Компьютерра PDA 03.10.2009-09.10.2009
Шрифт:
Теперь, похоже, дело сдвинулось с мёртвой точки: любопытный способ печати фотонных кристаллов предложили сотрудники Сеульского национального университета. В работе используются специальные одноцветные чернила, состоящие из фоточувствительной резины, магнитных частиц Fe3O4 диаметром сто-двести нанометров и растворителя, который не дает наночастицам слипнуться. Когда такие чернила попадают на основу, они имеют грязно-бурый оттенок. Но если перпендикулярно поверхности приложить магнитное поле, наночастицы выстроятся в цепочки, и свет, интерферируя с ними, станет отражаться в определенной полосе частот, придавая поверхности нужный цвет, зависящий от расстояния между частицами. Для закрепления результата краску с помощью метода фотолитографии без маски облучают ультрафиолетом, который полимеризует резину и фиксирует в ней наночастицы.
Повторив
Корейцы считают, что специальные метки, отпечатанные по их технологии, смогут использоваться для подтверждения подлинности товаров. Исследователи продолжают работать над способами обратимой фиксации цвета, чтобы фотонные кристаллы можно было применять даже в дисплеях. Впрочем, полагают специалисты, альтернативные технологии быстрого получения фотонных кристаллов (например, путем структурирования поверхности пластика лазером) могут оказаться выгоднее в производстве.
Другой прорыв наметился в создании плазмонных нанолазеров. Сразу две независимые научные группы из Калифорнийского университета в Беркли и Норфолкского университета (штат Вирджиния) продемонстрировали лазеры, размером не превышающие ста нанометров, что гораздо меньше дифракционного предела.
Миниатюрные лазеры давно приковывают внимание исследователей. Дело в том, что обычной электронике трудно работать на частотах выше десяти гигагерц, а оптическим устройствам и сотни терагерц вполне по плечу. Но оптический резонатор не может быть меньше половины длины волны. Давно предлагаются различные способы обхода «проклятья» дифракционного предела. Для этого, например, можно «смешать» свет с колебаниями электронной плазмы у поверхности металла и получить гибридные квазичастицы — поверхностные плазмоны. Но они сравнительно быстро разрушаются из-за неизбежных потерь на нагрев металла. Кроме того, в лазере должна быть возбужденная активная среда, усиливающая колебания, которую надо как-то сочетать с металлом. И до сих пор это оставалось непреодолимой преградой.
Группе в Беркли удалось изготовить лазер из полупроводникового нановолокна, содержащего сульфид кадмия. Нановолокно отделено от серебряной подложки прозрачным диэлектриком толщиной пять нанометров. В этом зазоре, значительно меньшем дифракционного предела, потери у поверхностных плазмонов невелики; накачиваемое светом нановолокно хорошо их усиливает, и возникает эффективная сине-зелёная (489 нм) лазерная генерация в полосе под волокном шириной 38 нм. Зажатые в зазоре плазмоны обладают рядом уникальных свойств — например, высокой концентрацией энергии. Их можно использовать как источник в плазмонной электронике и в квантовых вычислениях; с помощью плазмонов можно будет изучать отдельные молекулы и нагревать сверхмалые области для магнитной записи информации. Теперь учёные хотят заменить оптическую накачку плазмонного лазера электронной, что сделает вполне реальным его использование в чипах.
В Норфолке пошли другим путём. Созданный там плазмонный нанолазер (спазер) представляет собой шарик диаметром 44 нм с золотым ядром, которое «обернуто» слоем кварца с примесью молекул красителя. Сферическое ядро играет роль резонатора для плазмонов, а его оболочка является активной средой. Такое устройство помещают в воду и накачивают другим лазером. Сгенерированный спазером свет может оставаться в виде плазмонов в наночастице или излучаться зелёными фотонами с длиной волны 530 нм. Подобные шарики (по мнению изобретателей, их можно уменьшить до нанометра) способны стать основой новых микроскопов и биосенсоров, чувствительных к отдельным молекулам.
"Компьютерра" №34 (798)
В погоне за солнечным зайчиком
Автор: Александр Бумагин
Опубликовано 05 октября 2009 года
В середине июля двенадцать крупных европейских компаний подписали меморандум о проекте DESERTEC. Он предусматривает строительство гигантского комплекса солнечных (а также ветровых и прочих «альтернативных») электростанций, который решил бы многие энергетические проблемы континента, вырабатывая до 15% необходимой Европе электроэнергии. Практически одновременно корпорация РОСНАНО оформила своё участие сразу в трёх российских проектах, связанных с производством солнечных элементов для космической отрасли и наземного применения.
Оценить эти шаги пока довольно трудно ввиду разного масштаба инициатив и зачаточного состояния большинства проектов. DESERTEC 1 потребует 400 млрд. евро в течение десяти лет, а РОСНАНО имеет возможность потратить лишь несколько миллиардов рублей. Инициаторы европейского проекта хотят вырваться вперед, а мы лишь рассчитываем догнать тех, кто впереди. Для них это стремление к энергетической независимости, в том числе и от нас, а мы решаем похожую проблему в пусть важном, но очень узком сегменте. Сравнивать эти усилия нельзя ещё и потому, что европейцы хотят с помощью жаркого африканского солнца и системы отражателей нагревать тепловые котлы, а РОСНАНО делает ставку на поглощение энергии излучения светила в полупроводниковых солнечных батареях: энергетика там и там солнечная, а технологии совершенно разные. К слову, в европейском проекте никакие технологические прорывы и не требуются, у них главная проблема — в грандиозности задуманного.
3. Те, кто внимательно следил за этапами постройки МКС, могли заметить, что доставкой и установкой батарей для станции занимались американцы.
Мы все, наверное, привыкли к тому, что в нашей стране крупные государственные вложения в технологии делаются нечасто. А если и делаются, то сплошь и рядом все оканчивается пшиком. Интересно, что получится с обузданием Солнца.
Рынок Солнца
Рынок солнечной энергетики в последние годы заметно вырос. Так, по данным исследовательской компании Lux Research (США), в прошлом году его объём достиг 33,3 млрд. долларов, или около 5 ГВт. В абсолютных величинах это, конечно, немного, тем не менее с 2001 года цифры возросли больше чем на порядок (здесь, правда, следует быть осторожным в оценках, так как при малых изначально величинах рост часто впечатляет).
Рынок кремниевых тонкоплёночных солнечных модулей (тех самых, что будут делать в Новочебоксарске) в 2008 году оценивается в 0,6 ГВт, и по прогнозам, к 2012 году он увеличится до 2,4 ГВт. По информации, которую нам предоставила компания «Нитол», есть предпосылки к тому, что в ближайшие два года в ряде регионов (Калифорния, страны Южной Европы, Япония) выработка «солнечного» электричества сравняется по стоимости с традиционными источниками. Локомотивами солнечной энергетики станут снижение цен на производство и установку солнечных модулей, а также повышение их КПД. Европейская ассоциация фотовольтаики (EPIA) прогнозирует два сценария развития рынка до 2013 года. По консервативному сценарию (без существенной государственной поддержки) среднегодовые темпы роста составят 17% (до 12 ГВт новых установок в 2013 году). По ускоренному (с господдержкой в виде льготных закупочных тарифов, налоговых льгот и др.) — 32% (22 ГВт новых установок в 2013 году). Среднегодовые темпы роста мощностей по всей производственной цепочке в 2008-2013 гг. составят 20–30%.
Сотрудничество РОСНАНО с НПП «Квант» предполагает производство солнечных батарей на основе арсенида галлия. Такие батареи позволяют поднять КПД со средних 15 до 30% по сравнению с батареями на основе кремния 2 . Ресурс батарей — пятнадцать лет, и это практически предельный срок службы для солнечных элементов при их использовании в космосе. Более дешевые кремниевые батареи намного быстрее деградируют под действием космической радиации, хотя на Земле, под защитой атмосферы, могут успешно работать 20–25 лет.
Это не предел. Практически достигнутый КПД на сегодня — 40,7%. Есть теоретические разработки, которые предполагают, что использование многослойных солнечных элементов, рассчитанных на поглощение света в значительной части спектра, позволит повысить эффективность по меньшей мере до 80%.