Фулереновые мячики в энергетике

08.02.2015

В 1985 году химики впервые синтезировали футбольный мяч. Он состоял из 60 атомов углерода, соединенных в объемную геометрическую фигуру, образованную правильными пяти- и шестиугольниками. Эту молекулу назвали фуллереном, и вот уже тридцать лет ее пристально изучают в лабораториях.

Химики научились делать самые виртуозные трюки с углеродным мячиком - закреплять на его поверхности различные молекулы, помещать внутрь него атомы металлов, даже показали, что на основе фуллерена можно сделать солнечные батареи. В каждой научной статье, посвященной фуллерену, ученые заявляли, что его можно использовать в самых разнообразных областях, но до реального применения дело так и не доходило. Фуллерен оставался занятной игрушкой в руках исследователей. Однако сейчас появился реальный шанс для молекулярного мячика оказаться полезным человечеству.

Шведские исследователи из Технического университета Чалмерса доказали, что с помощью фуллерена можно повысить стойкость изоляции, которая применяется для изготовления высоковольтных кабелей. Пока не наступила эра беспроводного электричества, самым надежным способом передачи энергии на расстояния остается обычный кабель. От различных электростанций к потребителям тянутся километры линий электропередач. Для питания большинства бытовых устройств используется переменное напряжение в 220 вольт. В промышленном оборудовании часто применяется напряжение 380 вольт. И хотя и то, и другое напряжение опасно и может быть даже смертельно, оно относится к классу низковольтного.

Дело в том, что для передачи энергии на большие расстояния требуются высокие напряжения - сотни тысяч вольт. Например, для передачи электроэнергии от электростанций Сибири к промышленным предприятиям на Урале в 80-х годах прошлого века была построена линия электропередач ультравысокого напряжения - до 1,1 миллиона вольт. Высокое напряжение приходиться использовать, чтобы уменьшить потери при передаче электричества по проводам: чем выше напряжение, тем меньше потери энергии по пути от электростанции до потребителя.

Существуют воздушные линии электропередач - это неизолированные провода, висящие на столбах и мачтах. Там, где их использовать невозможно, прокладывают кабельные линии. Кабель можно проложить под землей или под водой. В кабеле металлический провод, по которому проходит ток, окружен слоем изолятора - непроводящего материала. Для производства высоковольтных кабелей применяют изоляцию из полиэтилена, того самого полимера, из которого сделаны обычные упаковочные пакеты. Но изоляционные возможности полиэтилена не безграничны: если превысить определенный предел, то произойдет пробой и кабельная линия целиком выйдет из строя. А замена кабеля, проложенного под землей или под водой - дело хлопотное.

Так при чем же тут углеродные футбольные мячики? Оказалось, что если в полиэтилен добавить молекулы фуллерена, то его изоляционные качества возрастают. Кабель с модифицированной фуллереном изоляцией выдерживает более высокое напряжение, чем обычный - на 26% выше. А это означает, что по нему можно передать на 26% больше энергии. Чтобы добиться такого эффекта, шведские химики создали изоляционный материал, в котором на один килограмм полиэтилена приходится один грамм фуллерена.

У фуллерена весьма своеобразные электронные свойства. Он может захватывать высокоэнергетические электроны, которые разрушают изоляционные свойства полиэтилена. Фуллерен принимает на себя такие электроны, спасая полимер от возможного пробоя. Пусть это открытие не из тех, что совершают переворот в энергетике, но в промышленности увеличение эффективности на каждый процент позволяет сэкономить тонны материалов и мегаватты мощности.

<< Назад: Монитор с вогнутым экраном Samsung S34E790CN 09.02.2015

>> Вперед: Жизнь без паролей 08.02.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Случайная новость из Архива Ветряки по ночам греют землю 24.05.2012 Ученые обнаружили неожиданный эффект ветроэлектростанций: ночью они задерживают тепло и согревают землю. Наблюдения, проведенные с помощью инструментов MODIS спутников НАСА Aqua и Terra показали: большие ветровые электростанции в некоторых районах США влияют на температуру поверхности Земли. В частности, в непосредственной близости от большой ветроэлектростанци в западной части Техаса исследователи обнаружили потепление в ночное время в среднем на 0,72 градуса Цельсия. Проанализировав данные наблюдений за 10 лет, ученые пришли к выводу, что именно ветряки стали причиной небольшого, но заметного повышения температуры. Этот эффект, скорее всего, вызван турбулентностью: лопасти ветряков задерживают теплый воздух и направляют его к земле. Таким образом вблизи ветроэлектрсотанций почва немного теплее и особенно хорошо это заметно в ночное время суток. Пока исследование носит локальный характер. Температура поверхности суши зависит от изменения температуры воздуха, типа растительного покрова и рельефа местности. В отдельных регионах температура поверхности земли сильно меняется в зависимости от времени суток, в то время, как температура воздуха колеблется в гораздо меньшем диапазоне. В Техасе температура поверхности после захода Солнца обычно падает быстрее, чем температура воздуха. Но ветряки создают завихрения теплового воздуха, поднимающегося с поверхности, и повышают температуру вблизи ветроэлектростанции. Исследователи ожидали увидеть обратный эффект днем - небольшое охлаждение. Однако данные MODIS свидетельствуют, что и днем ветряки создают небольшое локальное потепление. Новые данные имеют ценность в плане моделирования климата и для сельского хозяйства. Потепление даже в 1-2 градуса может благоприятно сказаться на росте сельскохозяйственных культур.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025