Структурный анализ систем - [24]

.

5.18. Пример 9.30. Золото плавят при комнатной температуре

Людвиг де Кнооп с физического факультета Технологического университета Чалмерса в Швеции установил, что при увеличении напряженности электрического поля до экстремальных значений поверхностные слои золота фактически расплавились при комнатной температуре.

Атомы золота перешли в возбужденное состояние. Под воздействием электрического поля они внезапно потеряли свою упорядоченную структуру, и почти все межатомные связи исчезли. В течение дальнейших экспериментов исследователи обнаружили, что также есть возможность «переключаться» между твердым и расплавленным состоянием металла.

Совместно с теоретиком Микаэлем Юхани Куисма из университета Ювяскюля в Финляндии Людвиг де Кнооп и его коллеги открыли новое направление в материаловедении.

Благодаря теоретическим расчётам исследователи могут выдвинуть предположения о причинах способности золота плавиться при комнатной температуре. Возможно, поверхностное плавление можно рассматривать, как так называемый низкоразмерный фазовый переход. В таком случае открытие связано с областью исследований топологии, первопроходцы которой — Дэвид Тоулесс, Дункан Холдейн и Майкл Костерлиц получили Нобелевскую премию по физике 2016 года. Исследователи под руководством Микаэля Юхани Куисма изучают эту способность.

В любом случае, плавление поверхностных слоев золота при помощи данного метода открывает новые перспективы для его применения в будущем в различных прикладных целях.

Возможность контролировать и изменять свойства поверхностных слоев атомов, это открывает двери для различных путей применения этой технологии. Например, она может применяться в различных типах датчиков, катализаторов и транзисторов. Также могут открыться возможности для новых концепций бесконтактных компонентов47.

5.19. Пример 9.31. Гравитационный аккумулятор

Швейцарская компания Energy Vault предложила новую технологию энергосбережения в виде «гравитационного аккумулятора».

Предлагается построить 35-метровую башню, которая при помощи специального механизма будет поднимать несколько блоков по 35 тонн в моменты низкого энергопотребления. Когда нагрузка на сети возрастет, блоки опустятся, приведя в действие электрогенераторы. По словам швейцарцев, создать своеобразный энергонасос — простое и действенное решение. Технология аналогична закачиванию насосом воды на более высокую отметку, а затем работающего как генератор, приводимый в действие спадающей водой. Правда, вода не понадобится. Ее заменят блоки, которые можно будет делать практически из любого материала. Например, из свалочного мусора. Тогда стоимость упадет еще ниже, а природе будет причинен меньший ущерб. Подобный «гравитационный аккумулятор» решит основную проблему с сохранностью энергии.

Технология уже проходит обкатку в Индии. Компания Tata Power установила около штаб-квартиры маленький 22-метровый прототип. В будущем разработчики планируют ставить промышленные генераторы, которые в 5 раз больше по высоте (рис. 9.6).48

Рис. 9.6. Гравитационный аккумулятор

5.20. Пример 9.32. Твердотельные батареи

Японская компания TDK создала крошечные твердотельные аккумуляторы для носимых устройств и смартфонов. Батареи выдерживают до 1 тыс циклов перезарядки и безопаснее, чем традиционные литий-ионные аккумуляторы (рис. 9.7).

Рис. 9.7. Крошечный аккумулятор

Батарея может быть установлена как в домашние устройства, такие как пульты дистанционного управления, так и в смартфоны и планшеты.

Сейчас компания готовится выслать партнерам первую тестовую партию аккумуляторов и запустить их в массовое производство. Установка батареи позволит уменьшить размер гаджетов или увеличить их мощность за счет установки дополнительных компонентов.

Ранее химики из Университета Ватерлоо нашли решение двух самых сложных проблем при создании литий-кислородных батарей. Разработанный учеными аккумулятор показал 100-процентную кулоновскую эффективность, измеряемую отношением отданных ампер-часов к ампер-часам, полученным от зарядного устройства49.

5.21. Пример 9.33. Самолет нового поколения России

В Национальном исследовательском центре «Институт имени Н. Е. Жуковского» (НИЦ) разрабатывается воздушное судно нового типа.

Об этом журналистам сообщил гендиректор НИЦ Андрей Дутов, передает ТАСС. Для нового самолета была создана технологичная силовая установка — 500-киловаттный гибридный авиадвигатель. Сейчас заканчивается подготовительная работа к проведению летных испытаний двигателя. Специалисты в данном вопросе тщательно прорабатывают все аспекты работы, поэтому первый полет намечен на 2019 год, хотя двигатель фактически готов. Этот гибридный двигатель, по словам представителя НИЦ, будет опережать по своему потенциалу и техническим характеристикам аналоги из Siemens и Airbus.

Данная силовая установка призвана решить важнейшую задачу для российской авиации — переход к технологически новым, «чистым» разработкам самолетов. Ведь с появлением электродвигателей, способных зарекомендовать себя на рынке, российское авиастроение выйдет на новый качественный уровень. Это очень важный этап, в котором создание новой силовой установки является первым шагом на пути к запуску в небо первого полностью электрического самолета. Прототип двигателя уже демонстрировался специалистами на авиавыставке МАКС в Геленджике, вызвав очень большой интерес общественности.