Возникший в последнее время острый дефицит кремния явился причиной серии исследований и поиска альтернатив в области возможных природных и синтетических заменителей кремния

Для инновационных технологий безусловно наиболее интересным является поиск или создание технических решений , позволяющих вообще обойтись без кремния

Далее следует краткая аналитическая оценка опубликованных результатов таких исследований и опытно-конструкторских работ

Японская компания Spheral Power продемонстрировала образцы электрогенерирующей ткани с интегрированными сферическими фотоэлементами. Сообщение об этом приводит издание The Asahi Shimbun.

Ткань создана на основе ранее разработанных компанией сферических фотоэлементов. Они представляют собой напоминающие бисер бусины диаметром около 1,2 миллиметров. Каждая из бусин производит в солнечный день порядка 0,2 милливатт энергии. В отличие от плоских панелей, эффективность сферических фотоэлементов практически не зависит от угла, под которым на них падает свет.

Электрогенерирующие бусины вплетаются в ткань и соединяются при помощи микроскопических проводов друг с другом и с батарейным отсеком. Энергии нескольких сотен таких бусин, как видно на фотографии, достаточно для питания светодиода, но точные характеристики своего изобретения инженеры не приводят.

Ранее компания демонстрировала другие продукты, созданные на базе сферических фотоэлеменов, например, гибкие полупрозрачные панели, предназначенные для использования на окнах и настольные лампы.

Недавно другая группа инженеров представила новый тип фотоэлементов, которые также могут использоваться для создания электрогенерирующих тканей. Они представляют из себя оптические кремниевые волокна, имеющие на срезе три полупроводниковые зоны.

Физики из Университета Пенсильвании создали тонкие кремниевые оптические волокна, которые способны улавливать свет и производить из него электричество. Работа ученых опубликована в журнале Advanced Materials, а ее краткое содержание приводится в пресс-релизе университета.

Исходно команда авторов работала над проблемой соединения оптических волокон с плоскими кремниевыми микросхемами. Однако, в ходе исследования выяснилось, что на основе кремния можно создать волокна с интегрированными электронными компонентами.

На поперечном срезе видно, что волокна фактически состоят из трех классических полупроводниковых зон. При облучении светом такие волокна генерируют электричество, хотя эффективность этого процесса в сообщении не указывается.

Благодаря своей тонкости (их диаметр составляет около 10 микрометров), волокна могут не повреждаясь легко сгибаться. Авторы надеются, что такие волокна можно будет сплетать в нити для создания электрогенерирующих тканей. На данный момент длина изготавливаемых волокон составляет около метра, но, по словам исследователей, может быть увеличена до 10 метров.

Подавляющее большинство существующих солнечных панелей создаются из кристаллического или аморфного кремния. Последний допускает создание устройства с некоторым уровнем гибкости. Эффективность преобразования света в электричество лучших из солнечных батарей составляет на данный момент около 40 процентов. Также, сейчас активно ведутся разработки панелей, где углеродные нанотрубки и графен частично или даже полностью заменяют кремний и металлические электроды.

Как и во всех других областях, сегодня часто поиск концентрируеьтся на нано-трубках

Физики прояснили, как меняются фотоэлектронные свойства пигментов при складывании их в двуслойные нанотрубки. Подобная структура была позаимствована учеными у бактерий и может стать основой для солнечных батарей нового типа. Работа опубликована в журнале Nature Chemistry, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте Массачусетского технологического института.

Структуру двуслойных нанотрубок из искусственных пигментов ученые подсмотрели у зеленых серных бактерий. Эти микроорганизмы обычно обитают на большой глубине, где мало солнечного света. Бактериохлорофилл у них организован в структурированные комплексы и очень эффективно поглощает излучение.

Ученым удалось организовать искусственные пигменты в нанотрубки, сделав их амфифильными - то есть присоединив к молекуле гидрофобные и гидрофильные заместители. В водном растворе такие вещества в зависимости от структуры образуют мицеллы, мембранны, или, в данном случае, двуслойные нанотрубки.

Связи между отдельными молекулами вещества в нанотрубках оказались настолько сильны, что это изменяло светопоглощающие свойства пигмента. Эффективность абсорбции излучения также зависела от ориентации молекул в структурах. В то же время взаимодействие между внутренним и внешним слоями двуслойной нанотрубки оказалось минимальным.

Полученные результаты, по словам авторов, имеют важное значение для создания теоретической модели поведения пигментов в структурированных комплексах. Для создания прототипов солнечных батарей на нанотрубках потребуется глубокое понимание влияния их структуры на эффективность.

Ранее другая группа физиков из Массачусетского технологического института предложила использовать для сбора солнечной энергии нанотрубки, созданные из однослойного углерода. Эффективность таких фотоэлементов пока невысока, но они позволяют использовать для получения энергии инфракрасную часть спектра солнечного света, которая недоступна традиционным фотоэлементам. Предполагается, что они могут стать внешней частью комбинированных солнечных батарей.

Всемерное развитие био-медицинских технологий потребовало интеграции технологий типичных для био-медицинских объектов с биохимическими феноменами , обнаруженными в последнее время

Инженеры из Массачусетского технологического института создали электрогенерирующее устройство, которое окисляет глюкозу из спинномозговой жидкости. Работа ученых опубликована в журнале PLoS ONE, а ее краткое содержание пересказывает ScienceNow.

Квадратный микрочип площадью в один или два квадратных миллиметра снабжен катодом, анодом и разделяющей их мембраной. На платиновом аноде глюкоза окисляется с образованием ионов водорода и электронов. Мембрана, разделяющая катод и анод, проницаема только для ионов водорода, но не для электронов. Ионы устремляются через мембрану к катоду и объединяются там с кислородом, образуя воду. Электроны также устремляются к катоду, но не через мембрану, а через электрическую схему микрочипа и, таким образом, питают его энергией.

Анод микрочипа был сделан из платины, а для производства катода использовались углеродные нанотрубки. Созданное устройство авторы тестировали в растворе, состав которого имитировал цереброспинальную жидкость. Микрочип был способен производить несколько сотен микроватт электрической энергии, при этом расход глюкозы оставался относительно небольшим. По расчетам исследователей, он будет составлять от 3 до 28 процентов объема постоянно регенерируемой в мозге глюкозы. Потребление кислорода устройством также незначительно влияло на его содержание в ликворе.

По словам авторов, созданные элементы питания могут пригодиться для снабжения электрической энергией машинно - мозговых интерфейсов у пациентов со слепотой или глубокими поражениями мозга. В настоящий момент все экспериментальные устройства подобного рода питаются путем беспроводной индукции электричества или от батарей, которые нужно периодически менять в ходе хирургических операций. Микрочипы, вырабатывающие энергию из глюкозы, в будущем смогут сделать такие устройства совершенно автономными.

Ученые установили, как именно поврежденные нейроны привлекают к себе клетки микроглии, помогающие регенерации нервной ткани. Работа опубликована в журнале Developmental Cell, ее краткое содержание приводит ScienceNow.

Биологи работали на модельном объекте - мозге рыбки данио-рерио (zebrafish, Danio rerio), в геном которой были внесены гены флюоресцентных белков. Нейроны таких животных синтезировали флюоресцентный белок красного цвета, а вспомогательные клетки нервной ткани (которые называют микроглией), - зеленого. Так как мозг у мальков данио-рерио прозрачный, то за поведением клеток можно было наблюдать прямо через микроскоп.

При повреждении одного из нейронов лазером, расположенные неподалеку клетки микроглии устремлялись к нему, окружали и поглощали остатки мертвой клетки. Удаление мертвых нейронов - важный этап при регенерации нервной ткани.

Ученые установили, что привлечение клеток микроглии всегда сопровождается распространением кальциевой волны - возрастания содержания ионов Ca2+ в соседних нейронах. В норме она распространяется со скоростью около 1 миллиметра в минуту. Если заблокировать вход Ca2+ в нервные клетки, то кальциевая волна не возникает и микроглия перестает привлекаться к мертвым нейронам. Триггером, запускающим кальциевую волну, оказался нейротрансмиттер глютамат, который выходил из поврежденного нейрона в межклеточное пространство, - его блокирование тоже подавляло миграцию микроглии.

Опубликованная работа имеет важное значение для понимания нормальных процессов развития, регенерации и распространения сигналов в мозге. Кроме того, процессы миграции микроглии могут играть свою роль при возникновении нейродегенеративных заболеваний. Однако для определения этой роли ученым придется переключиться на мозг человека, ведь рыбки не страдают от болезней Альцгеймера и Паркинсона.

Американские инженеры создали прозрачные и гибкие ионисторы, которые могут стать источниками питания для мобильных устройств следующего поколения. Работа опубликована в журнале Scientific Reports, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте Северо-Западного Университета.

В основе нового устройства - тонкие углеродные пленки необычной формы. Они имеют глубоко текстурированную поверхность в форме так называемых "углеродных наночашек". Благодаря такой текстуре увеличивается поверхность соприкосновения между пленкой, которая выступает в роли электрода и "наполнителем" - полимерным электролитом.

Чтобы продемонстрировать работоспособность технологии для создания источников питания нового класса, авторы создали небольшой прототип. В приводимом видео инженеры используют его для питания светодиода, расположив устройство поверх экрана смартфона. Видно, что ионистор очень хорошо пропускает свет, хотя и не является совершенно прозрачным. Кроме того, авторы демонстрируют, что батарею можно сгинать и это никак не изменяет ее электрические показатели.

Ионисторы (или суперконденсаторы) являются электрическими устройствами в некотором смысле промежуточными между классическими конденсаторами и химическими аккумуляторами. В качестве обкладок в ионисторах выступают слои ионов на границе элеткрода и электролита. Чем площадь этой границы, тем больше емкость устройства. К преимуществам ионисторам относятся высокая скорость зарядки и малая деградация даже после тысяч циклов работы.

Новая разработка инженеров может пригодится для создания полностью прозрачных электронных устройств. Технологии изготовления многих других компонентов таких устройств, например, сенсорных панелей и экранов уже существуют.

... продолжение следует ...