Компьютерра, 2008 № 29 (745) - [8]
Следующим проектом, на выполнение которого бросят силы голландцы, станет DelFly Nano с размахом крыльев пять сантиметров и весом около грамма. Кроме того, ученые планируют довести до ума софт, распознающий изображения и управляющий полетом стрекоз, дабы они смогли работать самостоятельно, без контроля человека. ГА
Удивительный материал с колоссальной проводимостью ионов кислорода, которая при комнатной температуре в сто миллионов раз больше, чем у всех известных твердых электролитов, предложили ученые из Мадридского университета. Материал обещает значительно повысить эффективность твердооксидных топливных элементов и снизить их рабочую температуру до комнатной.
Как известно, современные топливные элементы способны эффективно преобразовывать химическую энергию окисления водорода в электрический ток. В них всегда есть два электрода — катод и анод, которые должны быть надежно изолированы друг от друга специальной мембраной (слоем так называемого твердого электролита), чтобы электроны могли течь только через внешнюю цепь с полезной нагрузкой. В то же время, чтобы замкнуть цепь между электродами, сквозь мембрану должны проходить либо протоны — положительные ионы атомов водорода, либо, наоборот, отрицательные ионы кислорода.
Мембраны для маленьких протонов сделать гораздо легче.
Их обычно изготавливают из полимеров, и протонные топливные элементы, слегка нагреваясь, работают при температуре 50-100 градусов Цельсия. Сделать же хорошие мембраны для больших ионов кислорода с приемлемой проводимостью при обычной температуре до сих пор не удавалось. Чаще всего их изготавливают из специальных оксидных керамик, в которых ионы кислорода начинают активно "скакать" от вакансии к вакансии лишь при температуре 600-1000 градусов. Зато таким топливным элементам не нужны дорогие катализаторы для расщепления молекул водорода, и они менее привередливы к топливу. Однако высокая рабочая температура сильно усложняет конструкцию твердооксидных топливных элементов и заставляет задуматься об утилизации их тепла, например, с помощью обычных турбин.
Так что применение подобных элементов становится оправданным лишь в крупных энергетических установках.
Но теперь ситуация может измениться. Новая мембрана представляет собой эпитаксиальную гетероструктуру из чередующихся слоев стабилизированного иттрием оксида циркония и титаната стронция ZrO2:Y2O3/SrTiO3. На границе слоев этих двух материалов с разными кристаллическими решетками возникают прямые пути из вакансий, по которым ионы кислорода могу двигаться с минимальным сопротивлением. Поперечная ионная проводимость такой мембраны на восемь порядков больше, чем у всех известных материалов. В структуре и механизме работы новой мембраны ученым удалось разобраться в Окриджской национальной лаборатории США с помощью уникального сканирующего просвечивающего электронного микроскопа с разрешением 0,6 ангстрема.
Новая мембрана может работать и при комнатной температуре, а топливный элемент на ее основе — конкурировать с протонными топливными элементами. Пока трудно сказать, появятся ли новые топливные элементы на рынке и когда это произойдет.
Ученые в самом начале пути, но идея использования границ многослойных структур для получения материалов с нужной ионной проводимостью в любом случае заслуживает пристального внимания. ГА
Новую технологию изготовления гибких матриц фотоcенсоров, способных принять форму сложной искривленной поверхности, разработали ученые из Иллинойского университета в УрбанаШампейн. Технология обещает скорое появление высококачественных миниатюрных камер, подобных глазу человека и животных.
Несмотря на быстрый прогресс фото- и видеотехники ей все еще далеко до наших органов зрения. Для имитации единственного хрусталика глаза приходится применять дорогие и очень сложные объективы, редко обходящиеся без десятка линз из различных стекол с пленочным просветлением и тому подобных ухищрений. Но и таким конструкциям редко удается избежать аберраций и обеспечить одинаковую четкость и яркость изображения на всей площади плоской матрицы сенсора.
Специалисты давно заметили, что полусферическая поверхность сетчатки наших глаз при завидной компактности и простоте позволяет получить сравнительно широкий угол обзора и минимум искажений. Уже более двадцати лет инженеры безуспешно пытаются приспособить хорошо отработанные плоские технологии фотолитографии для изготовления искривленных матриц, но до сих пор никому не удавалось изготовить хотя бы работоспособный образец. Шутка ли, хрупкие пластины кремния ломаются уже при деформациях менее одного процента.
В новой технологии используется весьма хитроумный путь получения искривленного сенсора. Сначала формируется гибкая тонкая мембрана нужной формы. Затем она специальным приспособлением растягивается, как кожа барабана, и принимает плоскую форму. На эту мембрану переносится изготовленная по обычной планарной технологии сетка из кремниевых фотодиодов матрицы и сопутствующая электроника. Диоды в сети располагаются не вплотную друг к другу, как на обычной матрице, а разнесены и соединены гибкими металлическими проводниками. Далее мембрану освобождают, и она принимает первоначальную форму полусферы. При этом сетка фотодиодов сильно сжимается, но возникающие в ней напряжения эффективно снимаются за счет того, что металлические проводники отслаиваются от мембраны и слегка вспучиваются в виде маленьких дуг. В результате кремниевые пикселы-фотодиоды избегают значительных напряжений и сохраняют работоспособность. На последней стадии техпроцесса мембрану с матрицей приклеивают к подготовленной стеклянной полусфере и выполняют все необходимые электрические соединения.
