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:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Древний лед Антарктики 01.01.2026

Изучение древних ледниковых слоев - один из самых надежных способов понять, как формировался климат Земли и как он может изменяться в будущем. Недавнее открытие международной группы исследователей в Антарктике дает уникальную возможность заглянуть на миллионы лет назад и получить ценную информацию о атмосфере нашей планеты. В районе Аллан-Хиллс ученые пробурили керны древнего льда и обнаружили слои, возраст которых оценивается примерно в 6 миллионов лет. Это старейший лед, когда-либо найденный на Земле и датированный напрямую, что делает находку беспрецедентной в истории климатологии. Особое значение имеют крошечные пузырьки воздуха, запечатленные в ледяных кристаллах. Они служат настоящими "капсулами времени", сохраняя состав атмосферы прошлого. Анализ этих пузырьков позволяет восстановить климатические условия древней Земли, когда средние температуры были выше современных, а уровень океанов значительно выше нынешнего. Древние ледяные керны можно рассматривать как подробные х ...>>

Нано-уровень управления светом 31.12.2025

Современная нанофотоника стремится превратить свет в инструмент точного управления на микроскопическом уровне. Недавние исследования международной команды ученых открывают новые возможности в этой области, позволяя манипулировать светоматериальными волнами на наноуровне с беспрецедентной точностью. Такие достижения могут стать ключом к созданию сверхбыстрых коммуникационных систем и высокочувствительных сенсоров. В центре внимания исследователей оказались гиперболические фонон-поляритоны - особый тип волн, возникающих при взаимодействии света с колебаниями вещества. Эти волны способны концентрировать свет в пространственных масштабах, значительно меньших длины его волны, что позволяет создавать устройства с высокой плотностью интеграции и повышенной функциональностью. Работа велась совместно учеными из Шанхайского транспортного университета, Национального центра нанонауки и технологий Китая, а также коллегами из Испании. Они предложили двухэтапную схему возбуждения волн: сначала ...>>

Случайная новость из Архива Космический беспилотник ВВС США 28.12.2013 Прототип перспективного орбитального беспилотного летательного аппарата X-37B, запущенный американцами на орбиту, провел в космосе уже больше года. С какими целями находится беспилотник на орбите, неизвестно. Данные и о его полезной нагрузке засекречены. ВВС США, занимающиеся этим проектом, дату возвращения аппарата не называют. Однако, по сообщению Space.com, военные объявили, что после возвращения аппарат, скорее всего, произведет посадку в центре NASA, расположенном на мысе Канаверал во Флориде. Беспилотный летательный аппарат X-37B вышел на орбиту Земли 11 декабря прошлого года. Одна из целей, которые могут преследовать ВВС США и американский концерн Boeing, создавший беспилотник - выяснить, пригодны ли аппараты подобного класса к многократному использованию. Это нужно для доказательства возможности относительно дешевого вывода различных полезных грузов на орбиту Земли. Ранее беспилотники типа X-37B выполнили два полета на околоземной орбите. Один продолжался с 22 апреля по 3 декабря 2010 г, а второй продлился с 5 марта 2011 г по 16 июня 2012 г. Испытательные полеты двух беспилотников были признаны успешными. В процессе запусков аппаратов проверялась жаростойкость покрытия их корпуса. Также проверялась управляемость X-37B при полете на гиперзвуковой скорости в момент входа в атмосферу из космоса. X-37B имеет размах крыла 4,5 м и длину 8,8 м. Взлетная масса беспилотного аппарата, способного при возвращении на Землю совершать посадку подобно самолету, составляет примерно 5 т. Согласно официальной информации, раскрытой ранее ВВС США, расчетное время нахождения беспилотника на орбите составляет 270 суток. Есть мнения, такие беспилотники в перспективе будут выполнять разведывательные задачи. Также некоторые аналитики предполагают из-за скрытого характера программы, что X-37B может быть предвестником орбитального оружия, способного сбрасывать бомбы, либо выводить из строя спутники враждебной стороны. Хотя Пентагон неоднократно заявлял, что космический самолет - только "испытательный полигон" для новых технологий.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025