на Марсе беспилотных устройств, использующих мощные гироскопы для управления режимом спуска в атмосфере с целью добиться высокой точности попадания в заданный район.

http://trs-new.jpl.nasa.gov/dspace/bitstream/2014/38372/1/05-1442.pdf

[sychbird]

Микрофлюидный чип для обнаружения следов жизни на Марсе. [/size]

Ученые университета Гарварда разработали чип, который обнаружит жизнь или ее следы на любом небесном теле, например, на Марсе. Набор сложных решений, использованных при создании этого компонента, захватывает клетку и аккуратно проникает в нее, высвобождая генетический материал и определяя таким образом присутствие любой формы жизни.


Размеры существующего прототипа составляют 20 x 20 мм, но, прежде чем он отправится на Красную планету, разработчикам придется снизить его массу в 10 раз — и только тогда подобный модуль можно будет установить на марсоход. Авторы утверждают, что этот прототип — всего лишь 3% от общего запланированного объема работ. И, в конце концов, нет абсолютно никакой гарантии, что жизнь на Марсе вообще когда-то существовала.

[sychbird]

Два сообщения на близкую тему. Использование углеродных мезопористых материалов для хранения водорода.

Graphene-oxide framework packs in hydrogen
New material could be used for gas storage
http://physicsworld.com/cws/m/1688/201511/article/news/42171

От панциря краба к топливным элементам

По словам исследователям из Китая, панцирь краба может стать удобным и дешевым шаблоном для получения углеродных электродов высокой производительности.
Система пористых углеродных волокон может быть получена при использовании панциря краба в качестве шаблона.  Мезопористый углерод с однородными порами большого размера и большой площадью внутренней поверхности привлекают значительный интерес благодаря возможности применения в электрохимических двуслойных конденсаторах [electrochemical double layer capacitors (EDLCs)], системах для накопления водорода, разделения газов и в катализе. Известно, что физико-химические свойства таких материалов будут определяться размером пор, которые, в свою очередь, получают с использованием пористых твердых шаблонов, например – цеолитов или оксида кремния. Однако, после получения углеродного материала с необходимым размером пор цеолитные или кремнийоксидные шаблоны необходимо вытравливать фтороводородной кислотой, что усложняет процесс и приводит к дополнительным затратам на производство пористых углеродных материалов. Исследовательская группа Йонг-Яо Ся (Yong-Yao Xia) из Университета Фудан продемонстрировала, что панцирь краба обладает хорошо распределенной системой мироскопических пор. Эта необычная структура позволила исследователям получить углеродные нановолокна, комбинируя шаблон, созданный из твердой оболочки краба с существующими методами темплатного синтеза пористых структур. Ся добавляет, что биологические шаблоны доступны, возобновляемы, отличаются сравнительно невысокой стоимостью и большей экологической безопасностью, чем шаблонные искусственные. Обжиг крабового панциря на воздухе приводит к образованию пористого шаблона, состоящего главным образом из карбоната кальция. Добавка к системе мягкого полимерного шаблона и резолового прекурсора позволяет получить мезопористый углерод. Нагрев в атмосфере инертного газа позволяет удалить мягкий шаблон, шаблон из карбоната кальция удаляют действием соляной кислоты. Полученный в результате темплатного синтеза материал состоит из мезопористого углеродного нановолокна (диаметр волокон – 70 нм, диаметр поры – 11 нм), волокна разделены пустотами в 70 нм, расстояние между системами нановолокон составляет около 1 мкм. Уникальная структура углеродного материала способствует более глубокому проникновению в него электролита и транспорту электролита, материал отличается хорошей проводимостью, большой площадью поверхности (1270 м2/г); материал характеризуется большим количеством дефектов, которые могут способствовать равномерному распределению наночастиц металла в порах углеродного материала – такое распределение способствует синергетическому воздействию наночастиц и углеродного материала. Строение нового мезопористого материала идеально подходит для запаса заряда или адсорбции/десорбции ионов или как материал для создания электродного материала для конденсаторов повышенной емкости или систем для закрепления платинового/палладиевого катализатора для применения в топливных ячейках.
Источник: J. Mater. Chem., 2010, DOI: 10.1039/b925776d

[sychbird]

Может подойти для марсианских роверов и для АМС, исследующих океаны Европы.

Lensless Ultra-wide-field Cell Monitoring Array platform based on Shadow imaging.
 
Инженеры из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали технологию LUCAS (Lensless Ultra-wide-field Cell Monitoring Array platform based on Shadow imaging), то есть безлинзовая с широким полем зрения платформа мониторинга клеток на основе отображения теней. Изобретатели уточняют, что для построения картинки биологических объектов их микроскоп использует принцип некогерентной голографии.
Если говорить упрощённо, луч от светодиода проходит через образец крови или слюны, а далее попадает на цифровую матрицу. По USB-кабелю прибор получает от ноутбука, КПК или смартфона питание, а обратно транслирует картинку, которую может в общих чертах проанализировать программа , а главное — кадр тут же можно передать.
Небольшие добавочные узлы (стоящие $1-2) превращают LUCAS-систему в дифференциальный интерференционно-контрастный микроскоп (Differential interference contrast microscopy), умеющий проявлять невидимые глазу детали прозрачных объектов. Этот метод микроскопии способен поставлять ценную информацию о клетках.

[sychbird]

Уж чего-чего, а высокочастотных вибраций на активном участке выведения хватает. А иметь воду в качестве источника водорода и кислорода заманчиво. Если не для мощных кислороддно водородных двигателей, то для спутников и АМС может представить интерес.

Найден способ прямого перевода механической энергии в химическую[/size]
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jz100027t
В основе преобразователя лежит массив из вытянутых нанокристаллов оксида цинка и титаната бария (BaTiO3). Когда на них действует высокочастотная вибрация, пусть и слабая, стерженьки начинают колебаться, при этом на изгибающихся их поверхностях генерируется разделение зарядов.

Этот пьезоэлектрический эффект известен уже столетие, однако, как объясняют сами авторы открытия, мало кто занимался детальным изучением его работы при погружении кристаллов в растворы. Между тем взаимодействие нанокристаллов и воды рождает пьезоэлектрохимический эффект (piezoelectrochemical — PZEC).
Электроны и дырки, создаваемые стержнями, превращают нанокристаллы в катализатор разложения воды. Вибрирующие стержни оказываются посредником, который сам не расходуется (это подтвердили измерения). Авторы опытов обнаружили, что уменьшение размеров кристаллов существенно повышает КПД процесса (он достиг 18%). И дело тут не только в огромной площади поверхности, но и в том, что более тонкие стержни легче изгибаются и создают больше разделённых зарядов.

[sychbird]

Суперлинзы обещают. Естественно область интересов ДЗЗ и его специальные приложения.

Nanotube 'fuzz' boosts optical performance
Carbon and gold join forces in photonic metamaterial
http://physicsworld.com/cws/m/1716/201511/article/news/42486
Николай Желудев с коллегами из университета Саутхемптона получил суперматириал на основе углеродных нанотрубок и золота, обещающий прорыв в области создания "суперлинз", существенно превосходящих дифракционный предел.

[sychbird]

Для экваториальных прибрежных космодромов в будущем может составить интерес. Также и для инопланетных баз.( можно использовать техническую вторичную воду)

Новый катализатор выделит водород из морской воды
[/size]
Исследователи из США разработали новый катализатор, который может способствовать выделению водорода из морской воды. Новый металлооксидный катализатор отличается высокой стабильностью и каталитической активностью, его получение стоит сравнительно недорого.
Разработанный в группе Лонга оксомолибденовый комплекс может способствовать получению водорода из морской воды.
В группе Джеффри Лонга (Jeffrey Long) из Университета Калифорнии (Беркли) получили простой молибденовый оксокомлекс, который может играть роль электрокатализатора, понижая значение энергии, которое требуется при восстановлении водорода из воды на ртутном электроде. Кларк молибдена в земной коре составляет 1,1 ·10–4% по массе, поэтому молибден существенно дешевле, чем катализаторы на основе производных благородных металлов, что может позволить разработать методы крупномасштабного производства водорода с новым катализатором (кларк платины, например составляет около 10–6%).
Донг поясняет, что высокая стабильность нового катализатора, по-видимому, обуславливается прочным связыванием пентадентатного лиганда с металлоцентром. Он добавляет, что молекула очень устойчива и сохраняет устойчивость в водных растворах весьма долгое время – исследователи не наблюдали потерю каталитической активности нового комплекса в течение трех дней непрерывного протекания каталитического разложения воды.

Немаловажно и то обстоятельство, что разработанный в группе Лонга катализатор сохраняет стабильность, в том числе, и в присутствии примесей, которые могут находиться в водах мирового океана, что позволяет говорить о возможности получения водорода непосредственно из морской воды, минуя стадию предварительной обработки. Исследователи протестировали новую каталитическую систему на образце морской воды, отобранной у побережья Калифорнии, и обнаружили, что при разложении морской воды каталитическая активность производного молибдена сравнима с каталитической активностью, проявляемой при разложении дистиллированной воды при нейтральных значениях pH. Возможность эксплуатации нового катализатора непосредственно в морской воде не требует введения в систему электролита и исключает использование органических кислот или растворителей, которые могут привести к разрушению катализатора.
Брюс Эван (Bruce Ewan), специалист по методам получения водорода и возобновляемым источникам энергии из Университета Шеффилда заявляет, что работа коллег из Беркли наглядно демонстрирует высокую каталитическую активность нового молибденового оксокомплекса, каталитическая активность которого на порядок выше активности других катализаторов, разработанных ранее для ускорения электрохимического разложения воды.
В группе Лонга надеются модернизировать систему таким образом, чтобы в будущем новый катализатор можно было применять в комбинации с солнечными батареями, чтобы получать водород за счет солнечной энергии.

Источник: Nature, 2010, DOI: 10.1038/nature08969

[sychbird]

Такой девайс мог бы быть не лишним на МКС:
интересную разработку представила немецкая компания Festo — машину под названием Bionic Handling Assistant, представляющую собой пару гибких подвижных конечностей, явно напоминающих слоновий хобот или щупальца осьминога, хотя сами разработчики все же настаивают на первом варианте.

Компания Festo (Эслинген, Германия) разработала эту чудо-машину для подробного изучения возможностей взаимодействия человека и машины. Хотя она, конечно, найдет себя и как замена традиционным промышленным роботам, таким узкоспециализированным и скучным. Интеллектуальная «начинка» робота действительно с легкостью общается с человеком, принимая от него те или иные предметы или, напротив, отдавая их.
по материалам mobiledevice.ru

[GALIN]

1 Mega-amp Pinch[/size]

After six months of modifying the switches, LPP finally achieved the firing of all 12 switches within 25 ns of each other in four shots on April 26. At a charging voltage of 30 kV, we achieved our first pinch at over 1 mega-amp (MA). The fill pressure of the deuterium gas was 40 torr, which is a record for a pinch in a DPF. We were deliberately using a pressure about twice what we believe is optimal for this charging voltage in order to avoid a pinch so we could test the electrical characteristics of the device. But the plasma pinched anyway, although well after the higher current had passed. The 1.03 MA current is a record for us when creating a pinch, but the 40 torr is a record for a pinch in any DPF.

During the month of May, we will be replacing the automotive spark plugs in the switches (which had been leading to the prefiring) with custom-built tungsten-rhenium rods from which we will make our own spark plugs. We expect them to have a very long life and practically eliminate prefiring in future testing.

Finally, a joint team from LPP and the Focus Fusion Society has produced a 70 ns simulation (link)of the formation of a single plasma filament as part of the plasma sheath in the DPF. It showed a filament pinching itself down from a radius of about 300 microns to around 50 microns, a first step in compressing the plasma and its magnetic field. The simulation team consisted of John Guillory, Jeff Schoen, Henning Burdack, and Luis Angulo.  FFS volunteer Burdack, who lives in Germany, provided the implementation that actually ran. Previous versions of the algorithm used had shown numerical instability where the values oscillated wildly. The new runs are the first to be stable and appear to show the filamentation process. In time, such simulations will complement our experimental observations and analytical theory, and may find applications in other fields of plasma physics as well.

[sychbird]

ScienceShot: Halfway Round the World on a Single Tank of Gas
Autonomous plane doubles the reach of atmospheric scientists
    http://news.sciencemag.org/sciencenow/2010/04/scienceshot-halfway-round-the-wo.html?etoc
Полпути вокруг экватора на одной заправке.