Ученые НИЯУ МИФИ в составе научной группы разработали уникальную твердую смазку для высокоточной техники, которая подходит для работы в экстремальных условиях. По их данным, состав на основе вольфрама, серы и селена снижает трение в несколько раз лучше аналогов.

В машиностроении обычно применяются жидкие смазочные материалы. Однако их нельзя использовать в экстремальных условиях – например, в узлах космических аппаратов или внутри вакуумных манипуляторов и микроэлектромеханических устройств. Для этих целей применяются твердые смазочные материалы.

Исследователи НИЯУ МИФИ в сотрудничестве с коллегами из БФУ им. И. Канта разработали уникальный твердый смазочный материал с оригинальной наноструктурой. В его основе – сульфоселенид вольфрама с равномерно распределенными сферическими наночастицами чистого вольфрама.

Новый смазочный материал значительно превосходит аналоги на основе дисульфидов или диселенидов молибдена или вольфрама по эффективности и износостойкости, отметил один из авторов разработки, главный научный сотрудник кафедры физики твердого тела и наносистем НИЯУ МИФИ Вячеслав Фоминский.

«Нам удалось подобрать оптимальное сочетание «матричного» материала и наночастиц, которое позволяет добиться повышенной твердости и пластичности смазочного покрытия. При трении на поверхности покрытия формируется нанопленка (трибопленка) толщиной 20 нм, которая значительно снижает трение за счет слабого взаимодействия между атомными плоскостями в своей структуре», — рассказал он.

Эксперименты показали, что коэффициент трения для полученных покрытий при комнатной температуре не превышал 0,02 по сравнению с 0,04–0,07 для аналогов.

«Изменяя содержание серы в аморфной матрице, мы можем создавать качественные смазочные покрытия для сложных условий эксплуатации, например, таких как при сильном охлаждении узлов трения (до -100°С) в инертной атмосфере при низкой концентрации паров воды», — добавил Вячеслав Фоминский.

Для получения таких покрытий требуемой структуры ученые использовали модернизированный метод реакционного импульсного осаждения.

«Мы использовали лазерное испарение диселенида вольфрама в сероводороде, которое приводило к образованию атомарного потока селена, серы и вольфрама и наночастиц вольфрама. Покрытие осаждалось при комнатной температуре основы. Лазерный метод осаждения позволяет гибко регулировать состав и структурное состояние покрытий и открывает возможность получения материалов со свойствами суперсмазки при различных условиях», — отметил ученый.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда № 19-19-00081. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Nanomaterials 

Источник: https://scientificrussia.ru/

Дроны с красным светом активизируют фотосинтез у культурных растений
Лазер красного спектра повышает урожайность и масличность сельскохозяйственных культур, особенно если повесить его на беспилотник.
Компания «Новбиотех» (резидент «Сколково») разработала уникальную технологию стимуляции роста растений неионизирующим лазерным излучением. Это особенно актуально в условиях запроса общества на экологически чистые продукты и тренда на органическое земледелие, ведь предлагаемая технология не оказывает токсического воздействия ни на растения, ни на окружающую среду. Укрепление иммунитета растений за счет лазера позволяет снизить количество удобрений, гербицидов и пестицидов, а значит, меньше этих веществ попадает в грунтовые воды, загрязняя источники питьевой воды. А еще благодаря дрону используется меньше сельхозтехники и горюче-смазочных материалов, соответственно, выбросов в атмосферу тоже становится меньше.
Распределить равномерно
Руководит проектом Наталья Севостьянова, которая успевает совмещать инновационную предпринимательскую деятельность с научной работой: она доктор биологических наук, в прошлом профессор кафедры биологии и биологической химии Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого. Именно в университете родился ее интерес к лазерам и начались исследования в области стимуляции растений лазерным излучением. «Интерес к лазерам еще в аспирантуре мне привил мой научный руководитель,— рассказывает Наталья.— Мы облучали лазером сельскохозяйственных животных и смотрели, как меняются их рост, иммунитет, товарные качества продукции переработки. В 2003 году я окончила Лазерную академию наук в Калуге и после этого некоторое время работала в Санкт-Петербурге: вместе с учеными Санкт-Петербургского института биорегуляции и геронтологии мы моделировали старение и изучали, как ткани животных реагируют на воздействие лазера».
Вернувшись в Великий Новгород, в родной университет, Наталья Севостьянова с коллегами — инженерами, экономистами и студентами — решила изучить влияние лазера на растения. В советское время проводились похожие эксперименты, но тогда все это представляло чисто научный интерес: лазеры были громоздкими, энергоемкими и никак не могли быть использованы в сельском хозяйстве.
Наталья с коллегами начинали с семян, наблюдали, как после обработки лазером они прорастают, как укрепляется растение. В 2019 году совместно со студентами провели полевые испытания в одном из новгородских фермерских хозяйств. Обрабатывали капусту и заметили, насколько ускоряется завязывание кочана. Эксперимент удался, но обнаружились недостатки, связанные с тем, что лазерная установка была стационарной. На небольшой площади, где проводились испытания, она в принципе неплохо работала, но если обрабатывать большое поле, то растения, которые находятся ближе к источнику излучения, получают больше света, а те, что подальше,— намного меньше. Неравномерное покрытие не всегда дает желаемый результат.
Кстати, такие стационарные лазеры, только гелий-неоновые, установленные на тракторах, использует в Краснодарском крае НПФ «Биолазер». По опыту конкурентов и результатам собственных испытаний Наталья Севостьянова решила отказаться от боковой обработки, перейти на другой тип лазера и поместить источник излучения в более выигрышное положение по отношению к поверхности, которая поглощает свет, то есть поднять лазер в воздух, или, другими словами, установить на беспилотный летательный аппарат. Обработка происходит вертикально и бесконтактно. Так растения и свет получают равномерно, и травматизации не происходит, при этом площадь обработки может варьироваться. Плюс беспилотника еще и в том, что с его помощью можно проводить обработку в труднодоступных местах, куда самоходная техника зайти не может, например, в случае подтоплений. Со своим решением компания «Новбиотех» участвовала в 2020 году в конкурсе технологических проектов Startup Village, вышла в финал и получила грант от Фонда содействия инновациям.
Красный свет и обменные процессы
В основе технологии лежит реакция как семян, так и собственно растений на свет. Научно доказано, что растения хорошо реагируют на красный свет, испускаемый полупроводниковыми лазерами, поэтому в «Новбиотехе» выбрали лазер красного спектра с длиной волны 630–680 нм. Рецепторы на листовой пластине поглощают кванты света, их энергия передается внутрь растительной клетки и запускает синтез АТФ (аденозинтрифосфат — вещество, играющее основную роль в обмене энергии в клетках живых организмов.— “Ъ”). АТФ — это универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. «Для того чтобы запустить синтез энергии, или фотосинтез, необходимо потребление углекислого газа и воды. При воздействии лазером фотосинтез активируется, растение начинает поглощать больше этих веществ и синтезировать больше биологически активных молекул в белке, которые являются природными катализаторами всех обменных процессов,— объясняет гендиректор "Новбиотеха".— Запустились обменные процессы, значит, ускорились рост и созревание, выросла урожайность, снизилось количество свободной воды, повысилось содержание сухого вещества, то есть тех полезных питательных веществ, которые важны для нас как для конечных потребителей».
«Наша лазерная стимуляция оказывает иммуномодулирующее воздействие. Мембраны клеток становятся более устойчивыми к проникновению различных патогенов, как следствие, снижается количество гнили. Все как у людей: чем крепче растение, тем меньше оно болеет»,— отмечает Наталья Севостьянова.
Обработку можно начинать прямо с семян — в них тоже важно активировать обменные процессы. «Перед посевом семена должны немножечко полежать, чтобы запущенные в них процессы позволили семени окрепнуть»,— подчеркивает Наталья Севостьянова. Следующая фаза роста, подходящая для облучения лазером,— это всходы, лучше всего на стадии трех листьев. «Фаза роста три листа оптимальна, потому что в этот момент растение формирует корневую систему, начинает потреблять больше питательных веществ,— продолжает специалист.— Появляется листовая пластина, активируется клеточное дыхание, и происходит процесс поглощения всего, что можно взять. Это как если бы человеку с двумя руками дали еще две руки — он же больше возьмет! То же самое с растениями».
Дрон с лазером на борту облетает поля ночью. Почему? Разве растения ночью не должны отдыхать? Оказывается, известный нам из школьной программы фотосинтез, который преобразует энергию света в энергию химических связей, протекает круглые сутки, просто у него есть разные фазы. Днем рецепторы, находящиеся на листовых пластинах, воспринимают ультрафиолетовый свет. Ночью, наоборот, работает красная часть спектра. «Мы не светим всю ночь на растение, а обрабатываем кратковременно, оказывая непродолжительное импульсное воздействие,— объясняет Наталья.— Это позволяет переключить фотосистему растения, улучшить его адаптацию, сделать более устойчивым к условиям окружающей среды, активировать генетический потенциал».
Оптимизация и баланс
Но тут важно соблюсти баланс, чтобы не навредить, поэтому такие параметры, как кратность и продолжительность обработки, в «Новбиотехе» подбирали вручную. «Мы ориентируемся на конечные данные, которые получаем после сбора урожая,— рассказывает Наталья.— Урожайность нам сообщают хозяйства, в которых мы проводим испытания, либо научно-исследовательский институт, с которым мы заключили договор об исследовании конечного материала. Рапс, пшеница, зеленая масса сдаются в аккредитованные лаборатории, и они дают свое заключение. На основании этих заключений мы делаем выводы о правильности выбранных параметров обработки. При этом хозяйство, которое высадило культуру, должно соблюдать технологию возделывания, обеспечивать правильный уход, ведь иначе никакой лазер не поможет. Если почва обедненная, то сколько ты над посадками ни летай, получить хороший результат будет сложно».
«Для каждой культуры мы применяем свое определенное расстояние от земли, так что наш беспилотник летает на высоте от 10 до 18 м,— говорит Наталья Севостьянова.— И мы смотрим, как культура на это отзывается. При обработке с одной высоты повышается урожайность (в Ставропольском крае для озимой пшеницы она выросла на 13–15%, в Новгородской области для яровой — на 10–13%), а с другой высоты возрастает масличность, если это масличная культура». Так было в 2022 году с рапсом. На одной из высот урожайность выросла не так значительно, как в других группах, зато масличность увеличилась на 10%. Для масложировой промышленности это очень ценно. У картофеля после обработки лазером повышается количество крахмала и, соответственно, выход технического крахмала, который производят на перерабатывающих заводах. У свеклы становится больше углеводов, и если это сахарная свекла, то можно получить большее количество сахара. «Мы заметили, что плоды богатых углеводами культур получаются более сочными, с более ярким вкусом за счет повышения количества сахаров»,— подытоживает эксперт.
Дрон, лазер, Турция и Бразилия
Разработанное инженерами «Новбиотеха» устройство представляет собой основу, на которой закреплен полупроводниковый лазер. Основа с лазером крепится на стабилизатор, который устанавливается на беспилотный летательный аппарат. Стабилизатор — деталь очень важная, он позволяет контролировать угол падения луча лазера на поверхность, ведь отклонение не должно превышать 6°. Установка может работать как от своего аккумулятора, так и от аккумулятора беспилотника.
Беспилотники предоставил Санкт-Петербургский федеральный исследовательский центр РАН, но в принципе можно использовать любой БПЛА, обладающий определенной грузоподъемностью. Лазеры закупают за границей, а установку собирают в Санкт-Петербургском федеральном исследовательском центре и новгородском опытно-конструкторском бюро «Планета». Уже есть договоренность, что ОКБ «Планета» будет и дальше производить это оборудование. «Чтобы от пилотных испытаний перейти к полномасштабному оказанию услуг, нужны другие мощности производства,— подчеркивает Наталья.— Мы стремимся снизить стоимость установки и, соответственно, обработки, чтобы она стала доступной широкому кругу сельхозпроизводителей. Возможно, в дальнейшем к "Планете" присоединятся другие компании, которые будут осуществлять мелкосерийное производство».
В компании планируют не столько продавать свои установки, сколько оказывать услуги по лазерной обработке посадок. «Дорожная карта, которую мы разработали, подразумевает до 2026 года выход на продажу оборудования за рубежом и франшизу на территории России,— говорит Наталья.— В России мы рассчитываем работать с компаниями и хозяйствами, у которых есть дроны. В сельском хозяйстве много беспилотников, которые, например, опрыскивают растения. Их можно сделать более универсальными: снял канистру с раствором, поставил наш стабилизатор — дрон летит и облучает. За счет оптимизации использования оборудования удастся повысить рентабельность».
Услуга удобнее еще и потому, что хранить оптику и ухаживать за ней сложно и затратно. К тому же тут важно контролировать параметры обработки, и специалисты «Новбиотеха» сделают это более качественно.
За рубежом уже ждут оборудование «Новбиотеха». У компании подписано два соглашения от производителя органической продукции в Турции на пилотные испытания, которые предполагается провести в ближайшее время. Заинтересованность в технологии проявила Бразилия, где важной сельхозкультурой выступает соя, и сейчас этот вопрос прорабатывается. Технологию «Новбиотеха» хочет купить эстонская компания, производитель биоудобрений, которая располагает хорошей клиентской базой в Европе и Латинской Америке.
Но пока есть определенные трудности. Сейчас в компании две установки. Увеличить их число быстро не получается из-за задержки с поставками оборудования и комплектующих, ведь лазеры с необходимыми «Новбиотеху» характеристиками в России не производятся. «Проблема в лазерах, проблема в финансировании»,— рассказывает Наталья.— Мы все-таки стартап и развиваемся на грантовые деньги, на деньги бизнес-ангела, однако хотим как можно быстрее перейти к масштабированию и начать полноценно зарабатывать».
Елена Туева
Источник: https://www.kommersant.ru/

Коллектив ученых из Екатеринбурга (УрФУ), Москвы и Санкт-Петербурга разработал новую технологию обработки пластин кремния — гибридное химическое и лазерное текстурирование, при котором пластину обрабатывают лучом фемтосекундного лазера после химического воздействия различных реагентов. Предварительное химическое травление позволяет в пять раз ускорить лазерную обработку и улучшает поглощение света в широком спектральном диапазоне. Технология будет полезна при создании солнечных батарей, а также в биомедицине (высокочувствительные датчики для анализа ДНК, обнаружения вирусов и бактерий), в химии, в информационных и коммуникационных технологиях. Описание новой технологии опубликовано в журнале Materials.
«В настоящее время формирование светопоглощающего микрорельефа поверхности пластин кремния производят химическим методом, который сравнительно дешев и используется в промышленных масштабах. Однако после химической обработки у пластин остается значительный коэффициент отражения, что уменьшает эффективность солнечных батарей. Альтернативным методом является лазерная обработка пластин, которая уменьшает отражение, но требует значительного времени использования фемтосекундного лазера. Предложенная нами лазерная обработка после химического травления позволила сократить время обработки в пять раз. При этом коэффициент отражения пластин, обработанных гибридным методом, на 7–10 % меньше, чем после химической обработки», — поясняет директор Уральского центра коллективного пользования «Современные нанотехнологии» УрФУ Владимир Шур.
Отметим, что при проведении исследований ученые использовали оборудование Уральского центра коллективного пользования «Современные нанотехнологии» УрФУ. Исследование выполнено при частичной финансовой поддержке Минобрнауки России по программе развития «Приоритет-2030».
Справка
Изготовление и применение поверхностных нано- и микроструктур в современных технологиях фотоники открывает новые возможности в таких областях, как информационные и коммуникационные технологии, солнечная фотовольтаика, изготовление инфракрасных кремниевых фотоэлементов, детектирование молекул в химии и биомедицине. В последние два десятилетия определенный интерес вызывают экспериментальные исследования по созданию такими методами не только голограмм, дифракционных, плазмонных, но и светопоглощающих структур, которые позволяют уменьшать коэффициент отражения металлических и полупроводниковых поверхностей. Кроме того, такие структуры способны создавать супергидрофобные и супергидрофильные поверхности, формировать защиту от коррозии и управлять многими другими свойствами поверхностей различных материалов. Использование в фотовольтаике пластин кремния со светопоглощающей поверхностью позволит существенно повысить эффективность солнечных батарей.
Источник: https://urfu.ru/

Технология позволит сократить потребление электричества на мощных серверах в несколько раз, проект поддержало правительство Новосибирской области и Российский научный фонд
Система охлаждения – своеобразный спасательный круг для компьютеров, гаджетов, атомных станций и обычных серверов, где хранятся тысячи терабайтов информации. В центре, где обрабатывают данные разных российских компаний, работают тысячи специальных компьютеров. Процессоры очень быстро нагревают воздух.
«Если отключить охлаждение, то за считанные минуты температура повышается выше критической, сервера начинают «глючить», отключаться», ─ пояснил управляющий центром обработки данных Владимир Гнат.
Шумные и очень затратные в обслуживании охладители потребляют много энергии. Скорость производительности серверов и гаджетов растет, нужны новые способы охлаждения электроники. Новосибирские ученые решили проблему на микроуровне.
Основа микропроцессора ─ кремний. Если его обработать инфракрасным лазером, жидкость, которая образуется во время работы, превращается в маленькие кристаллы.
«Узкий диапазон условий позволяет создавать на поверхности самораспределяющиеся микрохолмики в 10 микрометров, что в миллион раз меньше метра, а у них ─ шуба из оксида кремния», ─ пояснил старший научный сотрудник Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН Сергей Старинский.
Теперь не нужны огромные вентиляторы и холодильники. Кремниевые пластины стойкие, выдерживают любую температуру кипения и могут работать несколько лет.
«Мы можем более эффективно использовать саму систему охлаждения, снизить энергозатратность, повысить стабильность работы чипа. Если он будет достигать критических нагрузок, поверхность будет отводить гораздо больше тепла, тем самым мы повышаем надежность работы оборудования», ─ рассказал научный сотрудник Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН Владимир Сердюков.
Исследованием новосибирских ученых заинтересовались и готовы внедрять технологию на производстве центры обработки данных, в том числе зарубежные.
Источник: https://www.nsktv.ru/

Исследователи повысили точность оптомеханических датчиков с помощью квантовомеханических эффектов. Исследователи из Аризонского университета использовали квантовую запутанность, чтобы повысить чувствительность измерений оптомеханических датчиков. Их можно использовать в качестве сверхточных акселерометров или детекторов темной материи.
Оптомеханические датчики измеряют с помощью световых волн силы, воздействующие на чувствительное механическое устройство, объясняют ученые. Они основаны на двух синхронизированных лазерных лучах, которые отражаются от сенсора. Любое движение меняет расстояние, которое проходит свет на пути к детектору. Если датчик неподвижен, две волны идеально выровнены. Но если датчик движется, они создают интерференционную картину.
В классических интерферометрических системах чем дальше распространяется свет, тем точнее становится система. Чтобы обеспечить высокую точность миниатюрных оптомеханических датчиков, физики использовали квантовую запутанность.
Вместо того чтобы разделить свет один раз, чтобы он отражался от датчика и зеркала, они разделили каждый луч дважды, чтобы свет отражался от двух датчиков и двух зеркал. В качестве датчиков использовались мембраны толщиной всего 100 нм, которые двигаются в ответ на очень небольшие силы.
Удвоение датчиков повышает точность, так как мембраны должны вибрировать синхронно друг с другом, но запутанность добавляет дополнительный уровень координации, отмечают ученые. Они «сжали» лазерный луч. В квантово-механических объектах, таких как фотоны, существует фундаментальный предел того, насколько точно могут быть известны положение и импульс частицы. Поскольку фотоны также являются волнами, это выражается в фазе волны (где она находится в своих колебаниях) и ее амплитуде (сколько энергии она несет).
Сжатие перераспределяет неопределенность, так что сжатый компонент известен более точно, а антисжатый компонент несет больше неопределенности. Мы сжали фазу, потому что это то, что нам нужно было знать для нашего измерения, – И Ся, соавтор исследования.
Поскольку флуктуации в двух запутанных лучах связаны, погрешности в их фазовых измерениях коррелируют. В результате эксперимента ученые получили измерения, которые на 40% точнее, чем с двумя неспутанными лучами, и сделали это на 60% быстрее. Расчеты показывают, что точность и скорость возрастут пропорционально количеству датчиков.
Разработчики отмечают, что такие чувствительные датчики можно использовать для инерциальной навигации на планете, на которой нет спутников GPS, или внутри здания, когда человек перемещается по разным этажам. Кроме того, с их помощью можно измерять минимальные гравитационные возмущения, связанные с темной материей. Исследователи продолжат работать над миниатюризацией устройства, чтобы его можно было встроить в прибор размером со смартфон.
Источник: https://hightech.fm/

Ученые из МФТИ, Владимирского государственного университета и МИФИ научились управлять оптическими свойствами дисульфида молибдена, контролируя размер его наночастиц и процесс изменения химического состава. Технология позволяет получить наночастицы, которые можно использовать в электронике, нанооптике, нанофотонике и медицине.
Работа опубликована в Journal of Materials Chemistry C.
Дисульфид молибдена относится к классу дихалькогенидов переходных металлов — двумерных полупроводниковых кристаллов, имеющих слоистую структуру. Дихалькогениды переходных металлов отличаются высоким показателем преломления, гигантской анизотропией, а их монослои обладают прямой запрещенной зоной. Благодаря этим оптическим свойствам они используются в электронике и нанооптике в качестве транзисторов, биосенсоров, фотодетекторов, поляризаторов.
Наибольший интерес представляют наноразмерные структуры дихалькогенидов, однако основной способ их изготовления — нанолитография — сложный и трудоемкий. В прошлогодней работе ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ показали, что с помощью обработки лазером можно получать сферические наночастицы дихалькогенидов желаемого размера, которые лучше поглощают свет и демонстрируют высокий фототермический отклик (быстрее нагреваются от света лазера).
В новой работе физики из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами усовершенствовали метод, чтобы управлять не только размером частиц, но и их химическим составом. Для этого в эксперименте подбирали время воздействия лазера, меняли состав растворителя, в котором плавали частицы, измеряли спектры поглощения света и сравнивали их с результатами компьютерного моделирования.
При длительном воздействии достаточно мощного лазера на поверхности вещества происходит микровзрыв, в результате которого частицы вещества вылетают с поверхности. Этот процесс называется абляцией. При правильном подборе параметров лазера — мощности и длительности излучения — можно контролировать размер образующихся наночастиц.
Сначала ученые облучали лазером объемный кристалл дисульфида молибдена, помещенный в кювету с деионизированной водой. В результате получали наночастицы размером от 30 до 340 нанометров.
Полученные наночастицы фрагментировали. Для этого раствор с ними помещали в магнитную мешалку и в процессе перемешивания облучали лазером. После фрагментации образовывались сферические наночастицы. Чем дольше длилась фрагментация (от 10 до 40 минут), тем меньше становились частицы. Более маленькие наночастицы хуже поглощали свет, что качественно и количественно согласовывалось с теорией рассеяния света Ми. Визуально это проявлялось в изменении цвета раствора c наночастицами.
Затем было решено все операции с частицами проделать не в воде, а в растворе этанола. Полученные частицы имели четкую структуру: оболочка — ядро. Внутри ядра находились фрагменты слоев, а оболочка состояла из сплошных двух-трех слоев дисульфида молибдена. При длительной фрагментации оболочка исчезала.
При этом исследователи наблюдали изменение химического состава наночастиц с помощью рамановской спектроскопии. При дефрагментации более 60 минут метод показывал пики, соответствующие оксиду молибдена MoO3, при облучении в течение 20–60 минут — промежуточную фазу между дисульфидом молибдена и оксидом молибдена. Применив комбинацию методов энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии, физики получили фактически диафильм, показывающий, как происходило замещение серы атомами кислорода. Ученые полагают, что реакция стала возможна из-за разложения молекул этанола и повышения количества свободного кислорода в растворе.
Алексей Прохоров, старший научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур МФТИ, отмечает: «Исходный материал при взаимодействии с лазерным излучением и спиртовой средой превращался в наночастицы субоксида молибдена MoO3-x контролируемых размеров, проявляющие яркие экситонные свойства, которые мы впервые описали. Благодаря хорошему оборудованию нам удалось получить “мультфильм”, в котором видно, как происходит замещение серы атомами кислорода и дисульфид превращается в субоксид. Это значит, что мы знаем, в какой момент остановить реакцию, чтобы получить субоксид с заданной концентрацией тех или иных атомов, а следовательно — нужными оптическими свойствами».
Еще одним значимым результатом стал рекордный фототермический отклик — скорость нагрева под действием лазера — промежуточной фазы оксида молибдена из-за возбуждения экситонного резонанса. Эта характеристика важна в тераностике для потенциальных молекул-мишеней, которые уничтожают раковые клетки. Точечное лазерное излучение вызывает нагрев молекулы-мишени, а та уничтожает больные клетки.
«Следующий логический шаг — практическое применение наночастиц. В первой работе был показан сам метод получения наночастиц дисульфида молибдена, в этой — возможность их лазерной трансформации. Потенциально их можно использовать в медицине: в тераностике, а также в нанофотонике, — для создания нанолазеров с накачкой Ми-модами, по сути, нового типа Ми-нанолазеров. Сейчас задача — уменьшить дисперсность размеров частиц в растворе, а также научиться управлять соотношением размеров ядро / оболочка», — делится планами Алексей Прохоров.
Таким образом, ученые предложили стратегию управления и настройки спектра оптического поглощения для наночастиц дихалькогенидов переходных металлов. Для получения частиц нужного размера необходимо отрегулировать параметры абляции. Следующий шаг — практическое применение в медицине и нанофотонике.
Работа была поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации и Российским научным фондом.
Источник: https://naked-science.ru

Коллектив ученых из Санкт-Петербургского университета, Института высокомолекулярных соединений РАН и Университета Ганновера разработал новую технологию 3D-печати материалов для тканевой инженерии путем фотосшивания наночастиц. Разработка позволит выйти на новый уровень имплантирования.
Современная тканевая инженерия позволяет восстанавливать достаточно большие дефекты различных тканей человека – мышечной, нервной, соединительной и других. Для этого применяются имплантаты на основе комбинаций стволовых клеток из тканей пациента и специальных материалов, необходимых для обеспечения трехмерного роста клеток. Точный подбор этих элементов для конкретного пациента позволяет достичь высокой биосовместимости имплантатов с человеческим телом и использовать их для замещения участков поврежденной ткани, а иногда даже для внутренних органов. Материалы, используемые для создания подобных индивидуальных имплантатов, называются скаффолды (от англ. scaffold – строительные леса). На скаффолде располагают биологический материал: клетки и специальные биомолекулы – белки или пептиды, способствующие прикреплению, размножению и функционированию клеток. Таким образом, клетки на скаффолде, как рабочие на строительных лесах, воспроизводят полноценную живую ткань человеческого тела и замещают ей поврежденную.
«Мы использовали суспензии наночастиц и с их помощью напечатали скаффолды на 3D-принтере. Испытания на клетках in vitro показали достаточную механическую прочность этих материалов, а также их биосовместимость», – пояснил руководитель лаборатории биоматериалов СПбГУ, доцент СПбГУ (кафедра медицинской химии) Виктор Коржиков-Влах.
Как рассказал эксперт, главное преимущество использования наночастиц в том, что они, в отличие от массивных материалов, применяемых в трансплантологии, позволяют создавать структуры, подражающие сложноорганизованным биологическим тканям. Такие материалы необходимо использовать, когда структура имплантата должна быть неоднородна, как, например, человеческая кость, имеющая жесткую внешнюю и пористую внутреннюю структуру. Другой пример – контакты костной и хрящевой ткани, требующие восстановления после травмы.
В качестве «чернил» для 3D-печати скаффолдов химики СПбГУ использовали наночастицы на основе полимолочной кислоты, представляющей собой биоразлагаемый полимер, а также нанокристаллической целлюлозы. Объединить частицы в трехмерные структуры стало возможно за счет реакции фотосшивания – специального процесса образования ковалентных связей (так называемых сшивок) между частицами при облучении их ультрафиолетом.
По словам авторов исследования, «чернилами» также могут быть суспензии различных наночастиц, обладающих разной жесткостью, с применением нескольких печатающих головок 3D-принтера – это позволит создавать скаффолды, обладающие градиентом механических свойств. Кроме того, частицы можно модифицировать биологическими компонентами, которые будут распределяться в пространстве скаффолда при 3D-печати, таким образом создавая основу для формирования, например, кровеносных сосудов или межтканевых контактов.
Исследование выполнено с использованием инфраструктуры ресурсных центров Научного парка СПбГУ: «Магнитно-резонансные методы исследования», «Методы анализа состава вещества», «Развитие молекулярных и клеточных технологий», междисциплинарного ресурсного центра по направлению «Нанотехнологии».
Отметим, что сегодня в СПбГУ активно развивается направление разработки биоэлектронных протезов. Так, в конце 2022 года ученые Университета разработали новые нейронные имплантаты без металлов в составе.
Исследование опубликовано в Polymers.
Источник: https://www.ras.ru/

Комплекс дальней тепловизионной разведки с интеллектуальной аналитикой «Блокпост-4Т» разработан в Оптико-механическом конструкторском бюро «Астрон» холдинга «Швабе». В систему интегрирован «летающий тепловизор» – квадрокоптер БПЛА400Т. Об этом сообщил генеральный директор «Астрона» Владимир Попов.
В настоящее время на вооружении российской армии находятся различные оптико-электронные средства сбора информации о местности в любых погодных условиях, в том числе тепловизионные. При этом, как для оптических, так и для тепловизионных средств всегда необходимо выбирать между большим полем зрения (широкоугольная оптика) и высокой детализацией изображения (оптика с высокой кратностью приближения). «Мы подумали, что интегрирование "летающего тепловизора" в состав наземной системы наблюдения позволит нестандартно и довольно элегантно решить эту дилемму», – заявил Владимир Попов.
Комплекс дальней разведки обладает единой системой управления и приёма изображения с выводом его на единый монитор. Распознавание обнаруженных целей производится беспилотной тепловизионной системой на дистанциях до шести километров. Наземные тепловизионные станции комплекса «Блокпост-4Т» позволяют обнаруживать людей на дистанциях до 800 м, а автомобили на дистанции до 2 км. Встроенная видеоаналитика выделяет обнаруженные объекты на экране для помощи оператору в их идентификации, который по необходимости высылает в нужную точку дрон.
По словам гендиректора «Астрона», испытания комплекса уже состоялись. «В настоящее время производятся первые образцы», – отметил он.
Комплекс «Блокпост-4Т» с встроенной аналитикой для обнаружения цели состоит из наземных тепловизионных камер (от одной до четырёх) с креплением на треноге или любой другой опоре, а также беспилотной тепловизионной системой для распознавания цели, доразведки и корректировки огня.
БПЛА400Т – первый дрон-квадрокоптер с отечественным тепловизором, беспилотник применяется в зоне спецоперации. Аппарат предназначен для работы в составе малых подразделений, а основной задачей комплекса является выявление объектов, имеющих тепловую сигнатуру, отличную от фоновой. БПЛА оснащён полностью отечественной тепловизионной камерой, отечественным программным обеспечением, позволяет обнаруживать ночью транспортные средства и человека.
Источник: https://aviation21.ru/

Физики ИТМО, Алферовского университета и римского университета Тор Вергата разработали перовскитные солнечные элементы с повышенной эффективностью. Улучшить характеристики солнечных батарей удалось с помощью полупроводников в виде нитевидных нанокристаллов. Предложенная технология открывает новые возможности в создании солнечных электростанций и оптических устройств нового поколения.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Energy Materials.
Солнечные батареи из перовскита в обозримом будущем могут заменить привычные солнечные панели из кремния. Они достаточно просты в изготовлении, при этом способны вырабатывать то же количество электроэнергии с одной и той же площади, что и кремниевые. Максимальное значение КПД, которое сегодня удалось достичь ученым, — около 25%. Чтобы повысить эффективность, чаще всего в состав перовскитных пленок включают дополнительные вещества — например, наноматериалы.
Российские и итальянские исследователи провели эксперименты с достаточно новым и перспективным классом соединений A3B5 — полупроводниковыми материалами. Это нитевидные нанокристаллы, по своей структуре напоминающие наноиголки. Среди других проводников их выделяют подходящие электрофизические свойства: они отлично поглощают свет, имеют низкие оптические потери, оптимальную теплопроводность и участвуют в переносе зарядов. Для перовскитных солнечных батарей эти вещества использовались впервые. Благодаря им ученые смогли увеличить эффективность преобразования света в электричество с 17% до 18,8%.
«Мы отобрали подходящие для перовскитов полупроводники класса А3В5. Затем в ходе расчетов и экспериментов выбрали самый оптимальный вариант по составу, толщине и длине нитевидных кристаллов — фосфид галлия. Эти нанонити мы добавили в состав перовскитных солнечных элементов. Если посмотреть под микроскопом, кристаллы на устройствах будут выглядеть как разбросанные короткие волоски. Объединение двух разных полупроводников (перовскит+A3B5) позволило получить солнечный элемент, который способен вырабатывать в конечном итоге больше электроэнергии. Такой эффект удалось получить за счет оптимизации транспорта зарядов: введенные нанокристаллы выполняют функцию каналов проводимости для образовавшихся под действием света свободных зарядов», – рассказывает Александра Фурасова, первый автор проекта, младший научный сотрудник физического факультета ИТМО.
По словам авторов проекта, 18,8% — это не предел эффективности гибридных солнечных батарей. Они планируют продолжить эксперименты и с другими полупроводниками A3B5, чтобы найти тот, который позволит получить максимальный КПД. Исследование ученых поможет в создании многопереходных солнечных элементов (несколько солнечных элементов, объединенных в один, каждая часть из которого поглощает определенную часть солнечного спектра). Такие устройства в будущем можно будет использовать для выработки электричества в космосе, а также развития автономных маломощных гаджетов (например, беспроводных сенсоров и датчиков).
Проект поддержан Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (проект 075–15–2021–1349) и Российском научным фондом (грант № 22–79–10286).
Источник: https://scientificrussia.ru/

Международная команда исследователей первой смогла полностью интегрировать источник квантового света в чип. Это позволяет уменьшить размеры источника больше чем в 1000 раз, что улучшает воспроизводимость, стабильность в долгосрочной перспективе, масштабирование и, в потенциале, открывает путь к массовому производству. Все эти характеристики необходимы для реального применения квантовых процессоров.
До сих пор, однако, источники света требовали внешних и громоздких лазерных систем, которые сложно применять вне лабораторий, рассказывает Phys.org. Команда ученых из Университета им. Лейбница в Ганновере (Германия), Университета Твенте (Нидерланды) и стартапа QuiX Quantum преодолела это препятствие с помощью новой архитектуры микрочипа и инновационных интегральных платформ. Созданный ими источник квантового света полностью помещается на чипе и испускает запутанные кубитные состояния.
«Кубиты весьма подвержены шумам. Чип должен приводиться в движение лазерным полем, полностью свободным от шума, что требует наличия фильтра на чипе. Раньше было очень трудно интегрировать лазер, фильтр и резонатор на одном чипе, так как не существовало уникального материала, из которого можно было бы изготовить эти компоненты с достаточной эффективностью», — пояснил Рактим Хальдар, один из исследователей.
Решением стала гибридная технология, сочетающая лазер из фосфида индия, фильтр и резонатор из нитрида кремния на одном чипе. На нем происходит спонтанный нелинейный процесс, в результате которого из лазерного поля возникают два фотона. Каждый из них находится в суперпозиции, они оба спутаны и способны хранить квантовую информацию.
Благодаря такой архитектуре достигается высокая эффективность и характеристики, необходимые для квантовых компьютеров и квантового интернета. Теперь стало возможным интегрировать лазер с другими компонентами на чипе, так что весь источник света становится меньше монеты в один евро. Кроме того, открытие ученых позволит снизить производственные расходы.
Источник: https://hightech.plus/