Сотрудники Токийского университета представили новый материал — тонкие пленки оксида олова с включениями тантала, — который обладает одновременно прозрачностью для видимых и инфракрасных лучей и достаточно хорошо проводит электричество. Пленки найдут применение в солнечных батареях и в качестве компонентов дисплеев.
Статья ученых опубликована в журнале Scientific Reports.
Обычно прозрачные для видимого света материалы являются изоляторами. Это, например, стекло или пластик. Однако комбинация прозрачности и проводимости была бы весьма полезной для ряда применений, включая сенсорные дисплеи и солнечные панели. В случае последних прозрачные проводящие пленки могли бы повысить их эффективность. Но до сих пор найти прозрачный материал с достаточной подвижностью носителей заряда ученым не удавалось.
Исследователи из Токийского университета теперь смогли продвинуться вперед в решении этой проблемы. За основу нового материала ученые взяли диоксид олова SnO2. Это известный полупроводник, который используется еще с 1960-х годов в качестве компонентов датчиков газа и прозрачных электродов для солнечных преобразователей. Авторы нового исследования стремились сохранить полупроводниковые свойства материала при создании из него тонких пленок.
Для синтеза пленок ученые использовали метод импульсного лазерного напыления. Он заключается в испарении гранул чистого оксида олова и контролируемом осаждении паров этого соединения на подложку из оксида титана. Такой способ синтеза позволил ученым также точно допировать материал пленки другими атомами, например танталом. В результате исследователи получили образцы толщиной от 100 до 200 нанометров.
Выяснилось, что такой материал обладает высокой подвижностью и концентрацией носителей заряда при комнатной температуре. Эти параметры обеспечивают высокую проводимость и прозрачность материала. По словам авторов работы, новые пленки могут использоваться в качестве компонентов полевых транзисторов, газовых датчиков и прозрачных электродов.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Физикам впервые удалось создать хиральный свет с произвольным угловым моментом при помощи метаповерхности. Ученые показали, что построенная система позволяет создавать свет с рекордно высоким угловым моментом. Работа опубликована в журнале Nature Photonics.
Хиральность — термин, который используют для систем, в которых отсутствует зеркальная симметрия. Часто его применяют в химии для характеристики соединений. Например, химические соединения ароматов лимона и апельсина отличаются только хиральностью, то есть они идентичные с точностью до зеркального отображения.
Физические объекты, такие как свет, тоже обладают хиральностью. В общем случае хиральный свет несет спиновый и орбитальный угловые моменты. Теоретически, эти угловые моменты можно контролировать, что ведет к созданию структурированного света, однако на практике контроль хиральности — сложная, но весьма актуальная задача. Структурированный свет можно использовать для оптического контроля молекул, метрологии и коммуникации.
Группа физиков под руководством профессора Эндрю Форбса (Andrew Forbes) из Университета Витватерсранда создала источник хирального света с очень высоким угловым моментом. Для этого ученые разработали и изготовили метаповерхности, которые представляют собой диэлектрическую среду из оксида титана, нанесенную на подложку из плавленого кремнезема. Такая метаповерхность создает различные азимутальные фазовые задержки для разных компонентов поляризации поля, что ведет к «закручиванию» света.
Источник хирального света состоял из лазера, который преобразовывал инфракрасную основную частоту Nd:YAG в видимый зеленый свет с помощью нелинейного кристалла, и метаповерхности, на которую падал зеленый свет. В результате ученым удалось создать свет с рекордно высоким орбитальным угловым моментом, который не удавалось достичь ранее.
Представленный подход для создания хирального света подходит для многих лазерных архитектур, например, построенная система может быть уменьшена до размеров чипа. Поскольку свет может нести большой угловой момент, это означает, что он может быть передан материи. Таким образом, наносистема на основе метаповерхности может служить микроскопическим оптическим гаечным ключом.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Группе ученых из Калифорнийского технологического университета удалось создать самую быструю камеру в мире — она может снимать до 70 трлн кадров в секунду. Исследование ученых Калтеха опубликовано в издании Nature.
Камера обычного смартфона снимает видео со скоростью до 1 тыс. кадров в секунду. Профессиональная аппаратура увеличивает этот показатель до 10 тыс. кадров в секунду.
Объектив, созданный учеными из Калтеха, использует сенсор, который может улавливать движение световой волны — систему CUSP (сжатая сверхбыстрая спектральная фотография). Основной принцип CUSP заключается в подсвечивании объекта съемки лучами импульсного лазера, который выпускает сверхкороткие пучки длительностью в одну фемтосекунду.
Схематическое изображение устройства
Разработчики отмечают, что этот объектив будет бесполезен для бытового использования, однако его можно будет использовать в научных исследованиях сверхбыстрых явлений. С его помощью физики будут изучать сверхкороткое распространение света, ядерные реакции и взаимодействие элементарных частиц.
Источник: https://hightech.fm/

Большинство роботизированных автомобилей, которые доступны для покупателей сегодня, оценивают окружающую обстановку при помощи камер и радаров. Такие системы позволяют оперативно отреагировать на опасность, которую не заметил водитель — например, пешехода.
Очень немногие автомобильные компании используют для повышения эффективности автономных систем еще и лидары. Они всем хороши, но есть проблема — лидары дорогие. Стоимость составляет около $75 000. Соответственно, стоимость робокара с лидаром превышает всякие разумные пределы, покупателей на такие машины немного. Volvo заявляет, что стоимость лидаров, устанавливаемых в ее машинах, не превышает $1000.
В 2022 году компания выпускает новую версию XC90, которая будет оборудована системой Highway Pilot для автономного управления на шоссе. Главный компонент этой системы — лидар, который дает автомобилю лазерное объемное компьютерное зрение.
Highway Pilot — часть большого обновления автомобильного производства Volvo. Сам проект получил название Scalable Product Architecture (SPA2). Кроме XC90, в рамках этого проекта выпускаются также модели Polestar 3 SUV и XC40 Recharge. Насколько известно, в них тоже будет автономная система с лидаром.
Радиус действия лидара — 250–500 метров, при том, что существующие на рынке аналоги «видят» не дальше 50–100 метров, а стоимость их в 75 раз выше, о чем уже говорилось выше. Лидар разработан 21-летним инженером Остином Расселом, который впоследствии основал компанию Luminar. Сейчас права на технологию принадлежат именно ей.
Что интересно, одним из первых инвесторов технологии стал фонд GVA Capital (входит в состав Global Venture Alliance, основанного российским венчурным инвестором Магомедом Мусаевым). Управляющий партнер фонда Павел Черкашин заявил в своем Facebook, что именно на инвестиции компании был построен первый завод и опытный образец лидара. После этого компанией заинтересовались и другие фонды и компании. Сейчас Luminar — «единорог», капитализация компании превысила $1 млрд.
Одним из инвесторов стала и компания Volvo, которая сейчас и использует эту технологию. По словам представителей компании, автопилот от Volvo на основе лидара не требует от водителя такого же внимания к дороге, как в случае с Autopilot от Tesla или Super Cruise от Cadillac. Лидар и другие компоненты автономной системы позволяют автопилоту отлично ориентироваться в том, что происходит вокруг, «видеть» препятствия и успешно их избегать.
Лидар очень небольшой и весит меньше килограмма, так что его размещают в верхней части лобового стекла. Несмотря на размеры, система очень точная, она значительно увеличивает надежность автопилота. Это одна из причин, которая побудила Volvo обратить внимание на лидарную технологию от Luminar.
Остин Рассел считает, что именно использование автономных систем в обычных автомобилях, а не такси или исследовательских проектах, позволит сделать автопилот привычным и доступным для всех. И чем шире будет применяться технология, тем дешевле она станет.
Глава Tesla Inc Илон Маск ранее не раз заявлял, что лидары не имеют будущего в автомобильной индустрии. Он отказался от идеи использовать технологию в электрокарах Tesla, предпочтя визуальные системы с камерами и радарами лазерному зрению.
По мнению представителей Volvo, камеры и радары плохо «видят» в плохую погоду, из-за чего порой возникают аварии. А вот лидару плохая погода не помеха. Именно поэтому, как считает глава Volvo, автономные системы на основе лидаров так же хороши в плане управления машиной, как и обычные водители.
Источник: https://habr.com/

Биоинженеры напечатали микроракету с тремя соплами, которая за счет термофореза поставила новый рекорд в скорости передвижении среди микророботов — 2,8 миллиметра в секунду. С помощью фотоакустической микроскопии ученые смогли наблюдать движение микроракеты через модельный резиновый сосуд с кровью и ткани мышиного уха.
Статья опубликована в журнале Light: Science & Applications.
Ученые уже какое-то время экспериментируют с микророботами для лечения in vivo. Наиболее удобный путь доставки таких роботов к органам — через кровеносные сосуды, так как кровеносная система проходит через весь человеческий организм.
На сегодняшний момент микророботы используются для точечной доставки лекарств и лечения опухолей преимущественно в желудке, кишечном тракте и подкожной ткани. При разработке таких роботов ученые сталкиваются в первую очередь с неэффективностью движения и малой разрешающей способностью средств детектирования, которые не позволяли определять отдельного робота с размерами менее ста микрометров.
Кровь — вязкая и быстротекущая среда, что значительно осложняет работу микроробота внутри организма. Из существующих микророботов на различных движущих силах достаточной скорости достигли лишь микророботы на химическом движении, но токсичные реагенты не позволяют использовать это в кровеносных сосудах.
Распространенные магнитные микророботы превосходны в безопасности использования и контроле управления, но малая скорость не позволяет использовать их даже в сосудах с самым медленным током крови. Более высокой скоростью среди неразрушающих и нетоксичных методов обладают микророботы, двигающиеся за счет света. Основной принцип работы таких микророботов заключен в асимметрии их фигуры, из-за которой при облучении светом разные части микроробота нагреваются по-разному и возникает явление термофореза — тело перемещается из горячей зоны в более холодную.
За движением отдельного микроробота в кровеносных сосудах необходимо следить с высокой точностью, чего не позволяют достичь современные методы (компьютерная и магнитно-резонансная томография, рентгеновское, флуоресцентное и ультразвуковое картирование). Но недавно ученые разработали метод фотоакустической томографии и успешно применили его в наблюдении за микрокапсулами, наполненными сферическими микроботами.
Ли Дай Ван (Lidai Wang) с коллегами из Городского университета Гонконга напечатал микроракету с тремя соплами для увеличения эффективности движения на основе света. Для проверки работы в естественных условиях ученые запустили микророботов в модельные резиновые сосуды, наполненные глицерином и бычьей кровью, а также в ухо анестезированной мыши. Такая микроракета может разогнаться до 2,8 миллиметров в секунду и вращаться со скоростью 138 градусов в секунду.
Ученые получили микрометровых роботов с помощью литографии из фоторезиста SU-8, заготовки затем покрывали слоем золота. Для определения местоположения микроракеты авторы использовали лазерное излучение с длиной волны в 532 нанометра, которое при попадании на микроракету возбуждает акустические сигналы, которые благодаря золоту значительно контрастируют с окружающей средой.
Передвижение микроракеты осуществляется за счет фототермального механизма: под пучком лазерного излучения в 808 нанометров слой золота генерирует тепло. В основании микроракеты больше золота, соответственно температура основания будет больше температуры вершины,из-за чего и возникает эффект термофореза.
Чтобы обосновать выбор формы, ученые сделали еще два микроробота (микростержень и микротрубку) и устроили между ними соревнования по скорости. Микротрубка двигалась быстрее микростержня из-за наличия сопла, которое добавляет к термофорезному эффекту значительный тепловой поток внутри полости. Микроракета, таким образом, оказалась быстрее микротрубки за счет трех сопел.
Авторы проследили за перемещением микророботов в 50-процентном растворе глицерина под излучением 808-нанометрового лазера — за одну секунду микроракета преодолела 777,4 микрометра, микростержень — примерно 100 микрометров, микротрубка — 260 микрометров. Биоинженеры выбрали 50-процентный раствор глицерина из-за его вязкости (4,21 микропаскаль на секунду), близкой к вязкости человеческой крови (3–4 микропаскаль на секунду). При увеличении мощности лазера с 1 ватта до 1,5 ватт средняя скорость микроробота увеличилась и достигла отметки в 2,8 миллиметра в секунду — за одну секунду проходила расстояние в 62 раза больше длины микроракеты.
Для управления ракетой ученые наводили лазер на одну из ее боковых трубок, и из-за асимметрии микроробот поворачивался в обратную сторону. Таким образом микроракета за 1,1 секунды повернулась на 152 градуса. Если же наводить лазер на все основание, то микроракета будет продолжать движение прямо. Такое управление позволит совершать точечное биомедицинское лечение.
Чтобы смоделировать движение микроробота в статичном кровеносном сосуде, ученые использовали резиновую микротрубку с диаметром в 250 микрометров, заполненную 50-процентным раствором глицерина. В такой системе микроракеты перемещались со средней скоростью в 225,3 микрометра в секунду — авторы отмечают, что это рекорд для 50-микрометровых микророботов в вязкой трубке. Биоинженеры провели опыт детектирования микроракеты в крови быка с помощью фотоакустического микроскопа — на оптическом микроскопе кровь закрыла собой микророботов, но акустический сигнал от микроракет отличался на треть от фона крови.
Кровяные сосуды в живых организмах покрыты тканями, что может сказаться на мощности лазерного излучения. Чтобы это проверить, ученые поместили микроракеты в ткани мышиного уха и успешно их обнаружили – контраст с окружающей средой оказался еще больше. Ученые считают, что у этого может быть две причины: микроракеты попали в фокус фотоакустического зонда при эксперименте в мышином ухе, в отличие от покрытия бычьей кровью, а также толстый слой бычьей крови ослабил падающий лазерный луч.
И хотя говорить о внедрении таких роботов в современное лечение человека еще рано по многим причинам (например, размеры микроракеты не позволяют перемещаться по артериям и капиллярам или лазер своим мощным излучением приводит к разрушению тканей), уже проделана значительная работа в эффективности движения и детектирования одиночных микророботов. Два года назад американские ученые сконструировали микроробота из золота и мембран эритроцитов и тромбоцитов, который способен захватывать опасные бактерии. Управлять таким роботом исследователи предлагают с помощью ультразвука.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, выяснили, что капли слюны, которые вылетают изо рта при громкой речи, висят в воздухе еще в течение 8–14 минут. За каждую секунду речи человек создает в среднем две с половиной тысячи капель диаметром 10–20 микрометров. С учетом средней вирусной нагрузки при COVID-19 около 40 процентов этих капель содержат вирусные частицы и могут заражать окружающих больного людей.
Давно известно, что респираторные вирусы могут передаваться через частички слюны при кашле, чихании или даже нормальной речи. Когда мы говорим, каждую секунду в воздух вылетают тысячи капель слюны размером от одного до 500 микрометров. В этих каплях могут находиться частицы различных вирусов и бактерий, в том числе коронавируса SARS-CoV-2. Однако роль маленьких капель, которые образуются во время речи, в передаче вируса изучена слабо.
Скорость оседания капли на поверхность зависит от ее размера и содержания нелетучих веществ (например, белков, сахаров, ДНК). На воздухе вода быстро испаряется из капли, и та начинает падать медленнее: если частица размером 50 микрометров высохнет до 10 микрометров, скорость ее падения снизится с семи до 0,35 сантиметров в секунду. Чем капля меньше и чем больше в ней содержание нелетучих веществ, тем дольше она останется в воздухе.
На вероятность передачи инфекции воздушно-капельным путем влияет также и количество вирусных частиц, которые окажутся в капле. В этом случае зависимость от размера обратная: чем капля больше, тем больше в ней вируса и тем выше вероятность заражения. Средняя вирусная нагрузка одного миллилитра слюны больного COVID-19 составляет 7 миллионов частиц. Вероятность того, что в капле диаметром 50 микрометров содержится хотя бы одна вирусная частица — 37 процентов; для частиц диаметром 10 микрометров вероятность снижается до 0,37 процентов.
Филипп Анфинруд (Philip Anfinrud) из Национальных институтов здравоохранения США и его коллеги визуализировали капли с помощью плоского луча лазера толщиной в 1 миллиметр и высотой 15 сантиметров. Через узкую щель луч попадал в темную коробку высотой 60 сантиметров, в которой вентилятор равномерно распределял частицы в воздухе.
Один из исследователей в течение 25 секунд громко повторял в коробку «stay healthy» (будьте здоровы). Эту фразу выбрали, так как при произношении звука th частицы слюны выделяются особенно активно. Через 10 секунд после окончания речи вентилятор отключали. Распределение частиц, которые появились в воздухе, записывали на видео в течение 80 минут; по количеству капель в плоском луче высчитывали общее число частиц в объеме камеры.
В начальный момент времени после отключения вентилятора в окне наблюдения (30 квадратных сантиметров) летало в среднем девять капель. Значит, во всем объеме камеры находилось более 60 тысяч частиц, а при произнесении фразы каждую секунду выбрасывалось около двух с половиной тысяч капель. Самые яркие и, соответственно, крупные частицы полностью оседали в течение восьми минут. Капли поменьше летали в воздухе в течение 14 минут.
По времени оседания капель авторы работы рассчитали среднюю скорость падения яркой частицы — 0,06 сантиметров в секунду. Эта скорость оседания соответствует частицам размером около четырех микрометров. Вода испаряется из капли в первые секунды, а первоначальный диаметр капель равнялся 12–21 микрометрам. Если вирусная нагрузка слюны больного COVID-19 составляет 7 миллионов частиц, то за одну секунду громкой речи человек выделяет по меньшей мере тысячу вирусосодержащих капель, которые продолжают находиться в воздухе не менее восьми минут.
Источник: https://nplus1.ru/

Оксиды металлов зачастую используются в роли фотокатализаторов для различных систем. Например, для очистки воздуха, реакций разложения воды и даже для производства самоочищающихся покрытий для стёкол и зеркал. Улучшить физико-химические свойства этих веществ можно при помощи наночастиц, после добавления которых обычный оксид превращается в наноматериал, дающий новые возможности.
Однако чтобы эффективно добавлять наночастицы, необходимо понимать процессы, происходящие при формировании нанокомпозитов, и уметь управлять ими. Учёные из Университета ИТМО совместно с коллегами из Франции и США показали, что при помощи фемтосекундного лазера можно управлять структурой и свойствами нанокомпозитного материала из диоксида титана и наночастиц золота. Работа опубликована в журнале ACS The journal of physical chemistry C.
Некоторое время назад ученые и инженеры создали специальные материалы, которые позволяют ускорять химические процессы под воздействием света. Такие материалы можно применять в самых разных устройствах: от систем очистки воздуха до создания топливных ячеек. Одним из таких перспективных материалов является диоксид титана, в который для усиления фотокаталитических свойств можно внедрять наночастицы золота, и над этим в том числе работают сотрудники Университета ИТМО.
Правда изготовить такие композитные материалы не так-то просто. Если создание тонких пленок оксида титана уже не составляет труда (как и создание наночастиц золота), то надежной методики совмещения этих компонентов пока нет. Сложным остается размещение наночастицы в пленках оксидов, а тем более контроль за их размерами и распределением. Для этой цели международной группой ученых, в состав которой вошли исследователи из Университета ИТМО, был предложен метод с применением лазерного излучения.
«Если мы воздействуем на такой материал лазерным излучением, то меняются свойства самих частиц, а также матрицы диоксида титана вокруг этой наночастицы», – поясняет научный сотрудник Университета ИТМО Максим Сергеев.
Специалистами из Университета ИТМО и Лаборатории Юбера Кюрьена был проведен эксперимент: в тонкие пленки пористого диоксида титана внедряли ионы золота с быстрым формированием частиц размерами всего несколько нанометров, а затем материал подвергался лазерной обработке. Выяснилось, что если правильно подобрать настройки фемтосекундного лазера, то его воздействия хватит, чтобы эффективно управлять процессом роста наночастиц, но не повредить материал. В частности если скорость перемещения лазера мала, вокруг выросших наночастиц могут возникать полости в плёнке диоксида титана.
Татьяна Итина, директор по исследованиям Французского научного центра в лаборатории Юбера Кьюрена и руководитель работ во Франции, поясняет: «Для объяснения такого эффекта мы с коллегами из Аризонского университета разработали теоретическую модель, которая позволила определить температурное распределение в материале под действием лазера с учетом различных эффектов, в том числе резонансного поглощения на металлических частицах, локального усиления поля, фотоиндуцированной генерации свободных электронов, а также фотоэмиссии. Оказалось, что материал нагревается сильнее, если в нём есть сразу и крупные, и небольшие частицы, но всё же этой температуры недостаточно для плавления и разрушения материала, если правильно подобрать параметры лазера».
Полученные результаты позволили лучше понять механизмы формирования нанокомпозитных плёнок и расширили возможность управления их свойствами. Использование лазера для данных целей существенно облегчит производство таких «позолоченных» пленок оксида титана, что облегчит их внедрение в промышленность. Однако пока говорить о том, что технология готова для применения, еще рано.

Источник: https://www.popmech.ru/

Группа физиков из Швейцарии создала прототип лидара на основе множества параллельных когерентных волн. Представленное устройство работает быстрее современных лидаров и более устойчиво к внешним шумам. Работа представлена в журнале Nature.
идар (LiDAR) служит для измерения расстояний и скоростей объектов с помощью лазера. Основной принцип работы этих устройств основан на анализе временной задержки между передаваемыми и принимаемыми сигналами. В последние годы интерес к лидару подогревается развитием беспилотных автомобилей, где необходимо быстро распознавать и классифицировать объекты в условиях не самой лучшей видимости: по сравнению с обычными камерами, лидар может эффективно распознавать объекты при плохом освещении или плохих погодных условиях. В последнем ему помогают алгоритмы фильтрации. Также лидары активно применяются в устройствах дополненной реальности.
Существует два основных типа лидаров: работающие по принципу time-of-flight и использующие когерентные свойства лазера. Большинство современных устройств полагается на измерения time-of-flight, где расстояние до объекта определяется с помощью прямого измерения временной задержки между передаваемым и принимаемым лазерными импульсами. Такой метод часто использует несколько импульсов параллельно для объемного считывания, а информация о скорости объекта может быть получена только с помощью последовательных процессов передачи-отражения-измерения сигнала. Из-за множества последовательных измерений определение скорости становится трудной задачей, ведь в каждой итерации есть шум, который уменьшает эффективность устройства.
Другой тип измерения расстояния и скорости, когерентные лидары, посылает частотно-модулированные непрерывные волны на объект, а информация об отраженном сигнале определяется с помощью гомодинирования. Когерентные лидары обладают многими преимуществами, такими как повышенное разрешение на расстоянии, определение скорости с помощью эффекта Доплера (что можно сделать за одну итерацию) и устойчивость к шумам, таким как солнечный свет, помехи и сигналы других лидаров. Однако, основная техническая трудность заключается в распараллеливании сигнала лидара на основе непрерывных волн.
Группа физиков из Федеральной политехнической школы Лозанны под руководством профессора Тобиаса Киппенберга (Tobias J. Kippenberg) представила новую реализацию параллельного лидара с использованием нелинейной фотонной системы — высокодобротного резонатора из нитрида кремния, в котором лазерный луч преобразуется в стабильную оптическую последовательность импульсов.
Источник: https://nplus1.ru/

При помощи простого процесса японские ученые создали гибкий органический солнечный элемент, который за 3000 часов в атмосферных условиях ухудшается менее чем на 5% и сохраняет эффективность преобразования энергии 13%. До сих пор недолговечность таких элементов — они быстро разрушались под воздействием солнечного света, тепла и кислорода — была главным препятствием для их коммерческого использования.
Органическая фотовольтаика считается многообещающей альтернативой кремниевым пленкам, поскольку меньше загрязняет природу и дешевле в производстве. Сверхтонкие гибкие солнечные элементы особенно привлекательны — они могли бы обеспечить энергией носимую электронику или сенсоры роботов.
Однако обычно их КПД составляет от 10% до 12%, что значительно меньше, чем у кремниевых (25%) или жестких органических (17%) элементов. Кроме того, сверхтонкие элементы быстро разрушаются под действием солнечного света, тепла и кислорода, пишет EurekAlert.
Ученые из Института физико-химических исследований добились высоких показателей производительности и долговечности сверхтонких солнечных элементов.
В качестве донорного слоя они использовали полупроводящий полимер, разработанный японской компанией Toray Industries, и нефуллереновый акцептор для повышения тепловой стабильности. Затем они применили обычный процесс пост-отжига, при котором материал нагревается сначала до 90 градусов Цельсия, а потом — до 150. Этот метод повысил долговечность устройства, создав стабильное взаимодействие между слоями.
Исследование доказало, что сверхтонкие органические фотоэлементы можно использовать для стабильного получения электроэнергии в течение длительных отрезков времени и при неблагоприятных погодных условиях — при высокой влажности и температуре. За 3000 часов работы под открытым небом их производительность ухудшилась менее чем на 5%, а эффективность преобразования энергии осталась на уровне 13%.
Источник: https://hightech.plus/

Сотрудники лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ подробно изучили взаимодействие гибридных перовскитов с фокусированным лазерным излучением и усовершенствовали метод сборки перовскитных солнечных батарей при помощи лазерной резки. Результаты работы были опубликованы в престижном международном журнале ACS Applied aterials & Interfaces.
New Features of Photochemical Decomposition of Hybrid Lead Halide Perovskites by Laser Irradiation
We found that laser irradiation, being widely used in perovskite photovoltaics for both laser scribing and materials characterization, inevitably causes a cascade of complex photo- and thermochemical conjugated reactions, material melting, and ablation with deep morphological and composition changes of perovskite thin films over a much larger area compared to the initial laser spot. A crucial issue in the advancing or suppression of these degradation processes is related to the origin of the surrounding atmosphere.
https://pubs.acs.org/
Гибридные галогенидные перовскиты — новый класс полупроводниковых материалов, которые успешно используются в качестве светопоглощающего материала в солнечных батареях нового поколения — так называемых перовскитных солнечных элементах. Рекордный КПД таких солнечных элементов сегодня составляет более 25%, превышая рекордные значения для наиболее распространенных солнечных элементов на основе поликристаллического кремния.
При создании солнечных батарей большой площади распространенным подходом является разрезание большого листа солнечной батареи на более узкие полоски и их последовательное соединение — это позволяет повысить напряжение и КПД получаемого модуля. Однако при увеличении площади солнечной батареи КПД панели снижается из-за так называемых «мёртвых зон» — областей, где происходит последовательное соединение солнечных элементов и которые не участвуют в генерации электрического тока. Единственный способ уменьшить вклад мёртвых зон в общее падение КПД солнечной панели — уменьшение физического размера мёртвой зоны за счёт усовершенствования технологии лазерной резки материалов солнечного элемента.
Перовскитный солнечный элемент состоит из нескольких слоёв, при этом требуется разрезать строго определённые слои, не затронув остальные. Для эффективной реализации технологии лазерной резки необходимо глубокое понимание процессов, протекающих в гибридных перовскитах под действием лазерного излучения. В частности, излучение лазера может провоцировать каскад фотохимических реакций в глубине и на поверхности материала с выделением газообразных продуктов распада, затрудняющих управление параметрами резки.
В настоящей работе коллектив авторов провел детальное исследование протекающих термо- и фотохимических реакций под действием мощного лазерного излучения методом спектроскопии комбинационного рассеяния и определили основные продукты распада перовскита: молекулярный йод, полииодиды, иодид и оксид свинца. Учёные также обнаружили, что летучие продукты распада конденсируются на поверхности плёнок перовскита рядом с местом облучения лазерным пучком и приводят к ухудшению морфологии и изменению химического состава светопоглощающего материала. В результате размер «мёртвых зон» в процессе лазерной резки гибридных перовскитов увеличивается.
Сотрудники лаборатории предложили способ минимизации нежелательных процессов деградации плёнок перовскита с помощью применения направленного потока инертного газа в области резки. Данное решение позволило не только значительно снизить концентрацию газообразных продуктов распада перовскита вблизи поверхности пленки, но и избавиться от продукта окисления свинца (оксида свинца (II)), который является тугоплавким и накапливается в области облучения перовскита.
«Проведенное исследование позволило выявить фундаментальные особенности фото- и термохимической деградации гибридных перовскитов под действием лазерного излучения, и предложить практический подход по оптимизации методики лазерной резки гибридных перовскитов», — рассказал руководитель исследования Алексей Тарасов, кандидат химических наук, заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ и старший научный сотрудник химического факультета МГУ.
Работа выполнена при участии исследователей Пекинского технологического института (BIT) и Берлинского технического университета (TU Berlin), а также при финансовой поддержке РФФИ.
Источник: https://www.msu.ru/

в своей колонке для Indicator.Ru рассказал старший научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ Глеб Целиков.
По следам Ландау
Я родом из небольшого, но известного города Саров. В нем создавались первые ядерные бомбы нашей страны. Там много школ и лицеев, которые готовят ребят к поступлению в ведущие университеты на физико-математические направления. Когда в 2004 году пришло время выбирать вуз, я решил пойти по стопам отца и поступить на физический факультет МГУ. В 2010 году продолжил обучение в аспирантуре физфака с профессором Виктором Тимошенко. Под его руководством я занимался оптическими свойствами квантовых точек. Это такие наноразмерные полупроводники, которые проявляют очень интересные оптические свойства. Частички излучают свет разных цветов, в зависимости от своего размера. За счет очень высокой эффективности свечения, они хорошо подходят для светоизлучающих устройств — светодиодов, лазеров и других. Например, сейчас одна известная южнокорейская компания рекламирует телевизоры, в которых роль светоизлучающих устройств играют как раз светодиоды на основе квантовых точек.
В 2013 году я закончил обучение в аспирантуре, защитился и два года работал в Курчатовском институте уже над другими проектами. Один из них был посвящен мемристорам — это элементы новой электроники, которые могут быть использованы в качестве элементов энергонезависимой памяти, а также нейроморфных систем, работающих по аналогии с мозгом. Через два года я стал искать пути дальнейшего развития. Мой первый научный руководитель посоветовал лабораторию в Университете Марселя, в которой работал его коллега, профессор Андрей Кабашин. В сентябре 2015 года я переехал в Марсель. Город находится на юге Франции, это Прованс — очень красивое место, кампус называется Люмини. Интересно, что до переезда я читал книгу Исаака Халатникова «Дау, Кентавр и другие» про Льва Ландау — одного из отцов-основателей Физтеха. В ней был отрывок про то, как они поехали на конференцию во Францию в 1970-ых годах и вместо Парижа попали в марсельский кампус Люмини. Халатников вспоминал его как серое гетто на задворках города. Сейчас это прекрасный кампус, который располагается в национальном парке с выходом к морю. Там находятся здания университета, вся социальная инфраструктура и лаборатория LP-3 (Lasers, Plasmas et Procédés Photoniques), в которую я попал.
В лаборатории у нас была международная группа — много ребят из Индии, Китая, России и других стран. В один период было шесть россиян из 20 сотрудников, французы удивлялись такому соотношению. В организации научной работы мне нравилось проведение еженедельных семинаров, на которых собирались кафедры и обсуждали новые статьи, идеи. Раз в год проходило интересное мероприятие — лыжный семинар. Вся лаборатория выезжала кататься на лыжах, общаться и обсуждать научные результаты.
Ритм жизни, рабочий и учебный процессы во Франции совершенно отличаются от российских. Там есть такое понятие, как art de vivre — «искусство жить». Это когда ты можешь наслаждаться жизнью, выполнять свои рабочие обязанности, приносить пользу себе и государству, при этом сохраняя баланс между всеми сферами жизни. Перерывы сотрудники стараются максимально использовать для отдыха, а в рабочее время они максимально продуктивны.
Наночастицы по-французски
Лаборатория концентрируется на мощных и короткоимпульсных лазерах — фемтосекундных, аттосекундных. В прошлом году (2019 — Indicator.Ru) Нобелевскую премию получила международная группа, в составе которой был Жерар Муру. Он тесно сотрудничал с лабораторией, а наш заместитель директора Марк Сентис был представителем французского агентства по науке на церемонии вручения премии.
Коротковолновые лазеры можно применять в самых разнообразных областях — от модификации и обработки материалов до хирургии глаза, так как время реакции тканей больше, чем длительность импульса лазера. С помощью них можно производить наночастицы — этому был посвящен один из моих проектов. За основу можно брать разные материалы, в том числе биосовместимые, как кремний, серебро и золото. Такие частицы отлично подходят для тераностики — объединения диагностики и терапии. Например,с помощью наночастиц мы не только можем визуализировать опухоль в организме, но и направлено разрушить. Наночастицы кремния или золота хорошо нагреваются под воздействием оптического или ультразвукового излучения. После введения в организм они некоторое время циркулируют в кровотоке и собираются вокруг опухоли. В этом месте сосуды очень хрупкие, поэтому наночастицы легко проникают через поры. Это скопление мы можем нагреть лазером определенной волны и разрушить опухоль. Такой способ поможет в ситуации, когда времени циркулирования химических или радиоактивных препаратов недостаточно для терапии из-за их выведения из организма или накопления в щитовидной железе. Препараты можно присоединить к наночастицам в процессе циркуляции, чтобы они адресно накапливались в опухоли и доставляли лекарства.
Для производства наночастиц материал-основу погружают в воду или органические растворители. На эту мишень действует лазер, свет поглощается, происходят различные трансформации — генерация плазмы, ее остывание, обмен энергией с окружением и так далее. В результате в жидкости образуются небольшие кластеры вещества, которые затем собираются в наночастицы нужного размера. Мы работали с биологами и медиками, которые их тестировали. В том числе, в рамках проекта по лечению глиобластомы — рака мозга. Сложность лечения этой опухоли заключается в том, что между головным и спинным мозгом есть гематоэнцефалический барьер, который очень сложно преодолеть веществам. Наночастицы способны проникнуть сквозь него под воздействием направленного ультразвукового излучения и доставить лекарство, также их можно локально нагреть лазером, чтобы уничтожить опухоль. После этого наночастицы могут легко покинуть мозг. Эффективность этого способа лечения глиобластомы была показана на крысах и мышах.
В рамках другого проекта мы разрабатывали компактные оптические сенсоры на основе упорядоченных массивов золотых наночастиц для детектирования разного рода болезней. Сейчас в МФТИ я делаю подобный сенсор на основе гибрида золотых частиц и двумерных материалов — графена, диоксида графена, дисульфида молибдена. Покрытие детектора двумерными материалами позволит значительно повысить его чувствительность. С помощью этого подхода можно будет решить задачу по детектированию адсорбции одиночной молекулы к поверхности гибридного сенсора. Существующие коммерческие детекторы на это неспособны.
Курс на самостоятельность
Работа постдока подразумевает выполнение определенного перечня обязанностей, которые задает руководитель, и выходить за эти рамки нежелательно. Мне хотелось развивать какие-то свои проекты, поэтому я начал искать другие варианты для продолжения карьеры. Съездил в одну лабораторию в Италии, успешно прошел собеседование. Но несмотря на хорошие условия работы, там был временный контракт без возможностей дальнейшего развития. В этот же период я приехал в Россию и встретился с моим научным руководителем. Он мне рассказал о программе 5-100, в рамках которой МФТИ проводит конкурс по отбору ученых с международным опытом работы, и посоветовал подать заявку в лабораторию нанооптики и плазмоники. Я встретился с руководителем Алексеем Арсениным и старшим научным сотрудником Сергеем Новиковым на Физтехе. Увидел лабораторию, оборудование и оценил перспективы научного роста.
В России сейчас, по сравнению с Европой, шире возможности для ученых в плане финансов, конкурсов и грантов. Постоянную позицию ученому в Европе получить очень сложно — в Марселе конкурс составляет примерно 50 человек на место. Гранты распределяют узкие сообщества и чтобы их получить, нужно иметь знакомства в жюри.
Еще одним аргументом в пользу Физтеха стало то, что лаборатория находится в кампусе, то есть наука состоит в тесной связке с образованием. Можно взаимодействовать с талантливыми студентами и аспирантами, задействовать их в исследованиях и передавать свои знания. Крупные научные проекты сложно вести в одиночку — нужна большая команда, чтобы проводить измерения в разных областях. В Европе ученый работает более обособленно, занимается только своей тематикой и ему сложно вывести хорошие идеи за рамки проекта.
Устроившись в лабораторию нанооптики и плазмоники, я понял, что университет развивается, здесь есть все необходимое для реализации научных проектов — свобода для творчества, хорошее оборудование и тематика двумерных материалов сейчас в топе исследований. Сразу решил попробовать свои силы в «молодежном» конкурсе Президентской программы исследовательских проектов РНФ и получил грант на два года для разработки гибридного биосенсора на основе двумерных материалов.
Источник: https://indicator.ru/

Страница 1 из 17

Tout sur Kamagra ici https://www.kamelef.com/kamagra-ou-viagra.html.

Поиск