Ученые УрФУ нашли способ защитить перовскитные солнечные батареи на основе йодида свинца-метиламмония (перспективная альтернатива традиционным кремниевым фотоэлементам) от разрушения под воздействием воды, например дождя. Они выяснили, что частичная замена свинца на другие щелочноземельные металлы защищает их от такой деградации, а также увеличивает части видимого спектра излучения, вовлекаемые в процесс генерации электронов.
Статья о результатах исследования опубликована в Journal of Solid State Chemistry. Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России по программе развития УрФУ «Приоритет-2030».
Перовскитные солнечные батареи на основе йодида свинца-метиламмония превосходят кремниевые элементы по производительности и простоте синтезирования. Также они способны эффективно вырабатывать электроэнергию в условиях облачности или тумана, поэтому идеально подходят для их использования в России или странах со схожим климатом. Однако полный переход на использование перовскитных солнечных панелей невозможен ввиду ряда причин, вызывающих нестабильность таких фотоэлементов.
Одной из причин нестабильности является неустойчивость соединения к контакту с водой или другими органическими растворителями. При попадании дождя на фотоэлемент соединение начинает быстро деградировать с разрушением своей структуры. Ученые определили, что защитить соединение от быстрого разрушения позволит замена свинца на такие металлы, как кальций, барий или стронций.
«Производительность солнечных батарей в значительной степени зависит от высокого уровня электрической поляризации соединения. Органическая часть, метиламмоний, неустойчива к органическим растворителям, в том числе к обычной воде. При попадании дождя все соединение начинает постепенно “растворяться” и терять свои электрические свойства. Решить эту проблему можно, усложнив процесс распада молекул с помощью частичной замены свинца на щелочноземельные металлы, например кальций. Он распространен и легкодоступен. При этом мы наблюдали определенные улучшения свойств соединения без потери производительности солнечного элемента», — поясняет старший научный сотрудник кафедры теоретической физики и прикладной математики УрФУ Данил Бухвалов.
Ученый отмечает, что количество свинца нельзя уменьшить на все 100%. Полная замена атомов свинца в гибридной решетке перовскита делает их практически непригодными для использования в качестве поглотителей света в фотоэлектрических устройствах. Это случается из-за увеличения ширины запрещенной зоны — минимальной энергии, необходимой для перехода захваченного от источника света электрона в зону проводимости электричества. Когда ширина запрещенной зоны слишком большая, соединение перестает улавливать части видимого спектра излучения и преобразовывает только ультрафиолетовые лучи. Частичная замена свинца позволила не только сохранить фотоэлектрические характеристики соединения, но и немного улучшила их: соединение стало поглощать больше солнечного света для преобразования в электроэнергию.
«Оптимальной является замена свинца всего на 5%, но даже эта, казалось бы, незначительная цифра дает несколько положительных результатов. Второй положительный эффект замены состоит в том, что ширина запрещенной зоны увеличивается, но все еще способна поглощать видимый свет. А примесь позволяет охватить даже больше частей видимого спектра, вовлечь больше излучения в процесс генерации электронов. Чем больше света она способна охватить, тем выше эффективность выработки электроэнергии», — добавляет Данил Бухвалов.
Ученый также сообщает, что утилизация содержащих свинец фотоэлементов — заметная экологическая проблема. Несмотря на то что перовскитные элементы на основе йодида свинца-метиламмония более привлекательны и органически безопаснее, чем кремниевые, они требуют правильной утилизации, чтобы при распаде свинец не отравлял почвы. Уменьшение количества токсичного элемента в соединении заметно облегчит процесс его утилизации.
Усовершенствование перовскитных солнечных батарей на основе йодида свинца-метиламмония требует комплексного подхода и дальнейшего изучения. Данное исследование — это один из шагов к их улучшению. Напомним, что ранее исследователи УрФУ и Института проблем химической физики РАН (Черноголовка) предложили способ продления срока работы перовскитных фотоэлементов.
Источник: https://scientificrussia.ru/

Лазеры высоких гармоник открывают широкие возможности для увеличения разрешающей способности оптических микроскопов

Российские ученые из ИТМО (института точной механики и оптики) заявили, что оптические микроскопы могут значительно увеличить свой потенциал благодаря открытию нового метода генерации высоких гармоник лазерного излучения. Физики сообщили, что этого удалось добиться с помощью крошечных цилиндров, толщина которых составляет всего в 1/50 человеческого волоса.

Исследователь нелинейной физики Анастасия Залогина возглавила успешную работу по преобразованию лазерного света в высокие гармоники с помощью крошечных твердых цилиндров. Новая технология открывает грандиозные перспективы для оптической микроскопии. Национальный исследовательский университет ИТМО

Такие цилиндры, изготовленные из арсенида галлия, способны принимать всплески мощного инфракрасного лазерного излучения и преобразовывать его в гармоники высшего порядка. При этом длина волны становится в семь раз короче и направляется в визуальную и ультрафиолетовую части спектра. Результат: чрезвычайно яркое, регулируемое лазерное излучение вплоть до рентгеновского диапазона в чрезвычайно коротких аттосекундных всплесках (аттосекунда — это одна миллиардная часть миллиардной доли секунды).

До появления новой технологии для генерации высоких гармоник такого рода обычно использовались относительно большие объемы газа или плазмы. Цилиндры команды ANU предлагают твердотельный, сверхминиатюрный способ достижения этого эффекта. При этом должно соблюдаться условие, что вы сможете достаточно точно нацелить невидимый инфракрасный лазер точно в центр трубки шириной около одной тысячной миллиметра.
Использование таких волн открывает потенциальный способ преодолеть барьер разрешающей способности, который сейчас не позволяет оптическим микроскопам достигать максимальной кратности увеличения более чем в 1 000 раз. И хотя оптика позволяет добиться большего увеличения, длина волны видимого света не позволяет различить все, что меньше 20 нанометров.

Научный коллектив Лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники ИТМО, Санкт-Петербург, Россия»Крошечные источники высоких гармоник должны вывести оптическую микроскопию на совершенно новый уровень», — рассказывает в пресс-релизе руководитель научной работы Анастасия Залогина, доктор наук, недавно защитившая диссертацию в Национальном исследовательском университете ИТМО г. Санкт-Петербург. «С помощью таких источников света мы сможем увидеть в оптический микроскоп гораздо более тонкие вещи, например, отдельные вирусы, или наблюдать в реальном времени за производством полупроводниковых чипов в нанометровом масштабе для компьютеров и смартфонов. Мы также сможем отслеживать динамику движения электронного облака атомов и молекул в реальном времени».

До сих пор единственным способом взглянуть на вещи в таком масштабе был черно-белый мир электронной микроскопии.

«Генерация высоких гармоник имеет многообещающие перспективы в исследовании области нелинейной оптики и фотоники, а также применения в биовизуализации благодаря большей глубине проникновения и уменьшению фотообесцвечивания», — продолжает Анастасия. «Освоение генерации высоких гармоник позволит связать квантовую оптику и физику сильного лазерного поля. Квантовая теория экстремальной нелинейной оптики предполагает, что неклассические источники света, основанные на генерируемых гармониках, могут быть ценными для квантовой связи, информации и вычислений».

Источник: https://overclockers.ru/

Точная, быстрая и недорогая печать объектов из пластика является целью многих процессов 3D-печати, но с этим есть определенные проблемы. Международная исследовательская группа разработала процесс лазерной печати, который позволяет печатать детали микрометрового размера в мгновение ока. Команда опубликовала результаты работы в журнале Nature Photonics.
Стереолитография 3D-печати в настоящее время является одним из самых популярных процессов аддитивного производства пластмасс, как для частного, так и для промышленного применения. При стереолитографии слои 3D-объекта проецируются один за другим в контейнер, заполненный смолой. Смола отверждается под воздействием ультрафиолетового света.
Однако предыдущие методы стереолитографии являются медленными и имеют слишком низкое разрешение. Светолистовая 3D-печать, которую используют исследователи, является быстрой и высокоразрешающей альтернативой.

Чтобы воспользоваться преимуществами новой смолы, исследователи построили специальный 3D-принтер. В этом принтере синие лазерные диоды используются для проецирования изображений на жидкую смолу с помощью дисплея высокого разрешения с высокой частотой кадров. Красный лазер формируется в тонкий луч «светового листа» и пересекает синий луч вертикально в смоле. Благодаря такой схеме команда смогла напечатать 3D-детали микрометрового размера за несколько сотен миллисекунд. «В конечном итоге мы хотим печатать 3D-структуры размером в сантиметр, сохраняя при этом микрометровое разрешение и высокую скорость печати», — говорит профессор Мартин Вегенер.
Источник: https://www.ferra.ru/

Твердотельные лазеры на кристаллах алюмо-иттриевого граната с примесями ионов неодима (Nd:YAG) активно используют в разных областях: косметологии, медицине, научных исследованиях, промышленности и даже оборонном комплексе — например, для лазерных видоискателей. Основная слабость этой технологии — это тепло, которое выделяется из активной среды лазера при его работе. Нагрев может привести к деформации самого кристалла (активной среды) и ухудшению качества лазерного пучка. Поэтому лишнее тепло необходимо отводить с помощью охлаждающих элементов.
В качестве теплоотвода можно использовать точно такой же кристалл, присоединить который к материалу активной среды можно разными способами. Сейчас чаще всего используют диффузионный контакт, в котором кристаллы скрепляются за счет притяжения атомов друг к другу. Но эта технология требует высочайшего качества поверхности, а оно не всегда достижимо, особенно для мелких деталей, например оптоволокна. Другие варианты соединения — склеивание и пайка — обеспечивают прочность, но не гарантируют однородности шва. Из-за наличия постороннего вещества прочность такого соединения может быть непредсказуема под нагрузкой или при изменении температур.
Перспективный вариант — это лазерная сварка, для которой используют уже другой лазер — фемтосекундный. Он разогревает материал, размягчает его и образуется сварной шов. При этом с использованием фемтосекундного лазера зона нагрева может располагаться не только на поверхности материала, но и в его глубине, а тепло фокусируется так точно, что не повреждает материал вокруг шва. Это позволяет создать плотное, прочное и термостойкое соединение: в перспективе данную технологию можно использовать даже в условиях открытого космоса — например, при создании лазеров прямо на орбите.
«С помощью фемтосекундного лазера можно сваривать стекла между собой, стекло и металл, стекло и кремний, а мы впервые попробовали соединить лазерной сваркой два кристалла Nd:YAG, и результаты этих экспериментов оказались поразительными», — говорит сотрудник кафедры химической технологии стекла и ситаллов РХТУ и первый автор статьи Татьяна Липатьева.
В эксперименте использовали кристаллы толщиной 1 мм, но разных размеров. Для изучения механической прочности сварного шва взяли пластинки 5х5 мм, а для проверки надежности соединения под лазерной накачкой — кристаллы побольше, 30х12 мм. Образцы размещали попарно, один под другим, не используя дополнительного прижима, кроме естественной силы тяжести. Пучок фемтосекундного лазера проходил через верхний кристалл и фокусировался на поверхности раздела двух пластин. Сварные швы формируются за счет перемещения образцов со скоростью 1 мм/с относительно лазерного луча. Для дальнейших испытаний прочности соединения швы наносили параллельно, а для проверки мощности лазера — в виде концентрических кругов. Расстояние между ними составляло 10 и 20 мкм, а ширина каждого шва равнялась 3 мкм, что обусловлено фокусирующей оптикой и тепловыми характеристиками кристалла.
«После лазерной сварки кристаллы отшлифовали и отполировали, чтобы сварное соединение оказалось на поверхности. Впервые в мире мы исследовали сварной шов фемтосекундного лазера с помощью электронной микроскопии высокого разрешения. Оказалось, что в месте сварки двух пластин Nd:YAG появляются точки аморфизации, где разрушается кристаллическая структура, и сварный шов представляет собой чередование аморфных наноплоскостей толщиной 80-90 нм, отделенных друг от друга кристаллическими областями протяженностью 400-450 нм. Причина возникновения этих аморфных областей нам пока до конца неясна, но зато понятно, что именно они служат теми мостиками, которые соединяют кристаллы Nd:YAG», — рассказывает Татьяна Липатьева.
Эти швы не разорвать
Ученые испытали образцы, скрепленные лазерными швами, на термостойкость, прочность и способность выдерживать энергии, необходимые для работы лазера. Даже при том, что швы занимали не более 10% площади контакта, прочность соединения на сдвиг доходила до 110 МПа. Этого достаточно, чтобы выдерживать режим накачки кристаллов лазером. Прочность в перспективе можно повысить, увеличив плотность записи сварных швов и добавив стадию термообработки для снятия остаточных напряжений.
Для проверки термостойкости соединения кристаллы нагревали в электропечи до 1000°C (температура плавления кристалла) и остужали до комнатной температуры. На концах параллельных швов после этого этапа появились микротрещины, однако круговые и спиральные швы остались без изменений.
Наконец, чтобы проверить работоспособность подхода, необходимо было еще произвести лазерную накачку сваренных пластин, то есть ввести в образец энергию, сопоставимую с мощностью действующего Nd:YAG-лазера. Строго в центр круговых сварных швов сфокусировали лазерное излучение со средней мощностью 10 Вт. Образец в итоге выдержал нагрузку в 15 кВт/см2 — мощность накачки, превышающую обычно используемую для твердотельных лазеров Nd:YAG. Накачка лазером, как и нагрев до 1000°C, не привела к разъединению кристаллов.
«Все проверки доказали, что предложенная нами методика подходит для создания охлаждающих элементов лазера. Но для меня самое ценное то, что мы смогли заглянуть внутрь сварного шва и увидели там аморфные наноплоскости. Таких экспериментов с алюмо-иттриевым гранатом до сих пор не проводил никто, и даже в нашей научной группе были сомнения, что с помощью фемтосекундного лазера можно локально аморфизовать кристалл, то есть получить вместо кристаллической решетки аморфный материал. Это открывает большие перспективы исследований: можно соединять различные материалы, а не только кристаллы, можно попробовать существенно уменьшить площадь сварного шва и проверить, будет ли работать технология для отдельных волокон, и так далее», — говорит Татьяна Липатьева.
Источник: https://scientificrussia.ru/

 

Ученые УрФУ и УрО РАН определяют оптимальные условия 3D-печати постоянных магнитов из магнитотвердых соединений на основе редкоземельных металлов. Это позволит запустить мелкосерийное производство магнитов, придавать им любые формы в процессе изготовления и создавать сложные конфигурации магнитов. Такие магниты подойдут для миниатюрных электродвигателей и электрогенераторов, на которых работают кардиостимуляторы. Кроме того, данная технология минимизирует производственные отходы и имеет более короткий производственный цикл.
Описание метода и результаты эксперимента представлены в Journal of Magnetism and Magnetic Materials.
Создание сложных и мелких магнитов является непростой научной и технической задачей, однако они востребованы в различных специализированных приложениях, в первую очередь, медицинских. Одним из наиболее перспективных способов создания деталей сложной формы из магнитотвердых материалов является 3D-печать.
Уральским ученым удалось определить оптимальные параметры 3D-печати постоянных магнитов методом селективного лазерного спекания. Это метод аддитивного производства, в котором магнитный материал в виде порошка послойно спекается в объемное изделие заданной формы по заранее созданной 3D-модели. Такая технология позволяет изменять внутренние свойства магнита почти на всех этапах производства. Например, изменять химический состав соединения, степень пространственной ориентации кристаллитов и кристаллографической текстуры, влиять на коэрцитивную силу (устойчивость к размагничиванию).
«Производство маленьких магнитов — сложная задача. Сейчас их создают только путем разрезания большого магнита на части, из-за механической обработки около половины использованного материала превращается в мусор. Также при резке вносится большое количество дефектов в приповерхностный слой, из-за чего свойства магнита экстремально ухудшаются. Аддитивные технологии позволяют избежать этого и делать сложные магниты, например, с одним северным полюсом и двумя пространственно разнесенными южными или магнит с пятью южными и пятью северными полюсами сразу. Подобные конфигурации необходимы для кардиостимуляторов, в которых собрать ротор для электродвигателя из отдельных магнитов можно разве что под микроскопом», — поясняет доцент кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов, научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ Дмитрий Незнахин.
Сейчас ученым удалось изготовить тонкие, порядка одного миллиметра, постоянные магниты, свойства которых были схожи с промышленно выпускаемыми магнитами. Основой послужил порошок, содержащий самарий, цирконий, железо и титан. Соединение обладает подходящими характеристиками для постоянных магнитов, однако традиционные способы изготовления лишают соединение большей части свойств. Поэтому ученые решили проверить, удастся ли сохранить свойства с помощью новой технологии.
«При создании постоянных магнитов на основе данных соединений традиционными способами свойства готовых изделий далеки от теоретически предсказываемых. Мы выяснили, что при спекании образца добавление легкоплавкого порошка из сплава самария, меди и кобальта позволяет сохранить магнитные характеристики основного магнитного порошка. Этот сплав плавится при температурах более низких, чем изменяются свойства основного сплава, поэтому итоговый материал сохраняет коэрцитивную силу и плотность», — добавляет Дмитрий Незнахин.
В настоящий момент ученые устанавливают основные закономерности формирования микроструктуры и магнитных свойств магнитотвердых материалов, определяют, какие из магнитных материалов могут быть использованы для изготовления постоянных магнитов с использованием метода лазерного спекания. В том числе проверяют, как метод спекания влияет на свойства другой известной основы для магнитов — сплава неодима, железа и бора. Следующим этапом работы будет изготовление объемных постоянных магнитов, пригодных для практического приложения. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант № 21–72–10104).
Справка.
Постоянные магниты остаются источниками магнитного поля продолжительное время. Это свойство используется в самых разных отраслях и устройствах, например, для производства современных электродвигателей, бытовой и компьютерной техники и других приборов. Традиционные методы изготовления постоянных магнитов позволяют создавать только изделия большого размера и, как правило, с двумя полюсами — одним северным и одним южным.
Селективное лазерное спекание — это метод аддитивного производства, который заключается в спекании мелкодисперсного порошкового (обычно металлического) материала с помощью лазера. Процесс нацеливания лазера осуществляется автоматически по заранее созданной 3D-модели, которая может быть создана в графическом редакторе.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Для восстановления изношенных или поврежденных металлических деталей используют метод лазерной порошковой наплавки. Мощный оптоволоконный лазер создает ванну расплава, куда в дальнейшем автоматически подается металлический порошок. Частой проблемой, которая встречается в этом процессе, является деформация ремонтируемой детали под действием внутренних напряжений. Это приводит к дефекту, называемому короблением.
При разработке технологического процесса ремонта деталей методом лазерной порошковой наплавки одной из целей является прогнозирование дефектов коробления. Определение оптимального бездефектного режима наплавки для конкретных деталей экспериментальным путем невыгодно из-за высоких финансовых и временных затрат, а зачастую и просто невозможным.
Для решения этой проблемы научные сотрудники Пермского Политеха совместно с АО «ОДК-Авиадвигатель» разработали математическую модель расчета короблений при лазерной порошковой наплавке. С помощью численного моделирования ученые смогли с высокой точностью спрогнозировать поведение детали в процессе наплавки. В дальнейшем разработка поможет при выборе оптимального набора параметров при ремонте самых сложных по форме деталей.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника», 2022. Основной идеей ученых Пермского Политеха стало создание инструмента, который позволит быстро и качественно моделировать процесс лазерной порошковой наплавки и минимизировать конечные коробления при ремонтных работах.
«Без проведения расчетов предсказать поведение изделий, особенно малогабаритных и тонкостенных, при высоких температурах очень сложно. Возникающие дефекты могут окончательно привести ремонтируемую деталь в негодность. Поэтому для предварительного прогнозирования параметров процесса мы предложили использовать численное моделирование.
Такой метод позволит проводить расчеты перед проведением ремонтных технологических операций и оценить коробление. Наша разработка позволит прогнозировать поведение детали в процессе наплавки, что уменьшит брак при ремонте», — рассказывает аспирант кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Марат Бекмансуров.
Источник: https://naked-science.ru/

Ученые из Калифорнийского технологического института создали метод лечения рака костей с помощью лазера. Выводы работы описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Biomedical Engineering.
Основная цель любого антиракового лечения — в удалении всей опухолевой ткани, сохраняя при этом как можно больше здоровых участков вокруг. Однако часто бывает сложно провести черту между больными и нормальными клетками, а хирурги из соображений осторожности удаляют слишком много.
Новая разработка позволяет медикам проводить операции до десяти раз точнее, что дает возможность сохранить в тысячу раз больше здоровых тканей. Она позволяет визуализировать процесс благодаря ультрафиолетовой фотоакустической микроскопии с 3D-сканированием в реальном времени (UV-PAM). Технология занимает всего несколько минут, за это время врач может отличить здоровую кость от раковой. В итоге хирургам предоставляется изображение отсканированной кости, которое выглядит так же, как созданные с помощью традиционной биопсии.
В сентябре специалисты из США совместно с коллегами из Канады представили новый перспективный метод лечения онкологических заболеваний, основанный на фотодинамической терапии.
Источник: https://lenta.ru/

Сократить время и затраты энергии при осушке баков ракет-носителей помогут методики ученых Омского политеха, основанные на использовании лазерного, акустического и вакуумного воздействия. Результаты исследования лазерного излучения на испаряемую жидкость опубликованы в журнале International Journal of Heat and Mass Transfer.
Осушка баков ракет-носителей в отечественной промышленности остается затратной и долговременной, пояснили в Омском государственном техническом университете (ОмГТУ).
Например, для того, чтобы высушить один бак на заводе ПО «Полет» требуются несколько десятков часов и непрерывная подача горячего газа в емкость (конвективный метод). В основном затраты времени связаны с тем, что необходимо обеспечить вскрытие течей, закупоренных атмосферной влагой или рабочей жидкостью.
При этом в России планируют увеличить количество выпускаемых ракет в год, подметили в вузе, поэтому возникает потребность в разработке новых технологий осушки.
«Мы разрабатываем альтернативу конвективному способу осушки топливных баков ракет-носителей, применяя ультразвук, вакуум и лазер. В результате проведенных исследований использование импульсного лазерного излучения приводит к уменьшению затрат энергии на 28 процентов по сравнению с непрерывной работой лазера. Также мы выяснили, что при постоянном лазерном воздействии повышенное давление паров жидкости препятствует испарению, а при периодическом – нет. Это способствует повышению эффективности процесса», – рассказал доцент кафедры «Машиноведение» ОмГТУ Иван Лесняк.
«В качестве экспериментального образца мы взяли металлическую пластину, которая имитирует выделенную часть стенки бака ракеты-носителя “Ангара”. Сейчас работа ведется на металлических пластинах c микроканалами, потом планируем проводить исследования с использованием емкостей, моделирующих бак реальной ракеты, с применением теории подобия. Исследования включают в себя создание физико-математических моделей процессов тепло-и массообмена, проведение экспериментов и т.д.», — добавил Лесняк.
Он обратил внимание, что разрабатываемые технологии осушки применимы и для газификации остатков топлива в баках отработавших орбитальных ступеней ракет-носителей, для обеспечения их взрывобезопасности.
Исследования проводятся в рамках программы «Приоритет-2030», а также госзадания Минобрнауки России.
Источник: https://ria.ru

Российские учёные разработали новую технологию производства мощных и компактных трансляторов терагерцевого (ТГц) диапазона частот. Волны этого диапазона могут широко применяться в медицине, сотовой связи, астрономии и ряде других областей. Однако создание такой аппаратуры является непростой задачей. Авторы исследования не только предложили эффективный подход к решению этой проблемы, но и разработали технологию быстрого и недорогого производства таких устройств.
Учёные из подведомственного Минобрнауки саратовского филиала Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН (СФ ИРЭ РАН) разработали новую технологию производства компактных трансляторов терагерцевого диапазона частот. Об этом RT сообщили в пресс-службе Министерства науки и высшего образования. Результаты исследования опубликованы в журнале «Радиотехника и электроника».
На работу в терагерцевом диапазоне рассчитаны высокоскоростные сети 5G и последующих поколений. ТГц-излучение находит применение в медицине — для диагностики и визуализации опухолей, в офтальмологии, стоматологии и т. д.
Также ТГц-волны можно использовать вместо рентгеновского излучения для сканирования пассажиров в аэропортах и на вокзалах: в отличие от рентгена, терагерцевое излучение не вредно для облучаемых. Кроме того, ТГц-излучение может использоваться в астрономии и ряде других областей.
Терагерцевое электромагнитное излучение также называют субмиллиметровым, длина его волны составляет около 1 мм и менее. Этот диапазон занимает промежуточное положение между инфракрасным излучением и микроволнами — или сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением. Первые устройства для генерации и приёма терагерцевых волн были созданы в конце 1980-х. Освоение ТГц-диапазона электромагнитных волн продолжается до сих пор. Разработать устройства для практического применения таких волн непросто, поскольку мощность ТГц-излучения быстро снижается в атмосфере. Чтобы ТГц-диапазон можно было использовать для решения практических задач, нужны компактные источники ТГц-излучения мощностью 10—100 Вт, отмечают авторы исследования.
Данный уровень мощности в ТГц-диапазоне могут обеспечить только приборы вакуумной электроники. Напомним, в такой аппаратуре поток электронов взаимодействует с электромагнитными волнами в вакууме. Среди подобных приборов наиболее перспективны лампы бегущей волны (ЛБВ), в которых поток электронов и электромагнитная волна движутся в одном направлении.
Ключевым элементом этих приборов является замедляющая система, назначение которой — замедлить электромагнитную волну таким образом, чтобы она распространялась с той же скоростью, что и электроны. Однако для создания аппаратуры ТГц-диапазона нужно использовать компоненты с характерными размерами около 0,1 мм, что является непростой задачей.
Российские учёные предложили использовать так называемые микрополосковые замедляющие системы на подложках из диэлектрика (вещества, плохо проводящего электрический ток). Устройства такого типа уже применяются в СВЧ-приборах, они компактны и позволяют повысить мощность электромагнитного излучения.
Авторы исследования также разработали технологию быстрого и дешёвого производства таких устройств для ТГц-аппаратуры.
Сначала на диэлектрическую подложку методом магнетронного напыления наносится слой меди толщиной несколько микронов. Затем с помощью лазера отдельные участки покрытия удаляются (этот процесс называется лазерной абляцией), в результате чего формируется рельеф системы.
Разработанная учёными технология производства отличается высокой скоростью и низкой стоимостью выпуска оборудования по сравнению с традиционно используемыми технологиями на основе фотолитографии.
Как отметил в беседе с RT профессор Никита Рыскин, заведующий лабораторией вакуумной микро- и наноэлектроники СФ ИРЭ РАН, такие замедляющие системы отличаются миниатюрными размерами и позволяют работать при низких ускоряющих напряжениях (напряжение для ускорения электронов).
Автор: София Агнеева
Источник: https://megatyumen.ru/

Исследователи из Технологического университета Чалмерса (CTH) в шведском Гетеборге создали лазерные частотные гребенки на чипе, способные производить более точные оптические измерения. Об этом сообщает портал Nanowerk. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.

Дискретный генератор, который обычно именуют «частотная гребенка» – это специальный лазер, в котором частоты излучения равномерно распределены. Он функционирует как своеобразная «линейка», где маркеры устанавливают шкалу частот в части электромагнитного спектра, от ультрафиолетового до среднего инфракрасного. Конкретное расположение маркеров может определяться поставленной задачей.

Появление подобных устройств в конце 1990-х годов означало революцию в точной метрологии и стало достижением, отмеченным Нобелевской премией по физике в 2005 году. Микрогребень – это уже современная технология, альтернатива лазерам с синхронизацией модуляций, которая может генерировать повторяющиеся импульсы света с поразительной скоростью. Они генерируются путем направления лазерного излучения в крошечную оптическую полость, называемую микрорезонатором.

Таким образом, микрогребенки обладают двумя важными свойствами, которые делают их чрезвычайно привлекательными для практических целей: частотный интервал между маркерами очень велик (обычно между 10-1000 ГГц), что намного больше, чем интервал в лазерных частотных гребенках с синхронизацией мод, и они могут быть реализованы с помощью технологии фотонной интеграции.

Совместимость с фотонной интеграцией дает преимущества с точки зрения уменьшения размера, энергопотребления и возможности выхода на массовый рынок. Сегодня практически все оптические измерения связаны с разноплановыми диапазонами световых частот, и это дает микрогребенкам множество различных областей применения – от калибровки инструментов, измеряющих сигналы на расстоянии световых лет, до идентификации и отслеживания здоровья людей с помощью воздуха, который они выдыхают.

Ключевой вопрос при работе с микрогребенками – насколько узки их линии частотных диапазонов, поскольку генератор с более узко расположенной маркировкой позволяет проводить более точные измерения. Еще несколько лет назад господствовало мнение, что такие линии не могут быть уже, чем входной свет от лазера. При более глубоком изучении было обнаружено, что линии, расположенные дальше от лазера, немного шире, чем линии, расположенные в центре. Причиной этого считались источники шума в микрорезонаторе.

Исследователь Фучуань Лей, проверил эти теории и провел эксперименты с устройствами, изготовленными в Лаборатории нанотехнологий CTH. Он обнаружил, что некоторые линии на самом деле уже, чем свет самого лазерного источника.

«Представьте, что вы ставите метки мелом, а не карандашом. Вы можете определить нужные точки и расстояния, но с помощью карандаша все это можно измерить намного точнее, потому что тогда у вас будет инструмент с очень четкими отметками», – пояснил Лей.

Источник: https://discover24.ru/

Первый в мире хирургический метод заживления разрезов и внутренних, и наружных органов без образования рубцов разработали ученые НИУ «МИЭТ» и Сеченовского университета. По их словам, предложенная лазерная технология отличается высокой эффективностью, точностью и невысокой стоимостью. Результаты опубликованы в журнале Bioegineering.
Сложные хирургические операции, по словам медиков, практически всегда приводят к образованию грубых опухолевидных рубцов из соединительной ткани. Если рубцы на коже обычно имеют только эстетический негативный эффект, то рубцы на внутренних органах могут существенно ухудшать их работу, сообщили специалисты.
Используемые сегодня методы заживления разрезов обладают рядом ограничений, рассказали ученые. Так, применение традиционных швов, создаваемых с помощью иглы и нити, ограничено при операциях на слизистых, сосудах и других деликатных тканях. Сшивание с помощью электрической и ультразвуковой сварки может приводить к повреждению здоровых тканей, а прочность клеевых соединений часто оказывается недостаточной, сообщили специалисты.
Ученые Национального исследовательского университета «МИЭТ» и Сеченовского университета разработали метод, который, по их словам, обеспечивает восстановление разрезов тканей организма без образования рубцов. Новая технология предполагает использование особого биоорганического состава в качестве припоя, который наносится в область раны, после чего её края спаиваются лазером.
«Нам удалось доказать преимущество технологии лазерного восстановления ран мягких тканей перед традиционными хирургическими методами. Технология позволяет быстро получать герметичный шов с минимальными размерами, который в будущем не оставит после себя грубого заметного рубца», – рассказал руководитель исследования, доцент Института биомедицинских систем НИУ «МИЭТ» Александр Герасименко.
По его словам, такой эффект обеспечивает уникальный состав припоя на основе альбумина, транспортного белка крови, а также оптического поглотителя индоцианина зеленого и одностенных углеродных нанотрубок.
Сам лазерный прибор оснащён смарт-системой обратной температурной связи, позволяющей контролировать интенсивность лазерного излучения. С помощью программного обеспечения лазерный нагрев биоткани происходит с точностью до 0,5 °С.
«Компоненты припоя подобраны так, чтобы максимально поглощать лазерное излучение, концентрируя его в области раны. Под действием излучения происходит трансформация жидкого припоя в твердый пористый биокомпозит, прочно соединяющий края разреза. В процессе дальнейшего заживления композит способствует прорастанию тканей в свою структуру, а затем растворяется и выводится из организма», – объяснил Герасименко.
Сразу после операции лазерные швы с биоорганическим припоем имеют ширину в три-четыре раза меньше, чем у сшитого нитью шва. Через 10 дней после операции ткани в области шва нового типа практически неотличимы от исходного кожного покрова, подчеркнули ученые.
Испытания нового метода показали не только эффективное заживление линейных разрезов кожи, но и сопутствующее уменьшение воспаления, отсутствие микронарушений кровообращения, ускорение роста соединительной ткани на месте раны, отметили создатели.
«Наша технология лазерной реконструкции тканей позволяет снизить длительность послеоперационной реабилитации, что даст возможность снизить стоимость медицинских услуг и материалов. За счет невысокой стоимости операция будет доступна широкому кругу пациентов», – рассказал Герасименко.
На данном этапе технология проходит экспериментальные исследования на различных тканях организма. Научный коллектив уже опробовал новый метод для восстановления слизистых в челюстно-лицевой хирургии, кровеносных сосудов, а также суставных хрящей в ортопедии.
Исследование проведено в рамках реализации федеральной программы «Приоритет 2030».
Источник: https://ria.ru/

Страница 1 из 22

© 2022 Лазерная ассоциация

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

Поиск