Ученые из Университета Вандербильта увеличили люминесценцию квантовых точек до 45 %. Это сравнимо с эффективностью некоторых коммерческих люминофоров. В будущем это позволит использовать квантовые точки в качестве экономичного долговечного источника освещения.

Сегодня лампы накаливания считаются безнадежно устаревшими. Главной задачей ученых является разработка высокоэффективных экономичных твердотельных источников освещения, излучающих приятный глазу белый свет.

Одна из самых перспективных технологий освещения – это использование квантовых точек. Эти миниатюрные люминесцентные частицы селенида кадмия могут преобразовывать синий свет, излучаемый дешевым ярким светодиодом, в теплый белый свет с таким же спектром, как у лампы накаливания. Это выгодно отличает квантовые точки от компактных люминесцентных ламп и белых светодиодов, которые создают белый свет с помощью монохроматических цветов.

Общей мерой эффективности осветительных приборов является световая отдача, измеряемая в количестве видимого света (люменах) на ватт потребляемой мощности. Лампа накаливания производит около 15 люмен/ватт, люминесцентные лампы - около 100 люмен/ватт. Белые светодиоды, доступные на рынке, - от 28 до 93 люмен/ватт.

До сих пор квантовые точки по этому показателю значительно отставали от традиционных источников освещения. Однако ученым из Университета Вандербильта удалось увеличить выход света в 10 раз и выйти на показатель в около 40 люмен/ватт. При этом их источник света излучает очень качественный белый, а не монохроматический свет.

Добиться этого удалось с помощью эффективного ультрафиолетового светодиода, добавления уксусной кислоты и ультра-малых квантовых точек, содержащих всего 60-70 атомов. Эти квантовые точки настолько малы, что почти все их атомы находятся на поверхности частиц, что позволяет производить белый свет, генерируемый обычно именно поверхностными атомами квантовых точек.

В настоящее время ученые работают над увеличением выхода света и созданием прототипов квантовых светильников. Главной проблемой при увеличении яркости остается появление синеватого оттенка, который так раздражает людей при использовании светодиодных светильников. Однако, по заявлению ученых, они знают, как решить эту проблему.

Ученым из Технологического института Карлсруэ (KIT) удалось создать новый класс материалов, которые могут обладать практически любыми механическими свойствами.

На базе новых стабильных кристаллических метажидкостей можно создавать, например, уникальные акустические призмы и совершенно новые акустические и оптические системы.

Новый материал относится к классу pentamode, предложенному в 1995 году Грэмом Мильтоном и Андреем Черкаевым. Тогда это была чисто теоретическая концепция механического поведения материалов, таких как золото или вода, выраженного параметрами сжатия и сдвига. Например, вода не может быть сжата в цилиндре, но может быть перемешана ложкой, таким образом ее можно описать через параметры сжатия и сдвига.

Слово penta имеет древнегреческое происхождение и означает «пять». В случае воды пять параметров сдвига равны нулю, и только один параметр (сжатия) отличается от этого значения. С этой точки зрения идеальное состояние pentamode-метаматериала соответствует состоянию воды, поэтому данные материалы и называют метажидкостями. Теоретически путем изменения соответствующих параметров, можно получить материал с любыми мыслимыми механическими свойствами. Но до сих пор создать pentamode-материал не удавалось.

Немецкие ученые создали прототип уникального полимера, механическое поведение которого определяется остротой и длиной четырех отдельных «лучей» искусственной базовой наноструктуры. Для этого потребовалось соблюсти ряд сложных условий. С одной стороны нужно было создать специфические структуры в нанометровом диапазоне и соединить их друг с другом под прямым углом. С другой стороны, необходимо было создать полноценную крупную трехмерную структуру, проще говоря, «кусок материала».

Для этого пришлось применить технику записи лазерным лучом, разработанную компанией Nanoscribe. Она заключается в структурировании светочувствительных материалов в трех измерениях с помощью импульсного лазера и позволяет производить сложные микроскопические структуры заданной формы.

Ученые из Принстонского университета установили, что микроскопические складки увеличивают выходную мощность и срок службы солнечных панелей.

Исследователи вдохновились природной формой листа мимозы стыдливой (Mimosa pudica), который имеет «морщинистую» поверхность. Ученые создали микроскопические складки на поверхности фотоэлектрического материала, что позволило увеличить выработку электроэнергии на 47%. Обычно свет от плоской поверхности либо поглощается, либо отражается, но тщательно подобранная форма складок задерживает свет на поверхности панели и повышает ее эффективность.

Работа исследовательской группы сосредоточена на фотоэлектрических системах, сделанных из относительно дешевого пластика. Современные солнечные панели, как правило, изготовлены из дорогого и хрупкого кремния. Пока что пластиковые солнечные панели не получили широкого распространения из-за небольшой выходной мощности. Возможно, тщательно спрофилированные складки решат эту проблему, что позволит использовать дешевые гибкие пластиковые солнечные панели повсеместно.

К сожалению, эффективность пластиковых солнечных панелей невысока, но в этой сфере есть и положительные сдвиги. Так, ученые из Калифорнийского университета недавно создали пластиковую солнечную панель с КПД 10,6%. Это уже близко к коммерчески приемлемому показателю в 10-15%.

«Морщинистая» поверхность позволяет существенно увеличить выход электроэнергии, даже если пластиковая панель согнута. Кроме того, новая технология позволяет на 600 % увеличить поглощение света в инфракрасной части спектра, который практически не используется современными солнечными панелями.

Исследователи из Института Садрона и Университета Страсбурга создали пластиковые волокна в несколько нанометров, которые отлично проводят ток. Изобретение можно использовать в электронной промышленности, причем, в отличие от углеродных нанотрубок, новые нанопровода самоорганизуются под вспышкой света и просты в производстве. Недорогие и простые в обращении пластиковые нанопровода сочетают в себе преимущества двух основных материалов электронной промышленности: проводят электрический ток, как металлы и органические полимеры. При этом их электрические свойства аналогичны свойствам металлов.

Кроме того, пластиковые нанопровода легкие и гибкие, что открывает возможности для миниатюризации электронных компонент вплоть до нанометрового масштаба.

Для создания нанопроводов ученые использовали химически модифицированные молекулы вещества triarylamine - синтетические молекулы, которые на протяжении десятилетий используются компанией Xerox для процесса ксерокопирования. К своему удивлению ученые обнаружили, что новые молекулы triarylamine на свету самостоятельно формируют волокна в несколько сотен нанометров (1 нм это одна миллиардная метра), создавая так называемые супрамолекулярные структуры, состоящие из нескольких тысяч молекул.

Исследователи тщательно изучили электрические свойства новых нановолокон. Прежде всего, стало ясно, что нановолокна формируются на свету только между двумя электродами. Вторым неожиданным явлением стала чрезвычайно высокая электропроводность пластиковых нанопроводов. Они смогли передать ток чрезвычайно высокой плотности, практически на уровне медного провода. Кроме того, нанопровода имеют очень низкое контактное сопротивление при соединении с металлами: в 10000 раз ниже, чем у лучших органических полимеров.

В настоящее время ученые собираются интегрировать новые волокна в различные электронные устройства: гибкие экраны, солнечные батареи и т.д.

Сила Казимира притягивает одинаковые пластины, но перемены в геометрии и свойствах материала одной из них могут изменить направление силы и привести к появлению эффекта левитации.

Более чем полвека назад голландский физик-теоретик Хендрик Казимир рассчитал, что два зеркала, размещенные друг напротив друга в вакууме, должны притягиваться. Таинственная сила возникает из энергии виртуальных частиц (фотонов), которые согласно квантовой теории непрерывно рождаются и исчезают даже в вакууме. Сила притяжения возникает в результате того, что давление виртуальных частиц снаружи зеркал больше, чем изнутри.

Японский ученый Норио Инуи из Университета Хиого рассчитал, что в определенных обстоятельствах изменения направления силы Казимира будет достаточно, чтобы поднимать очень тонкую пластину, т.е. вызвать эффект левитации. Расчеты ученого были опубликованы в издании Journal of Applied Physics Американского института физики (AIP).

Оказывается, пластина из железоиттриевого граната (YIG) нанометровой толщины может парить на высоте 0,5 микрометра над поверхностью золотой пластины. При этом отталкивающая сила возрастает, если YIG-пластина становится тоньше. Пока этот эксперимент существует только на бумаге, но его можно провести в лабораторных условиях.

Если расчеты Норио Инуи верны, новое явление квантовой механики можно будет использовать в различных областях науки и техники, например, для создания «левитирующих» микрогироскопов, микроэлектромеханических систем (MEMS), предотвращения слипания и заклинивания различных компонентов наномашин и т.д.