Строители нередко сталкиваются с проблемой возведения монолитных конструкций в условиях низких температур и высокой влажности. Вода в составе бетона может замёрзнуть, что нарушит текучесть бетонной смеси, которая «схватится» неправильно, и в ней образуются комки. Поэтому заливка при температуре ниже +5°С уже требует специальной методики. Иначе ухудшаются характеристики монолитных конструкций, что ведёт к их преждевременному разрушению.
Сотрудники Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с коллегами из Российского университета дружбы народов (РУДН) разработали бетонную смесь с нанодобавками гиперпластификаторов, которую можно заливать при температурах до -5°С в местности с очень влажным климатом, как, например, на юге Дальнего Востока России. Смесь содержит меньше цемента, его заменили на зольные отходы энергетических производств и отсевы дробления песка, что делает бетон более экологичным. При этом в новом бетоне использовали до 40% меньше воды. По словам разработчиков, смесь быстро «схватывается», бетонный камень получается более плотным, без комкования, а размер его пор меньше технологических капиллярных, характерных для обычных бетонов. Таким образом, в новый строительный материал не проникает влага, которая разрушает обычный бетон. Высокая плотность и небольшой размер пор бетонного камня были достигнуты не только благодаря нанодобавкам, но и за счёт дополнительного измельчения частиц бетонной смеси. Улучшенный бетон обладает повышенной прочностью, и его можно использовать для возведения долговечных гражданских конструкций высотой до 10 этажей. При этом его свойства не меняются на протяжении 50 лет. Технологические свойства новой смеси аналогичны свойствам смесей, которые содержат цементы высоких марок, а её применение экономически более выгодно.
Пропорции модифицированных добавок инженеры рассчитали опытным путём, расчёт уточнили с помощью математических моделей.
Инженеры ДВФУ и РУДН уже проверили свойства смеси в реальных условиях: в процессе полевого исследования они построили перекрытия и несущие конструкции пятиэтажной парковки. Бетонный камень в естественных условиях застывал 28 дней при перепадах температур от +5°С до -6°С, итоговый результат полностью соответствовал заявленным стандартам.
В планах исследователей — разработать бетонную смесь для заливки в условиях температур до -15°С.
Органическая электроника на воде
Органическую электронику благодаря её преимуществам перед другими технологиями уже используют производители электронных устройств. Лёгкость, гибкость и дешевизна органических полупроводников в совокупности с возможностью их химической модификации для придания им необходимых свойств позволяют создавать недорогие и эффективные устройства для интернета вещей, мониторинга состояния здоровья в режиме реального времени, контроля качества продуктов питания и многие другие.
Однако масштабная коммерциализация органической электроники затруднена из-за используемых при её производстве экологических рисков, связанных с методами печати. Сегодня такая печать сопряжена с выбросом в атмосферу большого количества паров токсичных органических растворителей, например хлороформа, толуола или 1,2-дихлорбензола. Существующие вакуумные методы безопасны для окружающей среды, но очень энергозатратны, что ведёт к заметному удорожанию производства.
Проблему могут решить отказ от использования токсичных органических соединений и переход к безопасным воде или спирту. Исследователи Центра энергетических наук и технологий Сколтеха и Института проблем химической физики РАН разработали такой подход к формированию тонких полупроводниковых фуллереновых плёнок. Фуллерен C60 проявляет полупроводниковые и множество иных нужных свойств, в том числе может проводить электрический ток. Однако, как и в случае со многими другими полупроводниковыми материалами, он растворим только в токсичных (часто хлорированных) органических растворителях. Российские исследователи нашли способ формировать тонкие фуллереновые плёнки из водных или спиртовых растворов. Для этого они предложили использовать хорошо растворимые в воде серосодержащие производные фуллерена, которые уже при небольшом нагревании претерпевают разложение с образованием фуллерена. Водные растворы таких соединений-предшественников можно использовать в качестве «электронных чернил», нанося на подложки существующими методами печати. Образующиеся плёнки прогревают и получают высококачественный полупроводниковый слой фуллерена.
Полупроводниковые плёнки фуллерена, сформированные из водорастворимого предшественника, уже использовали для изготовления органических полевых транзисторов с высокой подвижностью носителей заряда и газовых сенсоров, способных распознавать аналит (аммиак) в малой концентрации — менее одной части на миллион.
Дальнобойная зарядка для смартфона
Переносные зарядные устройства для смартфона прочно вошли в нашу жизнь. Ведь не всегда есть возможность подсоединиться к стационарному источнику питания. Однако сейчас беспроводные зарядки требуют непосредственной близости заряжаемого устройства, что не всегда удобно, поэтому специалисты трудятся над увеличением дальности действия прибора.
Проблему удалось решить студентам Тюменского индустриального университета. Они разработали прототип зарядки, радиус действия которой 2 м. Технология основана на принципе передачи электричества при помощи магнитной индукции: на зарядном устройстве установлена катушка, передающая импульс катушке внутри смартфона. В приборе для расширения области эффективной работы использовано явление магнитного резонанса, возникающее между частотами этих катушек. Такого результата удалось добиться оптимизацией толщины катушки (количества витков), правильным подбором частот входа и выхода из резонанса, а также некоторых других характеристик.
В принципе, при использовании нового устройства расстояние до зарядки может достигать 4 м, но на дистанции более 2 м заряд рассеивается, и эффективность падает до 30%. Однако и сейчас такое беспроводное зарядное устройство сможет заряжать смартфоны и планшеты без необходимости доставать его из сумки или кармана.
Разработчики не остановились на достигнутом, они хотят использовать сеть передатчиков связи, подобную вышкам сотовой связи для увеличения расстояния передачи энергии. На основе разработанных алгоритмов расчёта требуемой мощности в парках, автобусах, на остановках общественного транспорта и в других местах, где людям требуется подзарядка мобильных устройств, можно установить небольшие передатчики.
Промышленный образец нового беспроводного зарядного устройства разработчики планируют сделать через два года. Создатели ориентируются большей частью на промышленное применение изобретения, считая, что с его помощью компании смогут сэкономить на прокладке электрокоммуникаций в труднодоступных местах.
Высокочувствительный сенсор для выявления ртути в окружающей среде
Ртуть и её соединения чрезвычайно токсичны и способны вызывать множество заболеваний нервной системы, печени, почек, дыхательных путей и других органов. Причём её соединения опасны даже в малых количествах, так как накапливаются в организме в течение длительного времени, что ведёт к серьёзным хроническим отравлениям. Источниками загрязнения природной среды ртутью выступают промышленные предприятия, горнодобывающая и топливная промышленности; кроме того, этот металл содержится в люминесцентных лампах и при неправильной их утилизации может попадать в окружающую среду. Поэтому определение её содержания крайне важно.
Методы количественного анализа, основанные на измерении люминесценции — светимости вещества под воздействием внешнего излучения, — одни из самых чувствительных. С их помощью определяют микропримеси в высокочистых веществах, в токсикологии, при анализе фармацевтических препаратов. Наиболее перспективно для подобного анализа использование люминесцирующих металлорганических соединений. Атом металла в составе этих соединений (обычно это атом платины или иридия) обеспечивает эффективное свечение, а подбор структуры органического фрагмента даёт возможность добиться высокой чувствительности по отношению к конкретному веществу.
Химики Санкт-Петербургского университета в сотрудничестве с коллегами из Университета ИТМО, Университета Ливерпуля (Великобритания) и Делфтского технического университета (Нидерланды) разработали высокочувствительный сенсор для определения ртути в жидкостях с использованием металлорганического соединения на основе иридия. В ходе разработки исследователи синтезировали шесть новых типов люминесцирующих комплексов иридия и затем проверяли отклик их излучения на присутствие в среде катионов различных металлов, в том числе и ртути. Несмотря на то что все синтезированные соединения обладают высокоэффективной люминесценцией, излучение только одного типа комплексов исчезает при добавлении соединений ртути. Именно этот комплекс разработчики предложили в качестве высокочувствительного сенсора ртути: предел обнаружения токсина составляет 0,04 мг/л. Причём на обнаружение ртути с помощью нового сенсора не влияет присутствие соединений других тяжёлых металлов: меди, цинка, свинца, кадмия, серебра и других. Чтобы получить информацию о наличии соединений ртути и их концентрации в жидкости, требуется всего несколько минут.
