Перш ніж говорити про покриттях, необхідно поговорити про підготовку поверхонь під ці покриття

Особливо важлива якість підготовки поверхні, якщо в результаті необхідно отримати рівномірний за товщиною нано-покриття і при цьому отримати структуру матеріалу в шарі покриття не відрізняється від звичайного матеріалу

Якщо покриття наноситься на панелі сонячних батарей, то основа такої панелі, - це тонкий металевий лист, поверхню якого перед покриттям повинна бути відполірована і повинна отримати ідеальну геометричну форму в поєднанні з мінімальною висотою мікронерівностей

Як отримати таку поверхню у панелі, розміри якої по відношенню до її товщині перевищують останню в тисячі разів

Свого часу на підприємствах, що випускають ножові контакти з берилієвої бронзи, калібрування листів берилієвої бронзи велася на спеціальних валкових клітях, у яких висока якість калібрування забезпечувалося виключно точним регулюванням паралельності прокатних валків

Така точність була забезпечена завдяки винаходу СРСР № 766685, відповідно до якого валкові кліті були модернізовані і в механізми регулювання положення валкових клітей були введені зчіпний-розчіплювальні муфти

Впровадження цього винаходу дозволило забути про проблеми з випуском ножових контактів до блоків роз'ємів систем управління стратегічних ракет

Аналогічне рішення має дати результат і в калібруванні аркушів перед нано покриттям
Тепер варто перейти безпосередньо до самого покриттю
Які існують варіанти?

Інженери з Массачусетського технологічного університету показали, що надання поверхні кремнію в фотоелементах форми звернених пірамід може зменшити його витрати і збільшити частку поглиненого випромінювання. Робота опублікована в журналі Nano Letters, її опис можна прочитати на сайті інституту.

Створення поглиблень в кремнії збільшує частку поглинається світла, але при цьому також збільшує площу поверхні матеріалу. Зі збільшенням площі поверхні підвищується і ймовірність того, що порушені світлом електрони підуть не на створення електричної напруги, а рекомбінують і поглинуться.

Тому перед авторами роботи стояло завдання максимально збільшити поглинання світла кремнієм, при цьому мінімально збільшивши площу його поверхні. Для цього автори дослідження спочатку провели математичне моделювання, а потім перевірили його результати, створивши дослідний зразок поверхні.

Виявилося, що найбільш ефективно створити на поверхні кремнію поглиблення у вигляді звернених чотиригранних пірамід. Площа в такому випадку збільшується всього на 70 відсотків, а товщину шару кремнію при тій же частці поглиненого світла можна зменшити в 30 разів. Створення мікроструктур здійснювалося традиційним методом фотолітографії і не вимагало введення додаткових технологічних процесів.

За розрахунками авторів, енергетична ефективність нових фотоелементів повинна скласти близько 20 відсотків, що не набагато менше 24 відсотків найкращих на сьогоднішній день сонячних панелей. Однак нові фотоелементи повинні стати значно дешевше своїх попередників.

Раніше інша група вчених доповіла про створення рекордно тонких сонячних батарей. Їх розробники прагнули добитися не максимальної енергоефективності (вона становила скромні чотири відсотки), а радикального зменшення ваги виробів. Такі сонячні батареї можуть стати в нагоді для створення космічних апаратів і безпілотників.

Крім цього розроблена й інша технологія:

Інженери показали, що товщину шару аморфного кремнію в фотоелементах можна зменшити, якщо розмістити його в складках діелектрика. Робота опублікована в журналі Nano Letters, її короткий зміст можна прочитати на сайті Університету Північної Кароліни.

Вчені встановили, що шар аморфного кремнію ефективніше поглинає сонячне світло і перетворює його в електрику, якщо надати йому форму складок. Шар кремнію товщиною близько 70 нанометрів, що має форму складок, поглинає таку ж частку випромінювання, як і плоский шар товщиною 400 нанометрів.

Шар аморфного кремнію автори поміщали в "сендвіч" між двома шарами діелектрика. Для цього спочатку на поверхні діелектрика за допомогою класичної фотолітографії отримували мікроскопічні складки, а потім на них напилюють шар аморфного кремнію. Зверху наносився ще один шар діелектрика.

Вчені показали, що ефективність розробленої схеми залежить насамперед від співвідношення товщини шарів кремнію і діелектрика, а не від їх хімічної природи.

Така ж конструкція може бути застосована і для підвищення чутливості фотодетекторів, сенсорів, твердотільних світлодіодів.

Раніше інженери з Массачусетського технологічного інституту показали, що шар кремнію в фотоелементах можна зменшити, якщо наносити його у формі мікроскопічних звернених пірамід.

Для створення такої структури автори також застосовували метод фотолітографії, але фотоелементи, яким була присвячена робота, складалися не з аморфного, а з кристалічного кремнію.

Інша група дослідників недавно розробила складаються з вуглецевих нанотрубок сонячні батареї, які здатні поглинати інфрачервоне випромінювання.

Воно несе близько 40 відсотків енергії сонця, але не використовується в фотоелементах на кремнії. Дослідники запропонували використовувати вуглецеві сонячні батареї в якості додаткового зовнішнього шару перед кремнієвими.

Особливо важливу роль в технології нанесення нано-покриттів грає обрана система контролю товщини покриття

Тут має сенс згадати про ядерне магнітному резонансі:

Фізикам вперше вдалося отримати параметри ядерного магнітного резонансу для плутонію. Він був останнім елементом, для якого ці параметри залишалися невідомими. За словами дослідників, нові результати допоможуть у вивченні хімічних властивостей сполуки цього елементу і, як наслідок, прояснять процеси, що відбуваються з ядерними відходами. Стаття вчених з'явилася в журналі Science, а її короткий виклад наводить New Scientist.

Явище ядерного магнітного резонансу було відкрито в 30-і роки минулого століття і представляє собою поглинання або випромінювання електромагнітної енергії ядрами з напівцілим спіном в сильному магнітному полі.

Відкриття цього ефекту, серед іншого, призвело до створення методу магніто-резонансної томографії, а також появи нових методів вивчення складу різних речовин.

Для роботи подібних методів необхідно в першу чергу знати "відгук" ядра в магнітному полі. Останнім ядром з напівцілим спіном, для якого такий відгук не був відомий, був плутоній. Тепер ученим вдалося вирішити цю проблему. За словами дослідників, зробити це вдалося, помістивши зразки вкрай чистого оксиду плутонію в потужне (від 4 до 8 тесла) магнітне поле при температурі 4 кельвіна.

За словами самих дослідників, під час роботи вони самі до кінця не вірили в успіх підприємства - справа в тому, що обчислити структуру безуспішно намагалися протягом останніх 50 років. Тепер, коли параметри ядерного магнітного резонансу відомі, вчені планують використовувати їх для вивчення, наприклад, ядерних відходів. "В теорії можна взяти зразок відходів і досить дешево, безпечно і легко визначити дуже точно, в яких умовах подібні відходи слід зберігати", - розповів один з авторів роботи Георгіс Коутролакіс журналу New Scientist про перспективи методу.

Винаходи стосуються технологій швидкісних покриттів до сих пір не публікуються у відкритій пресі, але окремі елементи цієї технології варто згадати:

• Це створення спрямованого потоку електроліту перпендикулярного поверхні, що покривається
• Це використання об'ємно-пористих нерозчинних анодів, виготовлених з карбон-карбон композитних матеріалів, матеріалів у яких площа контактної реакційної поверхні як мінімум в 100 000 разів перевищує відповідну площу металевого електрода
• Це зменшення зазору між електродом і покривається поверхнею до 1-2 міліметрів
• Це синхронне обертання композитних анодів в площині паралельної поверхні, що покривається

При виконанні покриттів за цією технологією різниця в товщині покриття становила на 200 міліметрів панелі не більше 1 мікрона