Инновации в мире науки

Высокий темп освоения новых знаний, создание наукоемкой продукции и передовых технологий, а также масштабные исследования обеспечивают эффективное решение комплекса задач. Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций в рубрике #инновации_в_мире_науки каждую неделю рассказывает о мировых технологических лидерах и инновациях научно-технического развития в области обеспечения безопасности.

Инженеры «связали» прочную кольчугу толщиной в несколько атомов

Исследователи Северо-Западного университета в США создали двумерный механически связанный материал, который по структуре напоминает средневековую кольчугу.

Американские химики создали наноматериал, состоящий из молекул, сцепленных между собой подобно кольцам в кольчуге. На каждый квадратный сантиметр новой структуры приходится 100 триллионов механических связей — рекордный показатель в истории материаловедения.

Материал демонстрирует исключительную гибкость и прочность благодаря особой структуре из мономеров X-образной формы, организованных в высокоупорядоченную кристаллическую решетку. При растяжении материал рассеивает приложенную силу сразу в нескольких направлениях, что делает его крайне устойчивым к разрыву.

Тестирование показало, что добавление всего 2,5% полимера к волокну Ultem, материалу из семейства кевлара, значительно увеличило его прочность и жесткость. Исследователи полагают, что разработка может стать основой для создания легких и сверхпрочных бронежилетов нового поколения.

Важным преимуществом новой технологии является возможность масштабного производства. Существующие полимеры, содержащие механические связи, обычно производились в очень малых количествах с использованием методов, которые сложно было масштабировать. Исследователи изготовили полкилограмма нового материала и предполагают, что возможны даже большие количества.

Ученые ЮУрГУ создали самовосстанавливающуюся проводную изоляцию

yuurgu-sozdali-samovosstanavlivayushuyusya-izolyaciyu.jpg

Специалисты Южно-Уральского госуниверситета вместе с коллегами из Санкт-Петербурга создали перспективные материалы для изоляции, в основе которых используются полисилоксаны — они считаются чуть ли не самыми биоинертными, атмосферостойкими и при этом гибкими полимерами, к тому же имеющими высокие электроизоляционные свойства.

Образцы данных полимеров, которые, как утверждают разработчики, также отличаются способностью восстанавливаться после полученных при пробоях электрическим током повреждений, создаются в Санкт-Петербурге в разных составах, а их испытания проводят в челябинской лаборатории.

По словам доцента «электрической кафедры» ЮУрГУ Михаила Дзюбы, очень важно, чтобы после пробоя и снятия повышенного напряжения, регенерация поврежденной изоляции происходила без участия человека, а само оборудование не прерывало штатную работу.

Уточняется, что новый диэлектрик, имеющий изначальные дефекты или повреждения, полученные при пробое, устраняет их за счет имеющихся газовых полостей, которые в местах повреждений «схлопываются», возвращая материал к его начальному состоянию. Полное восстановление изоляции может занять до двух дней.

На текущем этапе проводимых исследований учеными ведутся расчеты параметров процесса при различных условиях эксплуатации материала в целях недопущения развития полученного дефекта с его переходом в электрическую дугу, после чего самостоятельная регенерация будет невозможной.

Как планируется, такой материал получат высоковольтные электроустановки и различная продукция из области микроэлектроники — конденсаторы, печатные платы, гибкие электронные схемы. При пробое такое оборудование будет просто отключаться на время, необходимое для восстановления изоляции.

Ученые придумали, как создать более емкие и долговечные аккумуляторы

Учёные из Израиля нашли способ ускорить анализ аккумуляторов, что поможет быстрее создавать более безопасные и ёмкие батареи. Новая методика позволяет изучать химический состав за часы вместо лет.

Учёные разработали способ, который помогает за часы изучать химический состав аккумуляторов, сокращая время исследований с лет до дней. Это открытие может ускорить создание более безопасных и ёмких батарей.

Литийионные аккумуляторы уже 25 лет остаются основой для портативной электроники и электромобилей. Но для их совершенствования требуется решить множество проблем. Одной из главных остаётся рост дендритов — тонких нитей лития, которые могут вызывать короткие замыкания и пожары.

Переход на твёрдые электролиты — смесь керамики и полимеров — помогает бороться с этой проблемой. Однако подбор оптимального состава материалов усложняется, так как ключевые процессы происходят на границе анода и электролита в области толщиной всего 5–50 нм.

Исследователи из Института Вейцмана разработали новую методику для изучения этих пограничных слоёв. Они объединили ядерный магнитный резонанс (ЯМР) с динамической поляризацией ядер, усиливая отклик материала с помощью радиочастотного поля. Это позволило получать данные о химическом составе слоёв всего за несколько часов.

Результаты исследования показали, что оптимальным соотношением в твёрдом электролите будет 40 % керамики. Такой состав сохраняет высокую ёмкость, цикличность и безопасность аккумуляторов.

Учёные надеются, что их открытие ускорит разработку более эффективных и безопасных аккумуляторов. Новая методика позволяет глубже понять процессы внутри батарей и быстрее находить решения для улучшения их характеристик.

Эти исследования показывают, как фундаментальная наука может находить практическое применение, улучшая технологии, которые влияют на жизнь каждого.