Электричество из соленой воды с помощью двухслойной мембраны

30.10.2018

Устройство способно превратить 35,7% химической энергии, хранящейся в соленой воде, в пригодное для использования электричество. Это такой же эффективный источник электроэнергии, как ветровые турбины, и эффективнее, чем большинство солнечных батарей.

Природа любит баланс и стремится уравновесить непропорциональные части системы. Примером этому может послужить такой процесс, как осмос. Если в одной части системы раствор содержит больше каких-то элементов и веществ, чем в другой, то в первую поступает растворитель (как правило, вода), чтобы уравнять концентрацию веществ с обеих сторон. Здесь есть две особенности: процесс проходит в одностороннем порядке и способствует этому естественная мембрана, которая пропускает растворитель. Осмос помогает, например, растениям впитывать влагу: корни "собирают" ее, а клетки растения не выпускают обратно.

Этот же процесс используют ученые для создания скоростной линии электросети, которая получает ток из соленой воды. Когда ионная решетка солей, состоящая из пучков положительно и отрицательно заряженных частиц, растворяется в воде, пучки разрываются, оставляя частицы свободными для участия в осмосе. Если между соленой и пресной водой расположить заряженные тонкие мембраны, то частицы будут перетекать с одной стороны на другую, уравновешивая количество положительных и отрицательных зарядов. Благодаря этому возникает электрический ток. Мембраны для такого процесса уже используются, но они дорогостоящие и с течением времени имеют тенденцию к протеканию. Это позволяет частицам пройти обратно в неправильном направлении, уменьшая количество электричества, которое они могут произвести.

Исследователи из Китая создали новую, двухслойную мембрану, которая обладает разными свойствами с обеих сторон: начиная от размера пор до заряда самой мембраны. Каждый слой пропускает частицы с определенным зарядом. Это стимулирует постоянный поток заряженных частиц с одной стороны на другую, не позволяя им дрейфовать назад в неправильном направлении. Новые мембраны были названы в честь двуликого Януса, древнеримского бога дверей, входов и выходов.

<< Назад: Землю взвесили при помощи нейтрино 31.10.2018

>> Вперед: Защита спиновых кубитов от внешнего шума 30.10.2018

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Происхождение изображений ИИ становится все труднее установить 06.09.2026

Генеративный искусственный интеллект способен создавать изображения, в которых угадываются особенности определенных художественных стилей, однако установить источник конкретного визуального элемента оказывается значительно сложнее. Исследование специалистов лаборатории MIT CSAIL показывает, что по мере увеличения обучающего набора данных надежно определить, какое именно изображение повлияло на результат работы модели, становится практически невозможно. Чтобы изучить эту проблему, исследователи создали около двух десятков собственных диффузионных моделей и обучили их на наборах, содержащих от нескольких сотен до сотен тысяч изображений. В экспериментах использовались фотографии лиц, а также произведения различных художников. Независимо от размера и состава наборов данных ученые наблюдали одну закономерность: чем больше изображений использовалось для обучения, тем труднее становилось определить вклад отдельной работы в последующий результат. Это явление авторы назвали "утратой атрибуц ...>>

Часы Casio G-Shock GBX-H5600KI-5 06.09.2026

Casio представила новую модель часов G-Shock GBX-H5600KI-5, которая сочетает характерную для серии механическую прочность с возможностями, свойственными современным спортивным часам. Новинка создана на базе G-LIDE GBX-H5600 в сотрудничестве с профессиональным серфером Каноа Игараси. Часы оснащены оптическим датчиком сердечного ритма и акселерометром, а обработку собранных данных обеспечивают алгоритмы Polar. Благодаря этому устройство способно оценивать тренировочную нагрузку, восстановление во время сна и другие спортивные показатели. Кроме того, часы определяют уровень насыщения крови кислородом, хотя Casio отдельно подчеркивает, что данная функция не предназначена для медицинской диагностики. Важной особенностью GBX-H5600KI-5 остается продолжительное время автономной работы. При активном использовании пульсометра и спортивных функций часы способны работать около 35 часов, тогда как в обычном режиме без постоянного измерения пульса этот показатель достигает примерно одного меся ...>>

Краски из природных кристаллов дают яркий цвет без токсичных пигментов 05.09.2026

Яркие цвета окружают человека повсюду - от лакокрасочных покрытий и тканей до косметики и декоративных материалов. Однако многие привычные красители постепенно разрушаются под воздействием солнечного света, из-за чего поверхность теряет первоначальную насыщенность. Кроме того, некоторые синтетические пигменты содержат токсичные соединения и тяжелые металлы. Исследователи Северо-Восточного университета предложили альтернативный подход, вдохновленный природой, где насыщенные и устойчивые цвета формируются не за счет химических красителей, а благодаря микроскопической структуре материала. Именно такой механизм отвечает за характерное сияние опалов, переливы павлиньих перьев и яркие оттенки крыльев некоторых бабочек. В данном случае цвет возникает не потому, что вещество поглощает определенные длины волн света, а благодаря взаимодействию света с особым расположением мельчайших кристаллов. Они преломляют и отражают свет, вызывая интерференционные эффекты, в результате чего формируются на ...>>

Адаптивный полупроводник программируется светом 05.09.2026

Традиционный подход к развизвитю электроники имеет естественные ограничения: уменьшение размеров элементов становится сложнее, а их характеристики после изготовления практически невозможно изменить. Исследователи инженерного факультета Принстонского университета предложили иной путь. Вместо дальнейшего миниатюризирования существующих компонентов они разработали сверхтонкий полупроводниковый материал, способный менять свои свойства под воздействием света. Новый материал имеет толщину всего в несколько молекул, но при этом обладает необычной способностью многократно перестраивать свои электрофизические характеристики. Обычные полупроводники, применяемые в компьютерах и бытовой электронике, в основном получают заданные свойства еще на этапе производства и затем реагируют на поступающие электрические сигналы. Разработка специалистов из Принстона ведет себя иначе: ее параметры можно изменять уже после изготовления устройства. Секрет такой адаптивности заключается в сочетании сверхтонк ...>>

Нанопокрытие может помочь сохранить воду в озерах и водохранилищах 04.09.2026

Испарение представляет собой одну из наиболее заметных причин потери запасов пресной воды, особенно в регионах с жарким и сухим климатом. По мере повышения температуры эта проблема становится еще более актуальной: вода из озер, дамб и искусственных водохранилищ быстрее переходит в атмосферу, сокращая объем ресурсов, доступных для населения, сельского хозяйства и промышленности. Один из возможных способов замедлить этот процесс предложил физик Даниэль Кваси Кпегло, недавно получивший степень PhD по физике. Разработанная им концепция предполагает использование очень тонкого плавучего покрытия из наноматериала. Предполагается, что такой слой будет располагаться непосредственно на поверхности воды и выполнять роль своеобразного защитного "одеяла". Его задача заключается в ограничении количества инфракрасного теплового излучения Солнца, достигающего поверхности водоема, благодаря чему вода должна нагреваться медленнее и испаряться в меньшем объеме. Проблема, которую пытается решить ис ...>>

Случайная новость из Архива Генетический кардиостимулятор работает от света 16.07.2015 Хотя электрокардиостимуляторы спасают множество жизней - по статистике, более 3 млн людей по всему миру носят в себе такие устройства - их использование сопряжено с определенными неудобствами. Электрокардиостимулятор, или искусственный водитель ритма, помогает восстановить нормальную частоту и периодичность сердечных сокращений - в противном случае расстройства ритма могут привести к довольно тяжелым последствиям для всего организма, вплоть до смерти. Но для того, чтобы водитель ритма заработал, его электроды нужно вживить в сердце, провода от них подключить к генератору импульсов, который вживляют под кожу. Со временем кардиостимуляторы становились все меньше, а электроды с проводками стало возможным вводить в сердце с помощью катетера просто через вены. Однако каким бы маленьким ни был стимулятор и какими бы тонкими ни были его провода, ему все равно нужно менять батарейки, а это означает неизбежную операцию, пусть и небольшую. Кроме того, проводки с электродами, тянущиеся к сердцу, могут изнашиваться, и время от времени их тоже нужно менять. С другой стороны, из-за необходимости тянуть провода мы не можем поставить стимулятор, куда вздумается, и не можем использовать много точек для стимуляции. Самому сердцу не всегда "нравится", что его стимулируют внешним устройством. Наконец, если речь идет о детях, то им не всегда вообще можно поставить искусственный водитель ритма. Уди Нусинович (Udi Nussinovitch) и Лиор Гепстейн (Lior Gepstein) из Израильского технологического института Технион предложили своеобразную модель кардиостимулятора, у которого нет ни проводов, ни электродов, ни батареек и который работает в буквальном смысле на свету. По сути, никакого стимулятора в виде внешнего устройства тут вообще нет - исследователи ввели в клетки сердца оптогенетическую модификацию, что и позволило управлять сердечными сокращениями. Общий смысл оптогенетических методов в том, что в клетку внедряется ген светочувствительного белка - такой белок, встроившись в клеточную мембрану, в ответ на световой импульс открывает в мембране ионные каналы. А как мы знаем, именно перераспределение ионов с обеих сторон мембраны и создает электрохимический импульс. Оптогенетика нашла широчайшее использование в нейробиологии: внедрив в нейрон светочувствительный белок, мы можем произвольно, с помощью световых сигналов, генерировать сигнал в цепочке нейронов. Но ведь и сердечный ритм зависит от электрохимических импульсов (напомним, что, хотя в сердце и есть волокна вегетативной нервной системы, некоторые особенные клетки миокарда могут сами генерировать ритмические сигналы, формируя так называемую проводящую систему сердца). И ничто не мешает внедрить оптогенетический механизм в сердце. Исследователи так и сделали: с помощью специального "одомашненного" вируса они внедрили в желудочки сердца крыс водорослевый светочувствительный белок ChR2 (channelrhodopsin-2), реагирующий на синий свет. (Одноклеточным зеленым водорослям, вроде хламидомонад, этот белок помогает искать более освещенные места.) Авторы пишут, что они могли настраивать частоту сердечных сокращений животных с помощью синих вспышек. Вирус позволяет доставить белок в самые разные участки сердечной мышцы, поэтому контролировать сердце можно с большей эффективностью, ведь на внешний сигнал здесь отзываются сразу много клеток из разных мест. Чтобы "включить" оптобелок, не нужно никаких электродов: синий свет снаружи, хотя и довольно плохо проникает сквозь живые ткани, все же может дойти до сердца. Но - только если речь идет о крысе. У мало-мальски крупного животного, не говоря уже о человеке, сердце лежит глубже, так что здесь нужно подумать о том, световая волна какой длины сможет до него добраться и, соответственно, какой понадобится светочувствительный белок. Здесь могли бы подойти красные и инфракрасные области спектра, и, если дело дойдет до экспериментов с приматами, именно такие волны и будут использовать. Стоит заметить, впрочем, что есть и другие подходы к созданию беспроводного кардиостимулятора. Около года назад мы писали о разработке сотрудников Стэнфордского университета, которые предложили поддерживать работу ритмоводителя с помощью генератора электромагнитных волн, расположенного просто на поверхности тела. Другая идея принадлежит исследователям из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне - они смогли заставить кардиостимулятор работать от самой сердечной мышцы, за счет энергии его сокращений. Но, конечно, оптогенетический подход выглядит самым радикальным - здесь вообще не нужно вживлять в сердце никакого устройства.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026