Виник останнім часом гострий дефіцит кремнію з'явився причиною серії досліджень і пошуку альтернатив в області можливих природних і синтетичних замінників кремнію

Для інноваційних технологій безумовно найбільш цікавим є пошук або створення технічних рішень, що дозволяють взагалі обійтися без кремнію
Далі слід коротка аналітична оцінка опублікованих результатів таких досліджень і дослідно-конструкторських робіт

Японська компанія Spheral Power продемонструвала зразки електрогенеруючої тканини з інтегрованими сферичними фотоелементами. Повідомлення про це наводить видання The Asahi Shimbun.

Тканина створена на основі раніше розроблених компанією сферичних фотоелементів. Вони являють собою нагадують бісер намистини діаметром близько 1,2 міліметрів. Кожна з намистин виробляє в сонячний день близько 0,2 мілліватт енергії. На відміну від плоских панелей, ефективність сферичних фотоелементів практично не залежить від кута, під яким на них падає світло.

Електрогенеруючі намистини вплітаються в тканину і з'єднуються за допомогою мікроскопічних проводів один з одним і з батарейним відсіком. Енергії декількох сотень таких намистин, як видно на фотографії, достатньо для живлення світлодіода, але точні характеристики свого винаходу інженери не приводять.

Раніше компанія демонструвала інші продукти, створені на базі сферичних фотоелеменов, наприклад, гнучкі напівпрозорі панелі, призначені для використання на вікнах і настільні лампи.

Нещодавно інша група інженерів представила новий тип фотоелементів, які також можуть використовуватися для створення електрогенеруючих тканин. Вони представляють із себе оптичні кремнієві волокна, що мають на зрізі три напівпровідникові зони.

Фізики з Університету Пенсільванії створили тонкі кремнієві оптичні волокна, які здатні вловлювати світло і виробляти з нього електрику. Робота вчених опублікована в журналі Advanced Materials, а її короткий зміст наводиться в прес-релізі університету.

Початково команда авторів працювала над проблемою з'єднання оптичних волокон з плоскими кремнієвими мікросхемами. Однак, в ході дослідження з'ясувалося, що на основі кремнію можна створити волокна з інтегрованими електронними компонентами.

На поперечному зрізі видно, що волокна фактично складаються з трьох класичних напівпровідникових зон. При опроміненні світлом такі волокна генерують електрику, хоча ефективність цього процесу в повідомленні не вказується.

Завдяки своїй тонкощі (їх діаметр становить близько 10 мікрометрів), волокна можуть не повреждаясь легко згинатися. Автори сподіваються, що такі волокна можна буде сплітати в нитки для створення електрогенеруючих тканин. На даний момент довжина виготовляються волокон становить близько метра, але, за словами дослідників, може бути збільшена до 10 метрів.

Переважна більшість існуючих сонячних панелей створюються з кристалічного або аморфного кремнію. Останній допускає створення пристрою з деяким рівнем гнучкості. Ефективність перетворення світла в електрику кращих з сонячних батарей становить на даний момент близько 40 відсотків. Також, зараз активно ведуться розробки панелей, де вуглецеві нанотрубки і графен частково або навіть повністю замінюють кремній і металеві електроди.

Як і у всіх інших областях, сьогодні часто пошук концентріруеьтся на нано-трубках
Фізики прояснили, як змінюються фотоелектронні властивості пігментів при складанні їх у двуслойниє нанотрубки. Подібна структура була запозичена вченими у бактерій і може стати основою для сонячних батарей нового типу. Робота опублікована в журналі Nature Chemistry, а її короткий зміст можна прочитати на сайті Массачусетського технологічного інституту.

Структуру двухшарових нанотрубок з штучних пігментів вчені підгледіли у зелених сірчаних бактерій. Ці мікроорганізми зазвичай мешкають на великій глибині, де мало сонячного світла. Бактеріохлорофіл у них організований у структуровані комплекси і дуже ефективно поглинає випромінювання.

Вченим вдалося організувати штучні пігменти в нанотрубки, зробивши їх амфіфільних - тобто приєднавши до молекулі гідрофобні та гідрофільні заступники. У водному розчині такі речовини залежно від структури утворюють міцели, мембрану, або, в даному випадку, двуслойниє нанотрубки.

Зв'язки між окремими молекулами речовини в нанотрубках виявилися настільки сильні, що це змінювало светопоглощающіе властивості пігменту. Ефективність абсорбції випромінювання також залежала від орієнтації молекул в структурах. У той же час взаємодія між внутрішнім і зовнішнім шарами двуслойной нанотрубки виявилося мінімальним.

Отримані результати, за словами авторів, мають важливе значення для створення теоретичної моделі поведінки пігментів в структурованих комплексах. Для створення прототипів сонячних батарей на нанотрубках буде потрібно глибоке розуміння впливу їх структури на ефективність.

Раніше інша група фізиків з Массачусетського технологічного інституту запропонувала використовувати для збору сонячної енергії нанотрубки, створені з одношарового вуглецю. Ефективність таких фотоелементів поки невисока, але вони дозволяють використовувати для отримання енергії інфрачервону частину спектру сонячного світла, яка недоступна традиційним фотоелементів. Передбачається, що вони можуть стати зовнішньою частиною комбінованих сонячних батарей.

Всебічний розвиток біо-медичних технологій зажадало інтеграції технологій типових для біо-медичних об'єктів з біохімічними феноменами, виявленими в останній час

Інженери з Массачусетського технологічного інституту створили електрогенеруючих пристрій, який окисляє глюкозу із спинномозкової рідини. Робота вчених опублікована в журналі PLoS ONE, а її короткий зміст переказує ScienceNow.

Квадратний мікрочіп площею в один або два квадратних міліметра забезпечений катодом, анодом і розділяє їх мембраною. На платиновому аноді глюкоза окислюється з утворенням іонів водню і електронів. Мембрана, що розділяє катод і анод, проникна тільки для іонів водню, але не для електронів. Іони спрямовуються через мембрану до катода і об'єднуються там з киснем, утворюючи воду. Електрони також спрямовуються до катода, але не через мембрану, а через електричну схему мікрочіпа і, таким чином, живлять його енергією.

Анод мікрочіпа був зроблений з платини, а для виробництва катода використовувалися вуглецеві нанотрубки. Створене пристрій автори тестували в розчині, склад якого імітував цереброспінальну рідину. Мікрочіп був здатний виробляти кілька сотень мікроват електричної енергії, при цьому витрата глюкози залишався відносно невеликим. За розрахунками дослідників, він буде становити від 3 до 28 відсотків обсягу постійно регенерованими в мозку глюкози. Споживання кисню пристроєм також незначно впливало на його утримання в лікворі.

За словами авторів, створені елементи живлення можуть стати в нагоді для постачання електричною енергією машинно - мозкових інтерфейсів у пацієнтів зі сліпотою або глибокими ураженнями мозку. На даний момент всі експериментальні пристрої подібного роду харчуються шляхом бездротової індукції електрики або від батарей, які потрібно періодично міняти в ході хірургічних операцій. Мікрочіпи, що виробляють енергію з глюкози, в майбутньому зможуть зробити такі пристрої абсолютно автономними.

Вчені встановили, як саме пошкоджені нейрони привертають до себе клітини мікроглії, що допомагають регенерації нервової тканини. Робота опублікована в журналі Developmental Cell, її короткий зміст наводить ScienceNow.

Біологи працювали на модельному об'єкті - мозку рибки даніо-реріо (zebrafish, Danio rerio), в геном якої були внесені гени флюоресцентних білків. Нейрони таких тварин синтезували флюоресцентний білок червоного кольору, а допоміжні клітини нервової тканини (які називають мікроглією), - зеленого. Так як мозок у мальків даніо-реріо прозорий, то за поведінкою клітин можна було спостерігати прямо через мікроскоп.

При ушкодженні одного з нейронів лазером, розташовані неподалік клітини мікроглії спрямовувалися до нього, оточували і поглинали залишки мертвої клітини. Видалення мертвих нейронів - важливий етап при регенерації нервової тканини.

Вчені встановили, що залучення клітин мікроглії завжди супроводжується поширенням кальцієвої хвилі - зростання вмісту іонів Ca2 + в сусідніх нейронах. У нормі вона поширюється зі швидкістю близько 1 міліметра в хвилину. Якщо заблокувати вхід Ca2 + в нервові клітини, то кальцієва хвиля не виникає і мікроглія перестає залучатися до мертвих нейронам. Тригером, що запускають кальцієву хвилю, виявився нейротрансміттер глютамат, який виходив з пошкодженого нейрона у міжклітинний простір, - його блокування теж пригнічувало міграцію мікроглії.

Опублікована робота має важливе значення для розуміння нормальних процесів розвитку, регенерації та поширення сигналів в мозку. Крім того, процеси міграції мікроглії можуть грати свою роль при виникненні нейродегенеративних захворювань. Однак для визначення цієї ролі вченим доведеться перемкнутися на мозок людини, адже рибки не страждають від хвороб Альцгеймера і Паркінсона.

Американські інженери створили прозорі й гнучкі іоністори, які можуть стати джерелами живлення для мобільних пристроїв наступного покоління. Робота опублікована в журналі Scientific Reports, а її короткий зміст можна прочитати на сайті Північно-Західного Університету.

В основі нового пристрою - тонкі вуглецеві плівки незвичайної форми. Вони мають глибоко текстуровану поверхню у формі так званих "вуглецевих наночашек". Завдяки такій текстурі збільшується поверхню дотику між плівкою, яка виступає в ролі електрода і "наповнювачем" - полімерним електролітом.

Щоб продемонструвати працездатність технології для створення джерел живлення нового класу, автори створили невеликий прототип. У приводимом відео інженери використовують його для живлення світлодіода, розташувавши пристрій поверх екрану смартфона. Видно, що іоністор дуже добре пропускає світло, хоча і не є абсолютно прозорим. Крім того, автори демонструють, що батарею можна сгінать і це ніяк не змінює її електричні показники.

Іоністори (або суперконденсатори) є електричними пристроями в деякому розумінні проміжними між класичними конденсаторами і хімічними акумуляторами. В якості обкладок в іоністор виступають прошарки іонів на кордоні елеткрода і електроліту. Чим площа цієї межі, тим більше місткість пристрою. До переваг іоністор відносяться висока швидкість зарядки і мала деградація навіть після тисяч циклів роботи.

Нова розробка інженерів може стане в нагоді для створення повністю прозорих електронних пристроїв. Технології виготовлення багатьох інших компонентів таких пристроїв, наприклад, сенсорних панелей і екранів вже існують.

... далі буде ...