Skyscraper SU

Ученые из Челябинска изучили износостойкость материалов для дымовых труб

 Экспериментальное исследование износостойкости материалов для строительства промышленных дымовых труб, газоходов и сооружений газоочистки было проведено учеными и студентами Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) согласно целям нацпроекта «Наука и университеты», сообщили в пресс-службе учебного заведения.

Газоабразивный износ происходит под воздействием твердых пылеватых и мелких частиц, которые присутствуют в потоке дымовых газов промышленных предприятий, особенно металлургических. Он способен привести в негодность даже стальные конструкции газоотводящих трактов. Задача ученых ЮУрГУ состояла в том, чтобы оценить влияние повышенных температур на стойкость полимерных связующих композитных конструкций к газоабразивному износу.

Результаты показали, что износ ненаполненной эпоксидной смолы значительно снижается с повышением температуры. Наполненные материалы, напротив, показали неоднозначную зависимость интенсивности ухудшения состояния от температуры. Полученные результаты позволяют оценить долговечность конструкций с точки зрения газоабразивного износа и правильно подобрать материалы при строительстве.

Про новый российский 3D-литограф и еще 3 инновационных прибора от наших ученых

В 2022-2024 годах в Московском физико-техническом институте (национальный исследовательский университет) ведется разработка новых отечественных научных приборов: однолучевого оптического 3D-литографа с превышением дифракционного предела, рамановских спектрометров ИК-диапазона с длинами волн возбуждающего лазерного излучения 785 нм и 1064 нм, принтера плазмонных наноструктур и масс-спектрометрического комплекса высокого разрешения для анализа газовых смесей. Уже в 2024-2025 годах созданные образцы оборудования планируются к запуску в производство в нашей стране. Расскажем о новинках подробнее.

Оптический 3D-литограф основан на процессе фемтосекундной двухфотонной фотополимеризации, позволяющей создавать трехмерные структуры субмикронных размеров для различных областей науки и техники. Основная задача прибора состоит в высокоточном изготовлении 3D-объектов в микро- и наномасштабах для научного прототипирования и мелкосерийного производства. В частности, оптический 3D-литограф востребован для оптоэлектроники, микрооптики, микрофлюидики, биофотоники, микромеханики и др. Его потенциальными покупателями являются институты Российской академии наук, предприятия электронной промышленности, медицинские организации. Разработчики подчеркивают, что новый прибор соответствует мировым стандартам при меньшей конечной стоимости на отечественном рынке с полным техобслуживанием. Проект реализуется совместно с Институтом металлоорганической химии Российской академии наук (Нижний Новгород), химики которого разрабатывают уникальные полимерные светочувствительные материалы (фоторезисты), защищенные российскими патентами и являющиеся необходимым расходным материалом литографа.

Отечественные рамановские спектрометры инфракрасного диапазона (проект «Рам-ИК») являются универсальными инструментами для анализа и идентификации химического состава веществ любой природы: от биологических жидкостей до драгоценных камней. Благодаря своим уникальным характеристикам спектрометры будут востребованы в медицине, биологии, минералогии, криминалистике, промышленности, инфраструктуре безопасности. Эту разработку в МФТИ ведут совместно с Институтом физики твердого тела Российской академии наук (Черноголовка).

Принтер плазмонных наноструктур требуется для «формирования на поверхностях исследуемых объектов наноструктур из наночастиц металлов, обеспечивающих многократное усиление оптического отклика в устройствах оптоэлектроники, таких как фотоприемные матрицы, дисплеи, полупроводниковые источники света, и при измерениях химического состава объектов методами рамановской, флуоресцентной и фемтосекундной спектроскопии, и также для печати индуктивных и резистивных элементов с микронными нормами на различных подложках».

Разработчики также сообщают, что в МФТИ предложен и развивается новый подход в аэрозольной печати без использования чернил, базирующийся на применении в качестве источника наночастиц газоразрядного генератора аэрозолей. Наночастицы синтезируются непосредственно перед использованием в импульсно-периодическом газовом разряде в проточном газе между электродами из требуемого материала. Аэрозольный поток наночастиц фокусируется и доставляется на обрабатываемую поверхность, а частицы осаждаются в сухой форме без растворителя. Сильной стороной данного подхода является совмещение в едином устройстве четырех одновременно протекающих процессов: газоразрядного получения, лазерной модификации, печати и лазерного спекания наночастиц на подложке.

Масс-спектрометрический комплекс высокого разрешения является полностью российской разработкой и предназначен для исследования сложных газовых смесей и смесей летучих соединений. Его вместе с МФТИ создает Сколковский институт науки и технологий. Как объясняют авторы проекта, «в основе комплекса находится ионная ловушка типа Кингдона, которая представляет собой многоэлектродную электростатическую ловушку. Масс-спектрометры, использующие такие ловушки, относятся к приборам с преобразованием Фурье, что дает возможность получения данных высокого разрешения. Создаваемый прибор позволяет осуществлять в одном сканировании масс-спектрометрические исследования, которые будут предоставлять данные о точной массе и изотопном составе ионов, которые в нём исследуются». Эта разработка является уникальной как по конструкции, так и по величине ожидаемых аналитических характеристик – будут достигнуты наивысшие для приборов такого типа значений разрешающей способности.

Установки для производства и сжигания искусственных газов создали в Томске

 Сотрудники Томского политехнического университета разработали системы производства нового типа топлива - соединений из газа в ледяной и водной оболочке, которые добывают с океанского дна и называют горючим льдом. Исследование проводится по нацпроекту «Наука и университеты», сообщает учреждение.

«В Томском политехе сконструировали установки по исследованию характеристик сжигания композиционных топлив с добавлением газовых гидратов. Аналогов подобным устройствам нет. Исследование ведется при поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» и в рамках национального проекта «Наука и университеты», - говорится в сообщении.

Вуз стал третьим крупным центром в стране со стабильно налаженным производством. Максимальная доля газа в готовом продукте, полученном учеными, составляет 13-26% в зависимости от его типа. Создание эффективной технологии зажигания топлива на основе горючего льда может использоваться при выработке тепловой и электрической энергии, в двигателях различного назначения с минимальным ущербом для экологии.

«Нам удалось спроектировать и создать две системы для изготовления искусственных гидратов из метана, пропана, этана, изопропанола, углекислого газа и фреона. Мы работаем с комбинированными составами гидратов с ориентиром на широкую группу приложений», — цитируют в сообщении руководителя проекта, профессора Научно-образовательного центра И. Н. Бутакова Павла Стрижака. В одной из установок гидрат два-три дня «растят» в ледяном каркасе. Производство гидрата во второй установке занимает 30-40 минут.

В этом году ученые планируют создать и запустить еще одну установку, на которой можно будет изучать газовые гидраты за счет распыления жидкости. Она будет существенно отличаться от других тем, что позволит уменьшить время производства в два раза и приблизит процесс к промышленным условиям.

Челябинские ученые создали добавку для определения токсичных веществ

 Специальную добавку для определения небезопасных веществ в продуктах питания и воде создали студенты и ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ). Исследования проводились по программе «Приоритет 2030», которая призвана решить задачи национального проекта «Наука и университеты», сообщили в вузе.

«Студенты и ученые ЮУрГУ разработали добавку в состав электродов, при помощи которых происходит обнаружение небезопасных веществ в продуктах питания и воде. Новые компоненты электрода отличаются своей нетоксичностью и дешевизной в производстве, что уменьшит цену проведения анализа воды в 2-3 раза», — говорится в сообщении.

Благодаря характеристикам разработанной добавки она может стать альтернативой другим существующим методам изучения электрохимического состава еды и воды. Изготавливаемый материал определенным образом наносится на электроды, которые крепятся к прибору, предназначенному для исследований. Все полученные на приборе данные в дальнейшем обрабатываются на компьютере, после чего высчитывается степень токсичности и безопасности вещества.

Сейчас уже сделаны первые партии образцов материала и ведется исследование их физико-химических свойств. По словам одной из участниц разработки, студентки четвертого курса ЮУрГУ Валерии Захарченковой, полученные результаты могут стать основой для создания полноценной платформы для определения токсинов.

Вуз из Тольятти изготовит ультразвуковое оборудование для «Автоваза»

 Тольяттинский государственный университет (ТГУ) подготовит комплексы ручной ультразвуковой сварки для «Автоваза», сообщили в пресс-службе вуза. Разработка ведется в соответствии с целями нацпроекта «Наука и университеты».

«Тольяттинский государственный университет поставит автогиганту комплексы для ручной ультразвуковой сварки. Специально для завода конструкция разработана таким образом, чтобы в дальнейшем применять ее в автоматических установках. По производительности, надежности соединения и стоимости [метод ультразвуковой сварки] превосходит такие популярные методы сборки, как склеивание и использование крепежных элементов», — говорится в сообщении вуза.

Комплексы ТГУ будут применяться при изготовлении дверных панелей. Модель ручного ультразвукового «пистолета» разработана таким образом, что необходимости его можно интегрировать в автоматизированное оборудование для ультразвуковой сварки. Центр ультразвуковых технологий вуза уже приступил к изготовлению оборудования, в июне ТГУ должен поставить на «Автоваз» 20 установок различной комплектации и расходные материалы к ним.

«Наш центр продолжает формировать модельный ряд комплексов для ультразвуковой сварки. В ближайшие год-два мы планируем запустить серийное производство ультразвуковых аппаратов различного технологического назначения», — сообщил директор института машиностроения ТГУ Александр Селиванов. Он уточнил, что пока речь идет о ручной ультразвуковой сварке, при этом в перспективе ученые планируют освоить производство автоматизированного оборудования.

Рабочий макет геномного принтера создан учеными в Томске

 Сотрудники Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) создали рабочий макет геномного принтера в ходе реализации нацпроекта «Наука и университеты». Об этом сообщили в пресс-службе вуза.

«Создан рабочий макет оборудования, уже начались испытания. Это итог второго этапа работы над проектом ,,Разработка технологии субмикролитрового дозирования жидкостей для задач инженерной биологии, создание и практическая апробация опытного образца системы автоматического синтеза олигонуклеотидов на ее основе"», — уточнили в университете.

Пусконаладочные работы рабочего макета геномного принтера уже проведены. Впереди ученых ждет работа, связанная с экспериментами и доработкой отдельных систем оборудования. Цель проекта — обеспечить технологическую независимость в области приборной базы для проведения на территории России масштабных исследований в области генетических технологий. Разработка найдет применение также и в других наукоемких секторах российской промышленности.

«На втором этапе мы завершили работу по изготовлению макетов основных функциональных узлов системы автоматического синтеза олигонуклеотидов, — отметил руководитель проекта Антон Лощилов. — Уже готовы и проходят практические испытания роботизированная платформа, подсистема технического зрения, модули дозирования и другие узлы системы. Также проработан эскизный проект конструкции и программное обеспечение».

Российские ученые разработали нановолокна для улучшения свойств моторных масел

Ученые Института катализа (ИК) СО РАН разработали углеродные нановолокна, которые повышают прочность полимеров и улучшают характеристики моторных масел, снижая износ деталей в несколько раз, об этом рассказали ТАСС в понедельник в пресс-службе института.

Разработка представляет собой простой и высокопроизводительный способ получения углеродных нановолокон из этилена и пропан-бутановой смеси. Это материалы, состоящие из графитоподобных углеродных нитей диаметром до 800 нанометров, они почти не запутываются.

Разработанные нановолокна повышают прочность полимеров, например, тефлона, а также улучшают антифракционные характеристики моторных масел — износ деталей снижается в несколько раз.

Причем если доля нановолокон, которая необходима для улучшения свойств полимеров, составляет один процент от массы продукта, то для моторных масел это всего одна миллионная. Уточняется, что полученные нановолокна добавляли в разной концентрации в состав полимеров, а затем испытывали на разрыв и истираемость.

Моторное масло с добавкой нановолокон интенсивно перемешивали с помощью ультразвука и проверяли на машине трения для проверки качеств модифицированной смазки. Композиты прошли пилотные испытания в Институте проблем нефти и газа СО РАН в Якутске, также их изучали совместно с красноярским Институтом химии и химической технологии СО РАН.

«В планах — переход к смеси, моделирующей состав попутного газа. Это один из этапов масштабирования технологии», — приводит пресс-служба слова одного из авторов разработки, младшего научного сотрудника отдела материаловедения и функциональных материалов ИК СО РАН Софьи Афонниковой.

https://t.me/good_events_russia/4842

Завершён этап эскизного проектирования Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ)

Общий вид Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ). Источник изображения: Пресс-служба ТПУ

В России продолжается создание уникальной установки класса мегасайенс — Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ). О том, как Томский политехнический университет совместно с партнерами занимается созданием одной из станций СКИФ, специализация которой — рентгеновская микроскопия и микротомография, пишет журнал об инновациях в России «Стимул». Уже завершен этап эскизного проектирования, включая создание 3D-модели установки со всем научным оборудованием, ограничительными конструкциями и инженерными сетями. Следующий этап — разработка конструкторской документации и конструирование каждого из элементов станции, а также разработка управляющего программного обеспечения.

"Микрофокус" — первая во внутренней нумерации проекта и третья по очередности запуска в производство станция СКИФ. Ее специализация — рентгеновская микроскопия и микротомография. Общий вес будущей установки — более 120 тонн, ее стоимость оценивается более чем в миллиард рублей.

На станции «Микрофокус» мощный рентгеновский пучок синхротронного источника будет собран в крошечное фокусное пятно размером до 200 нанометров (вдвое толще человеческого волоса), в будущем его можно будет уменьшить еще в четыре раза. В мировой практике таких установок единицы.

«Благодаря станции появится возможность создавать высокопрочные материалы авиационного назначения с помощью лазерных и аддитивных технологий, новые защитные покрытия методами плазменного и холодного газодинамического напыления, исследовать новые полигидридные материалы, управлять структурообразованием кристаллических фаз, в том числе с использованием переменных температур и давлений, проводить фотокристаллографические исследования и исследования дефектных и напряженных кристаллов», — рассказал «Стимулу» директор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета (ТПУ) Алексей Гоголев.

«Микрофокус» также поможет изучать трудноизвлекаемые формы полезных ископаемых, проводить анализ вариаций состава геоматериалов для задач экологии и климатологии, изучать геоматериалы под воздействием экстремальных условий, проводить исследования для задач биомедицины и археологии и многое другое.

Директор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Алексей Гоголев. Источник изображения: Пресс-служба ТПУ

ОТ НЕДР ЗЕМЛИ ДО КОСМОСА

Созданием станции помимо группы научно-образовательного центра перспективных исследований Томского политеха занимаются исследователи Новосибирского государственного технического университета (НГТУ НЭТИ), Института физики микроструктур РАН (Нижний Новгород) и Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева Сибирского отделения РАН (Новосибирск). ТПУ выступает в роли интегратора. Все конструкторские работы распределены. Так, зеркальный монохроматор будет изготавливаться в Нижнем Новгороде, часть системы окружения образца и кристальный монохроматор — в Новосибирске.

«На ,,Микрофокусе" в полной мере будет задействован тот параметр Сибирского кольцевого источника фотонов, который позволяет причислять его к поколению 4+ — рекордно малый эмиттанс 75 пикометров-радиан, — рассказал ,,Стимулу" заместитель директора Центра коллективного пользования (ЦКП) СКИФ по научной работе, доктор физико-математических наук Ян Зубавичус. — Он позволит фокусировать максимальный поток рентгеновских фотонов даже на очень маленький исследуемый образец и определить его характеристики с предельной точностью».

По словам ученого, такие исследования востребованы в науках о Земле: на станции специалисты будут изучать процессы глубинного минералообразования и рудообразования, механические и термодинамические свойства материалов, составляющих мантию Земли, в их связи с сейсмичностью и вулканизмом. Станция позволит проводить исследования глубинных процессов, приводящих к формированию и изменению магнитного поля Земли и других планет, а также моделировать состояния вещества в недрах планет-гигантов и экзопланет. Кроме того, здесь могут быть решены задачи материаловедения в части поиска новых сверхтвердых, высокоэнергетических и других функциональных материалов, модификации функциональных материалов в условиях высоких давлений и температур.

Еще одно преимущество синхротронных исследований на станции «Микрофокус» — неразрушающее воздействие на образцы. Следовательно, возможно изучение самых уникальных объектов (микрочастиц метеоритов, образцов лунного грунта, экзотических земных минералов).

Заместитель директора ЦКП «СКИФ» по научной работе, доктор физико-математических наук Ян Зубавичус. Источник изображения: Пресс-служба ЦКП «СКИФ»

САМЫЙ ТОНКИЙ ЛУЧ

ЦКП СКИФ представляет собой комплекс из 34 зданий и сооружений, а также инженерного и технологического оборудования, обеспечивающий выполнение научных исследований на пучках синхротронного излучения (СИ). Наиболее технологически сложные и функционально значимые из них — здание инжектора, здание основного накопителя (в нем размещены и экспериментальные станции), а также отдельные здания экспериментальных станций, вынесенные за пределы основного накопителя из соображений удобства проведения специализированных исследований, а также безопасности. Кроме того, в состав комплекса входят здания инженерной инфраструктуры, административный и лабораторный корпуса, вспомогательные сооружения. Если говорить о параметрах, то длина орбиты пучка электронов — 476 метров.

Синхротрон — это один из типов циклических ускорителей с кольцевой вакуумной камерой, где частицы ускоряются почти до скорости света (300 000 км/с), а мощные электромагниты, которые стоят на их пути, задают траекторию движения. В итоге появляется синхротронное излучение — крайне мощный рентген, дающий возможность изучать структуру любого вещества до атомного уровня.

«Источник синхротронного излучения можно сравнить с фонариком, — поясняет Ян Зубавичус. — Чтобы рассмотреть удаленный маленький предмет, большой фонарик с широким углом освещения подходит плохо, ведь до предмета доберется слишком мало света. Луч фонарика должен быть узконаправленным. Произведение линейного размера источника на угловую расходимость светового луча называется эмиттансом. Чем меньше эмиттанс, тем меньшую область освещает пучок, но количество фотонов остается тем же, что и в пучке с большим эмиттансом. Таким образом, большее количество фотонов попадает на меньшую площадь образца, соответственно качество освещения будет значительно лучше».

Еще раз укажем, что именно рекордно низкий эмиттанс — 75 пм⋅рад — позволяет классифицировать ЦКП СКИФ как источник синхротронного излучения поколения 4+. Разделение источников СИ на поколения осуществляется по эмиттансу пучка. В каждом поколении эмиттанс на порядок-два меньше. Первое — сотни нанометров-радиан, второе — десятки, третье — единицы, четвертое — десятые доли нанометров-радиан (сотни пикометров-радиан).

Первое поколение источников СИ — это ускорители, использовавшиеся для задач физики высоких энергий. Синхротронное излучение было их побочным продуктом, генерируемым в «паразитном» режиме. После того как была осознана полезность СИ для разного рода исследований, появилось второе поколение — специализированные источники СИ. Далее возникли еще более продвинутые машины — третье поколение. В мире работают около 30 таких установок. За прошедшие несколько десятилетий именно они принесли максимальные результаты. В частности, ряд Нобелевских премий получен за эксперименты с использованием синхротронного излучения. Источников СИ четвертого поколения в мире пока три: MAX IV в Швеции, Европейский источник синхротронного излучения (ESRF-EBS ) во Франции и «Сириус» в Бразилии. На момент запуска СКИФ будет иметь минимальный эмиттанс среди всех существующих источников синхротронного излучения в мире.

Рекордное значение эмиттанса СКИФ формируется благодаря магнитной структуре основного кольца ускорительного комплекса, которая разрабатывается и производится в Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН. Источник изображения: Пресс-служба ЦКП «СКИФ»

КАЖДАЯ СТАНЦИЯ УНИКАЛЬНА

Всего планируется создать 30 экспериментальных станций, однако потенциально их число может быть расширено до 46. В рамках первой очереди намечено шесть станций, для четырех из них уже определены организации-интеграторы: «Быстропротекающие процессы» — Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева, «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне» — Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН, «Микрофокус» — Томский политехнический университет, «Структурная диагностика» — Институт сильноточной электроники СО РАН.

«Станция — это исследовательский комплекс, — рассказывает Ян Зубавичус. — В этом и состоит преимущество источников синхротронного излучения, вокруг одного накопительного кольца может быть создано много таких комплексов, работающих независимо друг от друга. У них есть общие черты, но в то же время всегда есть специфика. Станции используют разный спектральный диапазон излучения, у каждого вида — разные характеристики. Причем речь идет не только о рентгене. Например, в составе станций второй очереди мы обсуждаем станцию, которая будет работать с инфракрасным излучением. В зависимости от вида излучения, от специфики исследовательских методов, реализованных на станции, набор оборудования может существенно отличаться. К примеру, на станции ,,Микрофокус" важно уметь перемещать образец в пучке с очень маленьким шагом и контролировать эти перемещения. Это один из вызовов для конструкторов станции — исследователей ТПУ».

В линейном ускорителе СКИФ происходит формирование сгустков электронов и их ускорение до энергии 200 МэВ. Источник изображения: Пресс-служба ЦКП «СКИФ»

ВОЙТИ В ДЕСЯТКУ

В России существует два неспециализированных источника СИ в Институте ядерной физики СО РАН (ВЭПП-3, ВЭПП-4), такие источники относятся к первому поколению, а также специализированный источник СИ «КИСИ-Курчатов» в НИЦ «Курчатовский институт» — это второе поколение. Источников третьего и четвертого поколений в России нет.

Согласно нацпроекту «Наука и университеты», в рамках которого создается ЦКП СКИФ, Российская Федерация должна стать одной из десяти ведущих стран мира по объему научных исследований и разработок. Справиться с этой задачей поможет передовая инфраструктура для научных исследований — уникальные научные установки класса мегасайенс. Сибирский кольцевой источник фотонов — одна из таких установок.

СКИФ станет исследовательским центром, куда будут приезжать российские и зарубежные научные группы для проведения мультидисциплинарных исследований. Уникальные характеристики нового синхротронного источника позволят проводить передовые исследования с яркими и интенсивными пучками во множестве областей — химии, физике, материаловедении, биологии, геологии, гуманитарных науках.

«Взаимодействие с высокотехнологичными предприятиями — отдельный вопрос, сверхзадача, — говорит Ян Зубавичус. — Нам предстоит выстроить свою систему трансфера научных знаний в новые технологии. Отрасли, в которых востребованы результаты синхротронных исследований, — это ,,зеленые" технологии в химической/нефтехимической индустрии и энергетике; авиа-, судостроение, космическая промышленность; здравоохранение: расшифровка структуры биологически важных макромолекул, таргетная доставка лекарств, исследование отдельных частиц вирусов; ядерная энергетика; создание сверхпроводников нового типа; робототехника и многие другие».

Первую в России платформу для виртуального изучения двигателей создали в Самаре

Платформа для изучения двигателей в виртуальной реальности впервые в России была разработана учеными из Инжинирингового центра Самарского университета имени Королева. Об этом сообщили в пресс-службе учебного заведения.

«Созданный программный комплекс позволяет более подробно и наглядно изучать устройство и работу двигателей на основе их точных 3D-моделей, помещенных в виртуальную реальность. Разработка предназначена для обучения не только студентов профильных специальностей, ее также можно будет использовать в рамках профориентации школьников и для повышения профессионального уровня сотрудников двигателестроительных предприятий», — отметили в пресс-службе.

Новый учебный инструмент позволит наглядно изучать в виртуальной реальности различные двигатели в мельчайших деталях. Их можно будет собирать, запускать и следить за рабочими процессами. Сейчас в каталоге программного комплекса доступны газотурбинные, жидкостные ракетные и поршневые двигатели. В будущем список может быть расширен и до других типов.

На текущий момент платформа уже готова к использованию. В ближайшие месяцы туда планируется загрузить модели основных двигателей и оцифрованные экспонаты Центра истории авиационных двигателей (ЦИАД) Самарского университета. «В ЦИАД собрана крупнейшая в мире коллекция советских и российских газотурбинных двигателей, здесь представлены все типы воздушно-реактивных авиадвигателей. В коллекции также есть агрегаты, предназначенные для вертолетов, ракет и даже танков», — подчеркнул руководитель проекта развития VR в двигателестроении Инжинирингового центра Илья Лейковский.

https://t.me/good_events_russia/4850

Российские физики о перспективах использования двухслойного графена в цифровой электронике

В ходе выполненных в Московском физико-техническом институте (МФТИ) исследований двухслойного графена российские ученые сделали заключение о доминирующем квантовом туннельном типе проводимости в этом перспективном материале. Подтвержденная в ходе экспериментов ситуация, по мнению исследователей, оказывается очень перспективной для создания новых образцов электроники.

Во-первых, имеется высокая электронная подвижность в графене, что дает возможность создания быстрых полупроводниковых приборов. Во-вторых, изучен туннельный характер транспорта, что позволяет управлять током при малых напряжениях, то есть обеспечить энергоэффективность. Авторы исследования подчеркивают, что подобной комбинации скорости и энергоэффективности было невозможно достичь в электронике на основе «классических» полупроводниковых материалов. Туннельный эффект в двухслойном графене позволит «чувствовать» не только излучения, но и следовые количества химических и биологических соединений, то есть выступать в роли чувствительного химического и биологического сенсора.

Добавим, что двухслойный графен — двумерная модификация углерода, образованная двумя близко расположенными слоями графена. Он интересен тем, что является материалов, где электроны на своем пути не встречают препятствий. До российского исследования механизм протекания тока в p-n-переходах на основе двухслойного графена долгое время оставался непонятым. Ученые из лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ смогли ответить на этот вопрос. В своих экспериментах они пришли к выводу о доминирующем квантовом туннельном типе проводимости в этом материале.

Так называемый p-n-переход (область соприкосновения двух полупроводников с разными типами проводимости) фактически является основой всей современной полупроводниковой электроники. Для электронов такой переход является энергетическим барьером. Наличие ступенчатого барьера для электронов в p-n-переходе определяет его главную функцию в электронике: этот переход является односторонним, ток в нем может течь лишь при одной полярности поданного напряжения. Еще в 1960-х годах было сделано открытие, что p-n-переходы могут проводить ток и благодаря эффекту квантового туннелирования – «просачиванию» электронов под энергетическим барьером. Подобным приборам — туннельным диодам — нашлось применение в электронике с низким энергопотреблением. Другим важным направлением в электронике стало повышение скорости срабатывания электронных приборов. И вот здесь как раз пригодился такой перспективный материал как графен.

В Белгороде разработали способ обработки коррозионностойкой стали

 Новый способ обработки коррозионностойкой стали для получения одновременно прочных и пластичных заготовок разработали и запатентовали в Белгородской области в ходе работы по нацпроекту «Наука и университеты», сообщили в Белгородском государственном национальном исследовательском университете (НИУ «БелГУ»).

«Ученые НИУ ,,БелГУ" запатентовали инновационный способ обработки коррозионностойкой стали. Получаемые по новой технологии полуфабрикаты будут востребованы в качестве конструкционного материала в авиационно-космической, а также химической и нефтеперерабатывающей промышленности, поскольку прочность этих сталей, получаемых по традиционной технологии, низка», — сказали в университете.

Как отметил руководитель проекта, доктор физико-математических наук Рустам Кайбышев, новизна подхода, запатентованного в белгородском вузе, заключается в многократном чередовании деформационной и термической обработки стали, что позволило получить структуру материала, обеспечивающую повышение прочности с сохранением высокой пластичности.

Российские ученые наращивают мощность первой очереди линейного ускорителя для ЦКП СКИФ

Как сообщает пресс-служба Института ядерной физики имени Будкера Сибирского отделения Российской академии наук (Новосибирск), после монтажа и запуска первой очереди линейного ускорителя (линак) будущего источника синхротронного излучения СКИФ, ученые вывели установку в рабочий режим и ускорили на ней пучок электронов до энергии 30 МэВ. Подтверждено, что ускоритель полностью работоспособен и готов к выходу на проектные параметры – 200 МэВ, что уже запланировано на 2024 год.

Как рассказал заведующий лабораторией Института ядерной физики имени Будкера Сибирского отделения Российской академии наук кандидат физико-математических наук Алексей Левичев: «В настоящее время первая очередь линейного ускорителя смонтирована и запущена. Линак полностью работоспособен, все его элементы в рабочем состоянии, — рассказал. — На выходе из первой очереди ускорителя мы продемонстрировали энергию пучка около 30 МэВ при входной СВЧ мощности около 20 МВт, что полностью соответствует нашим расчетам. Также получен проектный заряд 0.3 нКл в каждом сгустке. Дальше планируются рутинные измерения параметров пучка, его стабильности, характеристик, связанных с угловым и энергетическим разбросом. Но уже сейчас полученные результаты говорят о том, что все наши расчеты верны, и установка достигнет в дальнейшем своих проектных 200 МэВ».

Центр коллективного пользования «СКИФ», в рамках которого создано новое передовое научное оборудование, состоит из большого количества сложных компонентов для экспериментов российских физиков, поэтому его создании задействованы десятки известных отечественных организаций и предприятий. Ядром проекта является новый источник синхротронного излучения поколения 4+. Установка сооружается в Новосибирской области в рамках национального проекта «Наука и университеты» и во исполнение Указа Президента России от 25 июля 2019 года.

НАША СПРАВКА:

Линейный ускоритель (линак) – одна из основных частей ускорительного комплекса «СКИФ». Именно там формируется пучок электронов, который поступает сначала в бустер-синхротрон для дальнейшего ускорения, а потом в накопитель-источник синхротронного излучения. В линейном ускорителе необходимо получить энергию частиц 200 мегаэлектрон-вольт (МэВ), 55 сгустков электронов с периодом 5.6 наносекунд (нс), с зарядом в каждом сгустке 0.3 нанокулон (нКл). Длина каждого сгустка — около нескольких миллиметров. В линаке электроны быстро набирают скорость, близкую к скорости света, а их траектория корректируется магнитной системой. Уже сформированные в линейном ускорителе сгустки электронов с частотой 1 Гц поступают в бустер-синхротрон. Здесь пучок ускоряется до 3 гигаэлектрон-вольт и перепускается в накопитель. В накопителе пучки электронов движутся по круговой орбите, которая формируется поворотными магнитами, и испускают синхротронное излучение, поступающее пользователям центра: биологам, химикам, геологам, материаловедам и другим специалистам. С его помощью они проводят свои работы, например, определяют элементный состав вещества, изучают свойства новых материалов, исследуют быстропротекающие процессы, расшифровывают структуру белков и многое другое.

Ученые МГУ отменили программу смерти с помощью нового антиоксиданта

Смерть организма от шока можно предотвратить при помощи адресного воздействия на энергетические станции клетки — митохондрии. Это выяснили ученые МГУ имени М.В. Ломоносова, которые изучали механизм гибели живых существ в критических условиях. Применяя свою разработку — митохондриально-направленный антиоксидант SkQ1 — исследователи смогли предотвратить смерть животных от разных шоковых состояний.

По словам соруководителя работы, ведущего научного сотрудника МГУ Максима Скулачева, в любом организме заложен специальный механизм самоликвидации — запрограммированной смерти. Животное, попавшее в критическое состояние (например, это может быть тяжелая инфекция или обширная травма), уже «не представляет интереса» для эволюции и даже может быть угрозой для сообщества своих сородичей. Поэтому в организмы самых разных живых существ, включая млекопитающих, вероятно, заложен механизм биохимического самоубийства. Он активируется в кризис, и тогда перед организмом встает выбор: победить болезнь или умереть.

«Мы показали, что важнейшую роль в принятии этого решения играют митохондрии, а точнее активные формы кислорода, которые они производят. С помощью нашего вещества SkQ1 мы можем влиять на этот процесс и не позволить активироваться самоубийственному механизму, который важен для эволюции животных, но абсолютно вреден для человека. Результаты нашей работы открывают широкие перспективы для применения митохондриально-направленных антиоксидантов», — подчеркнул ученый.

«Я очень надеюсь, что работа не ограничится экспериментами на лабораторных животных и совсем скоро мы перейдем к клиническим исследованиям лекарственных препаратов, предназначенных для спасения жизней пациентов в критических состояниях», — отметил ректор МГУ академик Виктор Садовничий.