Список тематических статей

Самовосстанавливающиеся материалы

До сих пор подобные материалы казались больше фантастикой и те, кто помнят жидкого терминатора из фильма терминатор 2, наверняка отметили для себя его нереальную возможность к самовосстановлению. Теперь возможность к восстановлению кажется куда более реальной. 

Появился целый класс материалов, способных к регенерации. Подходов к реализации этой идеи несколько.

Одна из них предполагает создание композита, внутри которого расположены поры с “залечивающим” повреждения веществом. Такой подход имеет недостаток в том, что количество капсул с веществом имеет ограниченное число применений. Они попросту кончатся.  

Удобно использовать в качестве такого залечивающего агента саму окружающую среду. Существует материал, способный регенерировать, извлекая строительный материал из воздуха, а точнее, из углекислого газа. 

Есть и более перспективные подходы. Исходя из них, материал заживляет повреждения вследствие активного взаимодействия его внутренних слоев и их притяжения. Получается эффект заживления. Т.е. материал чинит себя сам даже без участия вспомогательных веществ.  

Свойства

Прохождение света через метаматериал с «левосторонним» коэффициентом преломления

Одно из возможных свойств метаматериалов — отрицательный (или левосторонний) коэффициент преломления , который проявляется при одновременной отрицательности диэлектрической и магнитной проницаемостей. Пример такого метаматериала показан на Рисунке.

Основы эффекта

Уравнение распространения электромагнитных волн в изотропной среде имеет вид:

где — волновой вектор, — частота волны, — скорость света, — квадрат показателя преломления. Из этих уравнений очевидно, что одновременная смена знаков у диэлектрической и магнитной восприимчивости среды никак не отразится на этих соотношениях.

«Правые» и «Левые» изотропные среды

Уравнение (1) получено на основе теории Максвелла . Для сред у которых диэлектрическая и магнитная восприимчивости среды одновременно положительные, три вектора электромагнитного поля — электрический и магнитный и волновой образуют систему т. н. правых векторов:

Такие среды, соответственно, называют «правыми».

Среды, у которых , — одновременно отрицательные, называют «левыми». У таких сред электрический , магнитный и волновой вектора образуют систему левых векторов.

В англоязычной литературе описанные материалы называют right- и left-handed materials, или сокращенно RHM (правые) и LHM (левые), соответственно.

Перенос энергии правой и левой волнами

Поток энергии, переносимой волной, определяется вектором Пойнтинга , который равен . Вектор всегда образует с векторами , правую тройку. Таким образом, для правых веществ и направлены в одну сторону, а для левых — в разные. Так как вектор совпадает по направлению с фазовой скоростью, то ясно, что левые вещества являются веществами с так называемой отрицательной фазовой скоростью. Иными словами, в левых веществах фазовая скорость противоположна потоку энергии. В таких веществах, например, наблюдается обращенный допплер-эффект .

Дисперсия левой среды

Существование отрицательного показателя среды возможно при наличии у неё частотной дисперсии. Если одновременно , , то энергия волны будет отрицательной(!). Единственная возможность избежать этого противоречия будет наличие у среды частотной дисперсии и .

Метаматериалы — управляющие светом

Интерес к метаматериалам заключается в том, что они не просто перенаправляют видимый свет. В зависимости от того, как и где они будут использоваться, метаматериалы способны перенаправлять микроволны, радиоволны, а также малоизученные Т-волны — нечто среднее между микроволнами и инфракрасным светом в электромагнитном спектре. Практически любой тип волн электромагнитного спектра может манипулироваться метаматериалами.

Благодаря метаматериалам однажды можно будет создать специальные Т-волновые сканеры для медицинских процедур, компактные радиоантенны, обладающие возможностью изменять свои свойства прямо на ходу, и много чего еще. Короче говоря, метаматериалы являются очень многообещающим проектом, чьи теоретические возможности практически бесконечны. Однако до коммерческого использования этих материалов нам придется пройти очень длинный и тяжелый путь.

История

В большинстве случаев история вопроса о материалах с отрицательным коэффициентом преломления начинается с упоминания работы советского физика Виктора Веселаго , опубликованной в журнале «Успехи физических наук» за г. (http://ufn.ru/ru/articles/1967/7/d/). В статье рассказывалось о возможности существования материала с отрицательным коэффициентом преломления , который был назван «левосторонним». Автор пришёл к заключению, что с таким материалом почти все известные оптические явления распространения волн существенно изменяются, хотя в то время материалы с отрицательным коэффициентом преломления ещё не были известны. Здесь, однако, следует заметить, что в действительности значительно раньше такие «левосторонние» среды обсуждались в работе Сивухина (Сивухин Д. В. // Оптика и спектроскопия, Т.3, С.308 (1957)) и в статьях Пафомова (Пафомов В. Е. // ЖЭТФ, Т.36, С.1853 (1959); Т.33, С.1074 (1957); Т.30, С.761 (1956)). Детальное описание истории вопроса можно найти в работе В. М. Аграновича и Ю. Н. Гартштейна (http://ufn.ru/ru/articles/2006/10/c/).

В последние годы ведутся интенсивные исследования явлений, связанных с отрицательным коэффициентом преломления. Причиной интенсификации этих исследований стало появление нового класса искусственно модифицированных материалов с особой структурой, которые называются метаматериалами. Электромагнитные свойства метаматериалов определяются элементами их внутренней структуры, размещёнными по заданной схеме на микроскопическом уровне. Поэтому свойства этих материалов можно изменять таким образом, чтобы они имели более широкий диапазон электромагнитных характеристик, включая отрицательный коэффициент преломления.

Ауксетики

Это материалы, которые имеют отрицательный коэффициент пуассона. Это значит, что при удлинении они не утоняются, а становятся толще в направлении перпендикулярном приложенной силе. Кстати говоря, это тоже метаматериалы. 

Это происходит из-за шарнирно-подобной структуры ауксетиков, которая деформируется при растяжении. Такое свойство может обусловливаться свойствами отдельных молекул или определяться структурными особенностями материала на макроскопическом уровне. Когда вы тянете такую цепочку, шар в узле решетки заходит в окружающее пространство и расширяет его.

Считается, что первым необычные материалы описал физик Вольдемар Фойгт сто лет назад. Правда, тогда к нему никто не прислушался, а находить ауксетики начали лишь в 80-х годах прошлого века. 

От материалов этого типа ожидаются хорошие механические свойства, такие как значительное поглощение механической энергии и высокое сопротивление разрушению. 

Область применения практически безгранична. Например, если сделать из такого материала самую обычную заклепку, то при растяжении она будет не становиться толще, а толстеть. Значит соединение не будет расшатываться. Даже пробку для обычной бутылки можно сделать из этого материала, что сделает её почти не извлекаемой. 

На этом пока всё. Если материал вам понравился, пишите комментарии и мы продолжим писать подобные статьи.

Суперлинза

Это предложение Дж. Пендри было подвергнуто критике Виктора Веселаго как несостоятельное . Таким образом, вопрос создания суперлинз на основе левых сред в настоящее время дискутируется , а экспериментальные попытки создания линз продолжаются.

Первая экспериментально продемонстрированная суперлинза с отрицательным показателем преломления имела разрешение в три раза лучше дифракционного предела. Эксперимент проводился с микроволновыми частотами . В оптическом диапазоне суперлинза была реализована в 2005 году . Это была линза, не использующая негативную рефракцию, однако для усиления затухающих волн использовался тонкий слой серебра.

Последние достижения в создании суперлинз представлены в обзоре . Для создания суперлинзы используются чередующиеся нанесенные на подложку слои серебра и фторида магния, на которых затем нарезалась нанорешётка. В результате создавалась трёхмерная композиционная структура с отрицательным показателем преломления в ближней инфракрасной области . Во втором случае, метаматериал создавался с помощью нанопроволок, которые электрохимически выращивались на пористой поверхности оксида алюминия .

В начале 2007 г. было заявлено о создании метаматериала с отрицательным показателем преломления в видимой области. У материала показатель преломления на длине волны 780нм был равен −0.6 .

Станен — проводник со 100-процентной проводимостью

Молекулярная структура станена

Как и графен, станен представляет собой структуру, состоящую из единичного слоя атомов. Однако, в отличие от графена, состоящего из углерода, станен состоит из олова. И именно эта особенность позволяет станену обладать теми удивительными свойствами, которыми не может обладать графен — 100-процентной проводимостью.

Впервые станен был описан в 2013 году стэндфордским ученым Су Чон Чаном, чья лаборатория специализируются, помимо прочих вещей, на предсказании свойств материалов, таких как станен. Согласно их модели, станен является топологическим изолятором. Другими словами, внутри он является диэлектриком (изолятором), а снаружи может проводить электрический ток.

Благодаря этому, станен может проводить электричество с нулевым сопротивлением и, что более важно, при комнатной температуре. Все свойства станена ученым только предстоит изучить: производить материал из единичного слоя атомов олова не так-то просто

Однако более ранние успешные предсказания Чана свойств других топологических изоляторов дают надежду на успешность будущей задачи.

Если предсказанные свойства станена действительно окажутся верными, то этот материал будет способен совершить революцию в создании микрочипов практически для всех использующихся сегодня устройств. Во-первых, чипы смогут стать гораздо мощнее. Возможности современных чипов на основе кремния ограничены объемом выделяемого электронами тепла — чем быстрее они работают, тем горячее становятся чипы. Станен же, обладая способностью 100-процентной проводимости, будет лишен этого недостатка.

Самовосстанавливающиеся материалы — биопластик

Самовосстанавливающийся пластик

Человеческое тело само по себе обладает удивительной возможностью к самовосстановлению. Однако предметы, окружающие его, к сожалению, такой возможностью не обладают. Скотт Уайт из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне разработал биопластик, обладающий возможностью восстанавливаться. В прошлом году в лаборатории Уайта был создан полимер, при повреждении которого он смог самостоятельно «залататься».

Особенностью данного полимера является его структура. В ней содержаться микрогранулы, заполненные особой жидкостью. При повреждении этих микрогранул, жидкость вытекает и заделывает образовавшееся повреждение. Аналогичный эффект можно увидеть, скажем, при порезе. На месте пореза образуется кровяной сгусток, который со временем застывает и тем самым закрывает рану.

И хотя некоторые материалы способны «залечивать» свои микротрещены, новый полимер смог справиться с весьма большой дыркой размером 4 миллиметра. Возможно, для кожи такое повреждение окажется не столь существенным, но для самовосстанавливающегося пластика это большое достижение.

Инженеры не планируют останавливаться на достигнутом. В перспективе видится создание бетона, асфальта, а также металла, обладающих свойствами самовосстановления. Только представьте: города с идеальными дорогами! Проблема же самовосстанавливающихся материалов, как и любой другой новой технологии, заключается в том, как сделать их экономически выгодными для использования. Поэтому, скорее всего, такие материалы сначала пройдут свои испытания в особых условиях, например в космосе, или особо удаленных зонах на Земле.

Композитные материалы с металлической матрицей

Название «материалы с металлической матрицей» говорит само за себя. Матрица – металл. Это может быть никель, или алюминий, или медь. Так как мы говорим о композиционных материалах, то нужно указать и наполнитель, в качестве которого применяют волокна. Главное условия при их выборе, они не должны растворяться в матрице. Упрочнение металла за счет использования наполнителей придает ему новые свойства – повышается жаростойкость и прочность. К примеру, алюминий можно использовать при температуре 250-300С, а если провести его армирование волокнами бора, то температурные рамки расширяется до 450-500С.

Термоэлектрические материалы — поглотители тепла

Энергоблок с использованием термоэлектрического материала в генераторе компании Alphabet Energy

Если вы знаете, что такое по-настоящему горячий ноутбук, или хотя бы раз касались в жаркий день горячего капота автомобиля, то, возможно, задумывались над тем, какое же огромное количество тепла расходуется впустую. Трата тепла свойственна практически любому устройству, использующему энергию. При этом примерный расход тепла может составлять до 2/3 той энергии, что используется для питания того или иного устройства. А что, если бы мы могли накапливать и использовать эту впустую потраченную энергию? Ответом на «что, если…» могут стать термоэлектрические материалы, производящие электричество из разности температур.

В прошлом году калифорнийская компания Alphabet Energy представила термоэлектрический генератор, который можно подсоединить к обычному генератору, собрать вырабатываемое им тепло и превратить его обратно в полезную энергию. При этом генератор Alphabet Energy использует относительно дешевый и фактически натуральный термоэлектрический материал в своей основе — третраэдрит, добываемый минерал, состоящий из кристаллов, напоминающих форму тетраэдра (отсюда и название). Alphabet Energy заявляет, что тетраэдрит способен достичь 5—10-процентной эффективности в накоплении тепла.

Однако в лаборатории уже проводятся исследования, возможно, даже более эффективного термоэлектрического материла, имеющего название скуттерудит. Это минерал, содержащий в своем составе кобальт.

Стоит отметить, что термоэлектрические материалы уже нашли свое применение в некоторых сферах. Например, в космических кораблях. Однако скуттерудит дешевле в производстве и может вполне подойти для использования в повседневной жизни. Скажем, при заборе тепла из выхлопных труб автомобилей, холодильников и практически любых предметов и устройств, использующих энергию для работы.

Композитные материалы на основе керамики

Не все волокна для керамики «одинаково полезны», но, тем не менее, применение некоторых из них дает возможность получить материалы с повышенной прочностью.

Использование металлических волокон позволяет незначительно увеличить сопротивление растяжению и повысить стойкость к тепловому воздействию.

Применение в качестве, наполняющих частиц – дисперсных металлических добавок, дает возможность получить керметам – материал с повышенной теплопроводностью и стойкостью к термоударам.

Из данных материалов изготавливают части, детали электропечей, газовых турбин, ракетной и реактивной техники, а также режущие инструменты.

Композиционные материалы – это улучшенные соединения, это как валенки с калошами и тепло, и ноги не промокают.

Два ключевых момента, которые нужно знать о чудо композитных материалах:

• Материалы состоят из матрицы и наполнителя,
• Материалы после «модификации» приобретает новые свойства.

Материалы для активной защиты

Все стандартные материалы ведут себя при приложении нагрузки примерно одинаково. Они деформируются, пока не наступит разрушение. Больше нагрузка – больше деформация. Однако, новая группа материалов, используемая для активной защиты (например, материал ди-три-о) способны поразить вас.  

Рассмотрим Ди-три-о как представителя этого класса. Материал легко деформируется и сохраняет пластичность до тех пор, пока скорость приложения нагрузки и её сила не возрастают.  

В случае быстрого приложения нагрузки материал резко затвердевает, а энергия от удара рассеивается внутри материала и не повреждает защищаемый объект. Например, если ударить по пальцу с такой защитой молотком, то энергия удара моментально рассеется и израсходуется на затвердевание защиты, а палец не пострадает. 

Сам по себе материал – это полимер или, правильнее сказать, коллоидная полимерная система, в составе которой есть секретный ингредиент. 

Сущность эффекта основана на специфике поведения дилатантной неньютоновской жидкости. Это материалы, у которых вязкость возрастает при увеличении скорости деформации сдвига. Почему неньютоновская? Потому что всё должно быть наоборот. 

Дилатантный эффект наблюдается в материалах, у которых плотно расположенные частички перемешаны с жидкостью, заполняющей пространство между ними. При низких скоростях сдвига слоёв материала друг относительно друга жидкость действует как смазка и материал мягкий. При высоких скоростях жидкость не успевает заполнить свободное пространство между частицами, и поэтому трение между частицами сильно возрастает, а структуру расклинивает. 

Ди-Три-О – это не единственный пример использования, есть и другие виды активной защиты. Сам ди-три-о применяется для изготовления мотозащиты и других видов спортивной защиты. 

Типы композиционных материалов.

2.1. Композиционные материалы с металлической матрицей.

Композитные материалы или композиционные материалы состоят из металлической матрицы (чаще Al, Mg, Ni и их сплавы), упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материалы) или тонкодисперсными тугоплавкими частицами, не растворяющимися в основном металле (дисперсно-упрочненные материалы). Металлическая матрица связывает волокна (дисперсные частицы) в единое целое. Волокно (дисперсные частицы) плюс связка (матрица), составляющие ту или иную композицию, получили название композиционные материалы.

2.2. Композиционные материалы с неметаллической матрицей.

Композиционные материалы с неметаллической матрицей нашли широкое применение. В качестве неметаллических матриц используют полимерные, углеродные и керамические материалы. Из полимерных матриц наибольшее распространение получили эпоксидная, фенолоформальдегидная и полиамидная.
Угольные матрицы коксованные или пироуглеродные получают из синтетических полимеров, подвергнутых пиролизу. Матрица связывает композицию, придавая ейформу. Упрочнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов,нитридов и других), а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.

Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов,их сочетания, количественного соотношения и прочности связи между ними.
Армирующие материалы могут быть в виде волокон, жгутов, нитей, лент, многослойных тканей.

Содержание упрочнителя в ориентированных материалах составляет 60-80 об. %, в неориентированных (с дискретными волокнами и нитевидными кристаллами) – 20-30 об. %. Чем выше прочность и модуль упругости волокон,тем выше прочность и жесткость композиционного материала. Свойства матрицы определяют прочность композиции при сдвиги и сжатии и сопротивление усталостному разрушению.

По виду упрочнителя композитные материалы классифицируют настекловолокниты, карбоволокниты с углеродными волокнами, бороволокниты иоргановолокниты.

В слоистых материалах волокна, нити, ленты, пропитанные связующим, укладываются параллельно друг другу в плоскости укладки. Плоские слоисобираются в пластины. Свойства получаются анизотропными

Для работыматериала в изделии важно учитывать направление действующих нагрузок. Можносоздать материалы как с изотропными, так и с анизотропными свойствами.
Можно укладывать волокна под разными углами, варьируя свойства композиционных материалов

От порядка укладки слоев по толщине пакета зависят изгибные и крутильные жесткости материала.

Применяется укладка упрочнителей из трех, четырех и более нитей.
Наибольшее применение имеет структура из трех взаимно перпендикулярных нитей. Упрочнители могут располагаться в осевом, радиальном и окружном направлениях.

Трехмерные материалы могут быть любой толщины в виде блоков, цилиндров. Объемные ткани увеличивают прочность на отрыв и сопротивлениесдвигу по сравнению со слоистыми. Система из четырех нитей строится путем разложения упрочнителя по диагоналям куба. Структура из четырех нитей равновесна, имеет повышенную жесткость при сдвиге в главных плоскостях.
Однако создание четырехнаправленных материалов сложнее, чем трех направленных.

Не металлические частицы и поверхности

Другой пример создания структурных цветов продемонстрировали учёные из Харбинского института технологий (Harbin Institute of Technology) и Университета Шаньси (Shanxi University). Вместо металлических наночастиц они предложили использовать диоксид титана (TiO₂). Одной из особенностей этого материала является довольно высокий коэффициент преломления (>2) по сравнению с другими материалами. Это свойство TiO₂, например, широко используется при создании фотонных кристаллов (раз и два).

Основная идея заключается в том, чтобы с помощью интерференции падающего и отражённого луча вычленить из спектра нужную длину волны, которая и даёт цвет структуре. Проведя моделирование и подогнав параметры структуры и соответствующие резонансные моды под видимую часть спектра, исследователи получили возможность управлять цветом, меняя размер элементов структуры.

Предложенный процесс изготовления такого мета-материала включает в себя меньшее количество технологически сложных процессов: электронно-лучевая литография для создания паттерна и напыление слоя диоксида титана из газовой фазы с последующим растворением и удалением фоторезиста. Таким образом, процесс производства проще, чем для описанных выше нанодисков серебра, для которых эти стадии повторяют несколько раз.

Процесс производства мета-материала на основе TiO₂. (a) Схема процесса. (b-c) Микрофотографии полученных структур (низкое и высокое увеличения, масштабные метки 100 микрон и 500 нм, соответственно). (d-f) Полученные паттерны и соответствующие им цвета (масштабная метка – 1 микрон)

В результате были получены образцы, которые покрывают значительную часть гаммы цветов: есть синие, красные и зелёные оттенки. Если продолжить сравнение с плазмонными частицами, то мета-материалы на основе TiO2 продемонстрировали более широкое покрытие цветовой гаммы.

Спектры отражения и соответствующие структурные цвета. (a) Смоделированные и экспериментально полученные спектры отражения одной из мета-структур. (b) Рассчитанные (чёрный) и скорректированные (красный) в соответствии со стандартом CIE 1931 цвета. (c-d) Зависимость цвета от периода полученной структуры и расстояния между соседними пирамидами

Но авторы работы не остановились на достигнутом. Чтобы показать применимость технологии для создания сложных разноцветных изображений, они «нарисовали» герб Харбинского университета. При этом были использованы разные цвета и отенки.

Пример создания изображения из мета-структур TiO₂. (a) Микрофотография, полученная с помощью электронного микроскопа. Изображения в отражённом (b) и проходящем (с) свете. (d) Изображение в поляризованном свете. Масштабная метка – 159 микрон

Оригинальная статья «All-Dielectric Full-Color Printing with TiO₂ Metasurfaces» опубликована в ACSNano (DOI: 10.1021/acsnano.7b00415).

Как на счёт обычного стекла?

Последний на сегодня пример – использование обычного стекла и не совсем обычной физики для создания мета-материалов и структурных цветов. Основная идея данной работы заключается в том, что печатать можно с помощью «мастер»-штампа практически на любой прозрачной поверхности, в том числе стекле. Под такой штамп с заданным паттерном наливается специальный гель, который твердеет под действием ультрафиолета и превращается в материал, аналогичный по свойствам стеклу. Такой метод называется нанопечатной литографией (nanoimprint lithography).

Процесс изготовления мета-материала. (a) Подготовка «штампа» с помощью электронно-лучевой литографии. (b-d) Различные стадии процесса нанопечатной литографии, в результате которых паттерн штампа «отпечатывается» на гладком стекле при полимеризации специального геля. (e) Оптическая микрофотография полученного паттерна. (f) Профиль «отпечатанного» паттерна (полученные структуры имеют ширину около 200 микрон, а высоту лишь 50-60 нанометров)

Полученные структуры могу быть самой разнообразной формы: прямыми или изогнутыми линиями, пустотами или наоборот массивными выпуклостями. Если выбраны в качестве паттерна прямые линии, то мы получаем обычную дифракционную решётку, которая изображена на КДПВ.

Однако если совместить несколько подобным структур в одну (например, с разным периодом, разными толщинами полос и так далее) да ещё и изогнуть, то непостижимая магия физики начинает работать. Падающий и поглощаемый на одних участках структуры свет переносится внутри неё, как внутри оптоволокна, и «выходит» на поверхность на других участках.

Фотографии двух образцов стекла, паттерны которых «настроены» показывать различные цвета (a) или полноценные изображения (b)

Важно! при иных условиях, как то освещение, угол обзора и так далее, изображение не видно, см. видео

Таким образом, буквально «проявляются» цвета лишь в заданных областях и под заданными углами зрения. Для демонстрации эффекта авторы работы разместили соответствующие видео:

• Три цветных пикселя появляются вместе лишь под определённых углом (видео 5 на сайте издательства и зеркало на Y.disk)
• На одном и том же месте может располагаться два совершенно разных объекта в зависимости от угла зрения (видео 6 на сайте издательства и зеркало на Y.disk)

Данная технология, как полагают авторы работы, сможет найти своё применение в области безопасности (например, защита документов и данных), а так же при создании дисплеев для умных очков.

Оригинальная статья «Color-Selective and Versatile Light Steering with up-Scalable Subwavelength Planar Optics» опубликована в ACSPhotonics (DOI: 10.1021/acsphotonics.7b00232).

Классификация средств малой механизации по выполняемым работам

Для небольших компаний достаточно часты ситуации, когда необходимо применение таких машин, которые бы позволили выполнить рабочие задачи и в то же время имели приемлемую стоимость. И именно для таких задач предназначены средства малой механизации, для работы с которыми мы обучаем профессии «машинист средств малой механизации».

Выделяют специальные средства малой механизации, используемые при производстве следующих работ:

• Земляных (средства для бурения скважин под сваи и опоры, шпуров и скважин для взрывных работ;
• Средства для разработки траншей, кюветов и щелей;
• Средства для вспомогательных работ);
• Бетонных (опалубочные, арматурные работы);
• Монтажных;
• Столярно-плотничных;
• Кровельных и гидроизоляционных;
• Плиточных;
• Стекольных;
• Санитарно-технических;
• Дорожных;
• Штукатурных;
• Малярных;
• Каменных;
• Обойных;
• Устройства полов.

Классификация средств малой механизации по функциональному использованию

По основным выполняемым функциям выделяют следующие средства малой механизации:

• Внутрипостроечный транспорт;
• Средства подмащивания;
• Грузозахватные приспособления;
• Вспомогательные средства малой механизации для улучшения условий труда и техники безопасности.

Средства подмащивания – это подсобное оборудование, применяемое для размещения материалов, инструментов и рабочих при строительно- ремонтных работах на высоте.

Среди средств подмащивания выделяют: строительные леса, вышки, люльки, подмости, площадки.

Грузозахватные средства предназначаются для создания надежного соединения поднимаемого груза с рабочим органом грузоподъемной машины и являются сочетанием захватов, соединительных элементов и механизмов управления.

Все грузозахватные средства делят на ручные, полуавтоматические и автоматические.

Емкости нужны для приема, транспортирования, хранения и подачи пластичных и сыпучих материалов к рабочим местам.

Внутрипостроечный транспорт включает моторизованные средства механизации, применяемые в строительстве для транспортирования грузов на строительной площадке; подъемники; малогабаритные краны и лебедки, применяемые при вертикальной подаче материалов на строящихся объектах; ручные тележки, используемые в качестве поэтажного горизонтального транспортирования материалов.

Вспомогательные СМС способствуют созданию условий для высокопроизводительного и безопасного труда рабочих. К ним относятся осветительные установки, средства коллективной защиты, электронагреватели, сушилки.

Перовскиты — дешевые фотоэлементы

Фотоэлементы из перовскита

Одной из основных проблем, стоящих на пути к переходу использования источников возобновляемой энергии, являются… деньги. В то время как добыча солнечной энергии становится с каждым годом все дешевле, строительство станций, всецело полагающихся на солнечные панели из кристаллического кремния, по-прежнему остается очень дорогим и энергоемким процессом. Тем не менее наука готова предложить альтернативный материал, благодаря которому солнечный свет может стать действительно дешевым источником энергии. Речь идет о перовските.

Перовскиты впервые были открыты более столетия назад, однако ученые только сейчас начинают понимать их потенциал. В 2009 году фотоэлементы из перовскитов обладали эффективностью добычи электроэнергии из солнечного света на уровне жалких 3,8 процента. В 2014 эффективность этих элементов удалось повысить до 19,3 процента. И хотя, с одной стороны, это может показать немного, особенно если сравнивать с более традиционными солнечными ячейками из кристаллического кремния, хотя и тот не далеко ушел в эффективности и предлагает КПД что-то около 20 процентов, у перовскитов имеется два явных преимущества. Во-первых, исследование и разработка фотоэлементов на базе перовскитов, в отличие от кристаллического кремния, началась относительно недавно, и поэтому ученые уверены в том, что смогут еще больше повысить их КПД. Во-вторых, перовскиты гораздо, гораздо дешевле.

Перовскиты относятся к классу материалов, чья эффективность зависит от применения тех или иных элементов в их кристаллической структуре. Они могут содержать любое число элементов. Как правило, для производства солнечных ячеек используется олово и свинец. По сравнению с кристаллическим кремнием, перовскиты являются весьма дешевым материалом, с которым гораздо легче работать. В мире уже появляются компании, которые всеми силами хотят наладить серийное производство ячеек из перовскита. Одной из них, например, является британская Oxford Photovoltaics.

Классика жанра: металлические наночастицы и плазмонный резонанс

Многие металлы в нанодисперсном состоянии (читай, наночастицы) имеют так называемый плазмонный резонанс. Проще говоря, коллективные колебания «лёгкого» облака электронов около «тяжёлого» остова атомов метала под действием света (или любой другой электро-магнитной волны).

Это свойство широко известно, например, для золота, меди, алюминия и серебра, и проявляется оно в виде пика резонансного поглощения света. Когда две или более таких частиц находятся рядом, то возникает эффект взаимного влияния, который выражается в смещении пиков и появлении новых. Таким образом, можно «подстраивать» длину волны поглощаемого излучения, и соответственно, менять цвет структуры, состоящей из таких наночастиц.

Группа китайских учёных совместно со своими коллегами из Швейцарии предложила использовать серебряные диски, разделённые диэлектриком – оксидом алюминия, в качестве структурных блоков для создания мета-материалов.

(a) Схематичное изображение серебряных нанодисков на поверхности подложки и распространение электромагнитной волны между ними. (b) Изображение реального образца, полученное с помощью электронной микроскопии. (с) Так называемые плазмонные моды отдельного нанодиска

Сами по себе плазмонные частицы имеют слишком широкий спектр, чтобы их использовать напрямую для получения «чистых» цветов. Однако авторы пошли на определённую хитрость, разделив плазмонные диски слоем диэлектрика, оксида алюминия. Основной принцип, лежащий в основе данной идеи – использовать гибридные моды, которые имеют гораздо более узкий пик в режиме «на отражение» и более полное поглощение в режиме «на пропускание» при соответствующем выборе радиуса и периода. Таким образом, регулируя размер и пространственное расположение композитных дисков (например, шаг упаковки) внутри «пикселя» изображения, можно создать полной цветовой гаммы: от красного до сине-фиолетового цвета.

Полученные образцы в отражённом (слева) и проходящем (справа) свете: первая строка – оптические фотографии образцов, вторая строка – данные моделирования и третья строка – экспериментально полученные результаты

К сожалению, процесс создания таких структур довольно трудоёмок и включает в себя множество высокотехнологических стадий, таких как послойное осаждение, создание паттернов с помощью электронного пучка и даже ионное травление. Тем не менее, учёные уверены, что данная работа станет ещё одним шагом на пути создания платформы для печати с помощью «структурных» цветов, а также в качестве стандартов для высокоточной цветопередачи.

Пример применения подобной технологии: аббревиатуры двух университетов, вовлечённых в проект, «напечатанные» плазмонными красками

Оригинальная статья «Full Color Generation Using Silver Tandem Nanodisks» опубликована в ACSNano (DOI: 10.1021/acsnano.6b08465).