Технологии и материалы современные: Материалы и современные технологии

Материалы и современные технологии

Направлений бакалавриата и специалитета Направлений магистратуры

Презентация меганаправления «Материалы и современные технологии»

День открытых дверей меганаправления «Материалы и современные технологии»

О меганаправлении

Основа создания техники нового поколения аэрокосмической отрасли и других наукоёмких отраслей промышленности.

Разрабатываемые сотрудниками МАИ материалы созданы по уникальным технологиям, в том числе аддитивным, водородным, плазменным и др. Это мировой уровень современного образования и науки.

Моделирование и разработка инновационных технологических процессов, автоматизация процессов производства, программное обеспечение механики конструкций, организация производства и обеспечение качества, экологическая безопасность.

Чему учат?

• Создание композиционных материалов нового поколения (неокомпозитов)
• Управление процессами структурообразования с целью создания уникальных материалов и эффективных производств
• Компьютерное моделирование, СAD/CAM/CAE
• Аддитивные 3D-технологии производства изделий из металлических и полимерных материалов
• Защита интеллектуальной собственности, технологическая безопасность производства
• Создание биологически и механически совместимых материалов для изготовления имплантируемых медицинских изделий
• Технологии обработки интеллектуальных материалов с памятью формы и сверхупругостью
• Моделирование инновационных технологических процессов (CAD/CAM/CAE-системы)
• Информационная поддержка жизненного цикла изделий (CALS/ИПИ-технологии)
• Организация цифрового производства уникальных изделий
• Проектирование имитаторов и разработка программного обеспечения для управления технологическими процессами
• Организация производства и обеспечение качества в соответствии с международными стандартами
• Экологическая безопасность и анализ рисков возникновения техногенных катастроф и предупреждение чрезвычайных ситуаций
• Разработка и внедрение инновационных лазерных, плазменных и других высокоэнергетических технологий

Кем работать?

• Специалист-исследователь новых материалов для авиационных и космических систем
• Специалист-исследователь новых материалов для медицинской техники
• Разработчик инновационных технологий
• Инженер-испытатель новых материалов
• Специалист в области аддитивных технологий
• Разработчик CAE-технологий сложных авиационных и ракетных систем
• Инженер в области инновационных технологических процессов
• Инженер по эксплуатации авиационной и космической техники
• Инженер-эксперт МЧС РФ
• Инженер-испытатель

В процессе обучения

• Стажировки на ведущих российских и зарубежных предприятиях
• Работа в научных коллективах лабораторий
• Участие в реальных проектах и стартапах
• Насыщенная студенческая жизнь
• Дополнительные стипендии и гранты
• Конференции, выставки, конкурсы
• Военная кафедра

Конференция «Современные материалы и передовые производственные технологии»

С 25 по 28 июня в СПбПУ состоится Международная научная конференция «Современные материалы и передовые производственные технологии» (СМППТ-2019).

В 2019 году международные конференции «Нанотехнологии функциональных материалов» и «Современные металлические материалы и передовые производственные технологии» были объединены в одну – «Современные материалы и передовые производственные технологии».

Международная научная конференция посвящена обсуждению вопросов, связанных с прорывными технологиями изготовления изделий из металлических, керамических и композиционных материалов. Конференция организована с целью обсуждения результатов достижений науки и техники в области материаловедения и технологий.

Организуют конференцию Министерство науки и высшего образования РФ, Российская академия наук (Отделение химии и наук о материалах), Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого при поддержке и участии Российского фонда фундаментальных исследований. Соорганизатором мероприятия выступает Центр компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии».

Тематические секции конференции:
1. Нанокристаллические и наноструктурные металлические материалы.
2. Современные технологические процессы обработки металлических материалов.
3. Наноструктурные порошки, композиционные керамические материалы и покрытия.
4. Биоматериалы, новые материалы медицинского назначения. 3D-печать биоматериалов.
5. Аддитивные технологии.
6. Моделирование физико-механических свойств материалов и технологических процессов их получения. Цифровые двойники материалов, конструкций, производственных технологий.

7. Материалы со специальными оптическими, электрическими и магнитными свойствами.
8. Интеллектуальные материалы и технологии (Smart materials and technologies).

Для участия в конференции необходимо заполнить регистрационную форму и выслать ее на адрес [email protected], контактный телефон: +7-921-431-34-72 (Георгий Караханов). Подробная информация, а также условия и порядок участия см. на официальном сайте конференции.

Оргкомитет приглашает экспертов принять участие в работе Международной научной конференции «Современные материалы и передовые производственные технологии» (СМППТ-2019), представив доклады, отражающие современные тенденции развития науки о материалах и технологических процессах передовых производств.

Экологические материалы: современные технологии строительства

С каждым годом в мире увеличивается количество вредных выбросов, уничтожающих планету. Мегаполисы с автомобилями, заводами, котельными и электростанциями, своим существованием, наносят непоправимый вред экологии. Страдает не только природа.

С каждым годом человек становится, менее устойчив к влиянию окружающей среды. Новые заболевания требуют большей помощи врачей и новых медицинских препаратов.

Ученые всего мира работают над технологиями, призванными сохранить природу — уменьшить негативное влияние современных технологий на окружающую среду и здоровье людей. О достижениях в области экологически чистых технологий мы все чаще слышим и читаем:

• энергосберегающие технологии;
• приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла и влаги;
• переработка отходов;
• геотермальная энергетика;
• водородное топливо;
• возобновляемые источники энергии,

и многое другое, постепенно внедряются по всему миру. Не обошли зеленые технологии и строительство.

Виды ультрасовременных строительных материалов.

Сегодня большинство задумок в области экологии находятся на стадии разработки, однако некоторые уже успешно испытаны и внедрены. Пено- и газоблоки являются самыми распространенными и востребованными материалами для строительства, которые можно отнести к экологически чистым материалам.

Арболит.

Заменой газоблокам мог бы послужить арболит – смесь опилок, щепок и бетона. Блоки из данного материала легки, прочны и просты в эксплуатации, при этом они обладают высокими тепло, звукоизоляционными характеристиками, что делает его прекрасным строительным материалом.

Биодинамический бетон.

Идея экологически чистого мегаполиса кажется фантастической, но это реальность. Биодинамический бетон – разработка итальянского архитектурного бюро, был впервые представлен на международной выставке в Милане. Благодаря своим уникальным свойствам, это вещество поглощает вредные частицы, содержащиеся в воздухе, преобразовывая их в инертные соли.

Самовосстанавливающийся цемент.

Еще одним достижением в области экологического строительства могут похвастаться голландские ученые. Им удалось создать самовосстанавливающийся цемент. При изготовлении, которого был добавлен специальный вид бактерий. Состав цемента обогатили лактатом кальция. При поглощении этого вещества бактерия производит известняк. Заполняя трещины продуктами своей жизнедеятельности, она восстанавливает целостность бетона. Такая

технология позволяет увеличить долговечность конструкции, и сэкономит массу энергии, которую пришлось бы тратить для его восстановления.

Биобетон.

Биобетон – детище испанских ученых. В состав материала входят химические элементы, сохраняющие прочность, даже при условии прорастания живых растений. Более того, содержащийся в растворе фосфат магния создает кислотную среду, благоприятную для некоторых растений. Например: мох, лишайник, несколько видов грибов, не только придают оригинальный вид строению и прекрасно очищают воздух, они также служат отличным утеплителем и звукоизоляционным материалом.

Ракушечник.

Давно известен, но лишь сейчас достойно оценен ракушечник. Этот материал подарила нам сама природа. В отличие от кирпичей, газоблока, шлакоболока, этот камень добывается, открытым способом. С помощью специальной техники, пласт породы режется на готовые к эксплуатации блоки. Ракушечник состоит из раковин моллюсков, живших миллионы лет назад. Под воздействием времени и высокого давления, они спрессовались в прочный камень, и теперь мы можем использовать его для строительства. Ракушечник обладает неоднородной структурой и привлекательным цветом, поэтому его используют для изготовления отделочной плитки, при оформлении ландшафтного и аквариумного дизайна.

По уровню прочности ракушечник делят на три марки. В зависимости от прочности он хорошо подходит для строительства одно- и малоэтажных домов. Положительные характеристики: морозостойкость, экологичность, доступная цена. Стены из этого камня «дышат», хорошо удерживают тепло. Однако, пористость является и недостатком. Кладку необходимо изолировать от окружающей среды, иначе кирпич будет тянуть влагу в дом.

Дюрисол.

Еще одной довольно старой, но лишь сейчас получившей признание разработкой, является дюрисол. Этот строительный материал представляет собой крупную щепу хвойных деревьев, обработанную минеральными добавками и склеенную портландцементом в форме блоков. Благодаря небольшим воздушным кармашкам, дюрисол обладает отличными тепло и звукоизоляционными качествами. Он практически не горит, устойчив к морозам и влаге. Благодаря уровню кислотности, в этом материале маловероятна возможность развития плесени. Он хорошо подходит для строительства малоэтажных зданий.

Современные климатические системы TURKOV прекрасно сочетаются с передовыми материалами и технологиями строительства, превращая любое здание в энергонезависимый и энергоэффективный автономный экодом!

Ультрановые строительные материалы и технологии.

Новые технологии развиваются, постоянно повышая планку требований к строительным материалам. Ученые соревнуются, разрабатывая самовосстанавливающиеся материалы, системы охлаждения, отопления, очищения окружающей среды. Одним из таких материалов является кирпич, оснащенный системой охлаждения Cool Bricks. Он изготовлен новейшим способом – 3-D печатью.

Теплоизоляционные материалы изготавливаются из самых разных продуктов натурального происхождения: конопля, солома, мицелий. Они служат хорошим утеплителем, при этом абсолютно безопасны для человека и окружающей среды.

Самым прочным на планете, при этом легким и гибким признано углеродное волокно. Оно подходит для строительства, изготовления мебели и техники.

Удивительными качествами обладает аэрогель. Он прозрачен, при этом жаропрочен, обладает большой твердостью и совершенно не впитывает воду. К сожалению эти материалы еще не получили широкого применения, однако ученые предрекают новую революцию в строительстве с началом их использования.

Здоровый и безопасный дом – мечта любого жителя планеты земля. Поэтому экоматериалы так востребованы сегодня, а новые достижения не за горами.

Современные строительные материалы и технологии

Современные строительные материалы и технологии

Магистратура, направление подготовки: 08.04.01 Строительство

15

бюджетных
мест

10

платных
мест

2

Продолжительность
обучения

0

бюджетных
мест

20*

платных
мест

2 года 3 месяца

Продолжительность
обучения

обучение осуществляется только на платной основе при условии набора группы (не менее 10 человек)

обучение осуществляется только на платной основе при условии набора группы (не менее 10 человек)

Современные материалы, техника и технологии

Машиностроение и машиноведение Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Технология машиностроения
Куц Вадим Васильевич	д.т.н., профессор, Юго-Западный государственный университет,  г.Курск, Россия
Афонин Андрей Николаевич	д.т.н., профессор, Белгородский государственный национальный исследовательский университет, г.Белгород, Россия
Смоленцев Евгений Владиславович	д.т.н., профессор, Воронежский государственный технический университет,  Воронеж, Россия
Кириллов Олег Николаевич	д.т.н., профессор, Воронежский государственный технический университет, Воронеж, Россия
Клочков Юрий Сергеевич	д.т.н., профессор, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, г.Санкт-Петербург,  Россия
Ивахненко Александр Геннадьевич	д.т.н., профессор, Юго-Западный государственный  университет, Курск, Россия
Анцев  Виталий Юрьевич	д.т.н., профессор, Тульский государственный университет, Тула, Россия
Металлургия и материаловедение Порошковая металлургия и композиционные материалы Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов
Агеев Евгений Викторович	д.т.н., профессор, Юго-Западный государственный университет, г. Курск, Россия
Еремеева Жанна Владимировна	д.т.н., профессор, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва, Россия
Латыпов  Рашит  Абдулхакович	д.т.н., профессор, Московский политехнический университет, Россия
Булычев Всеволод Валерьевич	д.т.н., профессор, декан конструкторско-механического факультета, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Калужский филиал, Россия
Коломейченко Александр Викторович	д.т.н., профессор, Орловский государственный аграрный  университет им. Н.В. Парахина, Орел
Гвоздев Александр Евгеньевич	д.т.н., профессор, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого, Тула
Чуканов Александр Николаевич	д.т.н., профессор, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого, Тула
Серебровский  Владимир Исаевич	д.т.н., профессор, Курская государственная сельскохозяйственная академия им. И.И. Иванова, Курск
Колмыков Валерий Иванович	д.т.н., профессор, Юго-Западный государственный университет, Курск, Россия
Денисов Вячеслав Александрович	д.т.н., профессор, Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, Москва
Транспорт Эксплуатация автомобильного транспорта
Новиков Александр Николаевич	д.т.н., профессор, Орловский государственный университет им. И.С. Тургенева, Орел
Дорохин Сергей Владимирович	д.т.н., профессор, Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, Воронеж
Ризаева Юлия Николаевна	д.т.н., профессор, Липецкий государственный технический университет, Липецк
Евтюков Сергей Аркадьевич	д.т.н., профессор, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, Санкт-Петербург
Агуреев Игорь Евгеньевич	д.т.н., профессор,  Тульский государственный университет.  Тула

MODERN TECHNOLOGIES AND MATERIALS FOR PROTECTION OF METALLIC AND NON-METALLIC SURFACES, AGRICULTURAL MACHINERY

В процессе работы и хранения сельскохозяйственная техника подвергается влиянию таких факторов как ультрафиолетовые лучи, конденсат, перемена температуры, различные химикаты от удобрений и т.д., большинство из которых приводит к коррозии металла. Все эти факторы отрицательно влияют на техническое состояние техники и приводят к отказам, т.е. кнеработоспособному состоянию. К примеру, картофелеуборочный комбайн испытывает воздействие трения земли о поверхность и попадание на нее влаги, что повреждает поверхность и приводит к возникновению коррозии. Для предотвращения или уменьшения проявления коррозии следует защищать и обрабатывать поверхности сельскохозяйственной техники. Далее рассмотрим современные противокоррозионные технологии и защитные материалы. В противокоррозионной практике для изоляции металла от воздействия агрессивных сред используются специальные защитные покрытия. Все они подразделяются на металлические и неметаллические. Металлические анодные и катодные покрытия наносятся на поверхности методами газотермического напыления, окунания, гальванизации, плакирования или диффузии. Неметаллические покрытия подразделяются на органические и неорганические. Они создают на обрабатываемых поверхностях тонкую, инертную по отношению к агрессивным веществам пленку, которая предохраняет детали от негативных воздействий окружающей среды. В настоящее время для защиты поверхностей существует множество технологий и материалов, которые различаются по качеству обработки, цене и сроку службы. Для каждой поверхности и детали сельскохозяйственной техники можно подобрать свою технологию и материал для защиты от коррозии. In the process of operation and storage of agricultural machinery is influenced by factors, including: ultraviolet rays, condensate, temperature changes, various chemicals from fertilizers, etc., most of which leads to corrosion of the metal. All these factors adversely affect the technical condition of the equipment and lead to failures and, accordingly, not working condition. For example, a potato harvester is affected by the friction of the earth on the surface and the ingress of moisture on it, which damages the surface and leads to corrosion. Agricultural machinery should be protected and treated to prevent or reduce corrosion. Next, consider modern anticorrosive technologies and protective materials. In anticorrosion practice, special protective coatings are used to isolate the metal from the effects of aggressive media. All of them are divided into metal and nonmetal. Metal anode and cathode coatings are applied on the surface by methods of thermal spraying, dipping, galvanizing, cladding or diffusion. Nonmetallic coatings are divided into organic and inorganic. They create a thin film on the treated surfaces, inert with respect to aggressive substances, which protects the parts from the negative effects of the environment. At present, there are many technologies and materials for the protection of equipment to protect surfaces, which differ in the quality of processing, price and service life. For each surface and details of agricultural machinery, you can choose your technology and material for corrosion protection.

Современные вещества и материалы будущего

Все предметы, окружающие нас, сделаны из того или иного материала. Зачастую именно материал обеспечивает вещи особыми свойствами. Существует даже специальный раздел науки, изучающий их — материаловедение.

3 Технологии

HTRANS – необычный полупрозрачный бетон, разработанный исследователями Политехнического университета Валенсии (UPV) Хосе Рамоном Альбиолем Ибанесом и Мигелем Санчесом Лопесом.

6 Технологии

Шведская компания SSAB поставила Volvo первую партию автомобильной стали нового типа – «зеленого». Термин пока неофициальный, данный материал также называют «экологически чистой сталью», потому что при ее создании не применяются горючие ископаемые и энергия, произведенная с их помощью. Выбросов в атмосферу в процессе…

5 Технологии

Международная команда ученых разработала защитную ткань-трансформер, которая способна менять свою внутреннюю структуру. Она напоминает старинную кольчугу – частицы материала расположены близко друг к другу, что позволяет блокировать внешние механические воздействия.

1 Наука

Исследователи из Университета Яншань в Китае после многочисленных экспериментов сумели получить новый материал на основе углерода с невиданными доселе свойствами. Стеклоподобное вещество в тестах на твердость по Виккерсу показало 113 ГПа, в то время как для обычной стали этот показатель составляет всего 9 ГПа, а для…

1 Технологии

В последнее время во многих странах с вполне умеренным климатом в летний сезон все чаще отмечаются температурные рекорды, что губительно сказывается на здоровье тысяч людей.

0 Наука

Китайские ученые из Чжэцзянского университета создали новую форму вещества, которую они назвали «эластичный микроволоконный лед». Больше всего он напоминает обычную проволоку – также легко гнется и скручивается без необратимой деформации. Однако внутри него все те же молекулы воды без всяких примесей – это просто…

0 Технологии

С незапамятных времен моряки знают печальную поговорку: «вода, вода, кругом вода, но нет ни капли для питья». Речь идет о том, что морскую воду категорически нельзя пить. С древних времен проблема пресной воды из чисто флотской стала общемировой.

0 Технологии

Одни из наиболее важных характеристик современного бронежилета – небольшой вес и тонкость, которые характерны для природной брони живых существ. Специалисты-материаловеды активно пользуются такими природными подсказками, не забывая при этом о современных технологиях. Последний пример – команда Массачусетского…

1 Технологии

Британские исследователи из Университета Бата разработали новый материал на основе графена, который можно назвать самым легким звукопоглотителем в мире. Он способен уменьшить громкость звука в пассивном режиме на 16 дБ, имея плотность всего 2,1 кг/м3. Для сравнения, у типового полиэфирно-уретанового звукозолятора этот…

1 Технологии

Ученые из Австралийского национального университета заявили о создании прорывной технологии, которая наконец-то избавит человечество от неуверенности перед темнотой. Она позволяет наделить аналогом ночного зрения практически любой прибор, просто наклеив на него нанопленку из специального материала. Это даст…

0 Наука

Ученые продолжают изучать уникальные свойства паучьего шелка. Так, его нить толщиной всего в 0,1 мм способна удержать вес до 80 грамм, что не по силам даже стальной проволоке такой же толщины. При этом паучий шелк способен растягиваться прочти на треть от своей первоначальной длины.

2 Технологии

Команда ученых под руководством Йоэля Финка из Массачусетского технологического института (США) разработала новый тип электронного волокна, которое работает как элемент вычислительной системы. Они подобрали полимер, который ведет себя как обычная текстильная нить, его можно вдеть в иглу и сплести из него полотно или…

1 Технологии

Исследователи Технологического института Вирджинии(США) сумели воспроизвести гидрофобный эффект перьев водоплавающих птиц. Жидкость в прямом смысле стекает с их перьев, не смачивая, что позволяет тем же уткам одновременно нырять в поисках еды и сразу же взлетать в случае опасности. Это пассивная технология, которая не…

1 Технологии

Мировую ситуацию с продовольствием лучше всего описывает выражение «тут густо, а там пусто», что при суммарном расходе продуктов в 1,3 млрд тонн в год создает очень большие издержки. Для развитых стран еще и остро стоит вопрос переработки пищевых отходов, и в Токийском университете предложили новый способ решения этой…

9 Технологии

Бетон по-прежнему остается самым распространенным строительным материалом. Международная команда ученых из Массачусетского технологического института и Французского национального центра научных исследований (CNRS) наделила бетон очень важным свойством, сделав его электропроводным.

5 Технологии

Современное строительство немыслимо без бетона, но его главный компонент, портландцемент, уже давно находится в опале из-за своих экологических свойств. У этого материала чудовищно огромный по нынешним меркам углеродный след – при производстве 1 кг цемента в атмосферу выбрасывается столько же углекислого газа. В итоге…

1 Технологии

Общество Фраунгофера анонсировало строительство завода по производству нового вида энергоносителя – «водородной пасты» под названием Powerpaste. Она разработана в качестве безопасной альтернативы газообразному водороду, для применения в качестве универсального топлива. Технология готова для практического использования…

0 Технологии

Ученые из Университета Брауна (США) разработали новый метод получения металлов с выдающимися прочностными характеристиками. Им удалось решить задачу по созданию идеального зерна металла и соединению таких зерен в единое целое без существенных затрат энергии. Речь идет, ни много ни мало, о новой технологии…

1 Технологии

Команда ученых Национального университета Сингапура (NUS) разработала губчатый аэрогель, который извлекает из воздуха влагу и превращает ее в чистую питьевую воду.

3 Технологии

Группа инженеров Техасского университета в Остине разработала почвенный материал, в состав которого входят гидрофильные (впитывающие воду) гидрогели и природный песчаный грунт в соотношении 1:3. Он относится к категории SMAG, что означает «сверхвлагопоглощающие гели».

2 Технологии

В процессе экспериментов с древесиной исследователи из Швейцарского федерального технологического института (ETH Zurich) и Новозеландского королевского научно-исследовательского института (Scion Research Institute) разработали уникальный материал на основе бальсы.

2 Технологии

Основатель энергетической компании Ecotricity Дейл Винс заявил о запуске стартапа Sky Diamonds, который займется созданием синтетических алмазов. По словам мультимиллионера, эти драгоценные камни станут самыми экологически чистыми в мире, потому все необходимые компоненты для них будут в прямом смысле извлекаться из…

0 Наука

Ученые из Массачусетского технологического института предложили применять асбест для извлечения из атмосферы углекислого газа. Но вместо разработки фильтров с новым наполнителем они предлагают применять для этих целей непосредственно асбест в процессе его добычи в шахтах. В перспективе это поможет вдохнуть новую жизнь…

0 Наука

Вслед за ультра-черным материалом Vantablack, который поглощает 99,96 % падающего на него света, ученые разработали и его ультра-белого собрата. Честь открытия новой вехи в материаловедении принадлежит американским инженерам из Университета Пердью. Они пока не придумали коммерческого названия для этого вещества,…

1 Технологии

Стекло из дерева – это не фантастика, а продукт современных технологий. Привычное для нас стекло из кварцевого песка имеет множество недостатков, причем основные связаны с тем, что оно пропускает тепло из помещения наружу зимой и не препятствует его проникновению внутрь летом. Как результат – внушительные счета за…

0 Технологии

Современная инструментальная или нержавеющая сталь создается с добавлением хрома и считается, что это важнейшее изобретение было сделано совсем недавно – на рубеже XIX-XX веков. Однако недавно ученые из Университетского колледжа в Лондоне (Великобритания) получили доказательство, что применять хром люди научились…

0 Технологии

Австрийские ученые совместно с коллегами из Финляндии завершают разработку технологии промышленного получения нового синтетического заменителя кожи. Основным материалом они выбрали грибы и научились обрабатывать их так, что полученный материал «визуально и функционально» аналогичен выделанной коже животных. Но при…

0 Технологии

Материалы, обладающие способностью после деформации возвращаться в исходное состояние, находят широкое применение в аэрокосмической промышленности, робототехнике и даже в сфере моды.

0 Технологии

Армия США объявила конкурс на разработку новой военной униформы, которая сможет противостоять огню и укусам насекомых. Команда ученых Университета Массачусетса сумела создать подходящий по требованиям материал, в основе которого лежит существующая нейлон-хлопковая смесь, обработанная нетоксичными химикатами.

2 Технологии

Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде разработали технологию получения компонентов для суперконденсаторов из обычного мусора. Речь идет о полиэтилентерефталате или ПЭТ, из которого сделано большинство пластиковых бутылок. Такой материал с экономической точки зрения существенно превосходит…

14 Наука

Для засушливой и страдающей от пожаров Австралии обеспечение чистой питьевой водой – чрезвычайно насущная проблема. Неудивительно, что именно здесь был разработан метод эффективного ее опреснения. Ученые из университета Монаш в Мельбурне создали новый тип металлоорганического каркаса (MOF), который работает как губка…

2 Наука

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Минэнерго США вместе с коллегами из Университета Северного Иллинойса открыли новый полезный катализатор. Он в прямом смысле превращает воду в спирт – а точнее, в этанол. Нужен лишь электрический ток и диоксид углерода – углекислый газ, который загрязняет атмосферу.

Что такое технология материалов в NTNU?

Технология материалов — это относительно всеобъемлющая дисциплина, которая начинается с производства товаров от сырья до обработки материалов в формах и формах, необходимых для конкретных приложений.

Материалы — металлы, пластмассы и керамика — обычно имеют совершенно разные свойства, а это означает, что технологии, используемые при их производстве, принципиально разные. Технология материалов — это постоянно развивающаяся дисциплина, и новые материалы с интересными свойствами приводят к новым применениям.Например, сочетание различных материалов в композитах приводит к появлению совершенно новых свойств материала. Материаловедение тесно связано с технологиями материалов. Материаловедение — это междисциплинарная область, которая связывает свойства материала с его химическим составом, микроструктурой и кристаллической структурой.

Металлургическая промышленность, производство и обработка материалов являются очень важными аспектами норвежской промышленности, а также предлагают значительную добавленную стоимость для экономики за счет экспорта таких продуктов, как алюминий и ферросилиций.Материалы также имеют очень большое значение в нефтегазовой промышленности, например, для защиты стали от коррозии в морской среде.

NTNU — единственный университет в Норвегии, который готовит инженеров (магистров технологий) с опытом в области материаловедения и материаловедения. Ежегодно факультет материаловедения и инженерии выпускается около 50 инженеров.

Обучение материаловедению в NTNU

Хотите изучать технологии материалов?

Кафедра материаловедения и инженерии факультета естественных наук NTNU предлагает несколько учебных программ в области материаловедения

Подробнее об исследованиях в области материаловедения в NTNU

Исследования в области материаловедения в НТНУ

Исследовательские группы в

Департамент материаловедения и инженерии

Подробнее об исследованиях в области технологий материалов в NTNU

Современные технологии материалов | Чикагский исследовательский центр материалов

• У меня нет дополнительных знаний по перечисленным темам.Могу ли я присоединиться?

Конечно! Наше единственное ограничение по темам курсов — это то, что они по-прежнему связаны с материалами и технологиями. Мы призываем участников опираться на свой собственный опыт в STEM и исследованиях, когда думаем о том, как они хотят преподавать. Приветствуются все фоны STEM.

Одна из наших основных целей — предоставить аспирантам и докторантам, интересующимся педагогикой, возможность вести занятия. Кроме того, участники активно участвуют в предоставлении и получении отзывов за каждую неделю.

• Каков типичный формат коллоквиума?

Мы следуем академическому календарю Линдблома, основанному на семестре. В прошлые годы мы обычно проводили коллоквиум в среду утром. Коллоквиум длится 2 часа и обычно делится 50/50 между содержанием лекции и содержанием, основанным на деятельности / демонстрации. Каждый коллоквиум возглавляет ведущий инструктор, который организует материалы и лекцию для данной недели; 2-3 других участника присоединяются к коллоквиуму, чтобы помочь с занятиями в классе.Обычно мы проводим около 20 коллоквиумов в учебном году, разделенных на 3-4 группы.

• На что похожи классы?

Классы состояли из 10-18 человек и включали все классы. Многие студенты приходят, указывая на сильный интерес к естествознанию и / или математике.

• Сколько времени занимает MMT?

Типичное время, затрачиваемое лектором, составляет около 3-4 часов; в прошлом это обычно было с 9:30 до 13:00 по средам, включая время на дорогу, настройку и демонтаж.

Как ведущий лектор, время может варьироваться, так как лектор может создавать свой собственный контент. У нас также есть материалы прошлых курсов, которые ведущий лектор может использовать или использовать, и в этом случае обычно 2-3 часа подготовки.

• Как добраться до Линдблома?

Мы встречаемся в центре кампуса университета Чикаго и автостоянки!

• Откуда берутся демонстрационные материалы?

Мы закупаем демонстрационные материалы в различных местах, включая демонстрационный шкаф через Департамент физики, в сотрудничестве с другими информационными программами в MRSEC и в сотрудничестве с нашими местными учителями физики.Мы также приобрели демонстрационные материалы при поддержке MRSEC.

MMT был основан Джеймсом Каллаханом и другими членами группы Беркельбаха на химическом факультете (ныне Колумбийского университета) в 2018 году.

• Как COVID повлияет на MMT?

Мы планируем следовать инструкциям и расписанию системы государственных школ Чикаго и адаптировать содержание курса к дистанционному обучению.

5 современных технологий, влияющих на производителей

В обрабатывающей промышленности всегда был аппетит к технологиям.От анализа больших данных до передовой робототехники — революционные преимущества современных технологий помогают производителям сократить вмешательство человека, повысить производительность предприятия и получить конкурентное преимущество.

Сложные технологии, такие как, среди прочего, искусственный интеллект, Интернет вещей и трехмерная печать, формируют будущее производства за счет снижения стоимости производства, повышения скорости операций и сведения к минимуму ошибок. Поскольку производительность имеет решающее значение для успеха производственного предприятия, ожидается, что каждый производитель сделает значительные инвестиции в эти технологии.

Вот пять технологий, которые положительно влияют на обрабатывающую промышленность.

1. Промышленный Интернет вещей

Возможности Интернета вещей (IoT) быстро внедряются в промышленную и производственную сферы, предоставляя владельцам заводов возможность повысить производительность и снизить сложность процессов. Ожидается, что к 2020 году количество устройств с поддержкой Интернета вещей достигнет отметки в 25 миллиардов.

Промышленный Интернет вещей (IIoT) представляет собой сочетание различных технологий, таких как машинное обучение, большие данные, данные датчиков, облачная интеграция и автоматизация машин.Эти технологии используются в таких областях, как профилактическое и упреждающее обслуживание, мониторинг в реальном времени, оптимизация ресурсов, прозрачность цепочки поставок, анализ операций между предприятиями и безопасность, что позволяет руководителям предприятий минимизировать время простоя и повысить эффективность процессов.

Например, регулярное техническое обслуживание и ремонт необходимы для бесперебойной работы завода. Однако не все оборудование и устройства требуют обслуживания одновременно. Интернет вещей позволяет руководителям предприятий использовать мониторинг состояния и профилактическое обслуживание оборудования.Мониторинг производительности в реальном времени помогает им планировать график технического обслуживания, когда это действительно необходимо, снижая вероятность незапланированных отключений и связанной с этим потери производительности.

Точно так же оборудование с поддержкой IoT и встроенным датчиком может передавать данные, которые помогают команде цепочки поставок отслеживать активы (с помощью датчиков RFID и GPS), проводить инвентаризацию, прогнозировать, оценивать отношения с поставщиками и планировать программы профилактического обслуживания.

2. Аналитика больших данных

Аналитика больших данных может предложить несколько способов повышения производительности активов, оптимизации производственных процессов и облегчения настройки продукта.Согласно недавнему опросу Honeywell, 68 процентов американских производителей уже инвестируют в аналитику больших данных. Эти производители могут принимать обоснованные решения, используя данные о производительности и отходах, полученные с помощью аналитики больших данных, снижая эксплуатационные расходы и увеличивая общий доход.

3. Искусственный интеллект и машинное обучение

В течение нескольких десятилетий производители использовали робототехнику и механизацию для повышения производительности и минимизации производственных затрат на единицу продукции.Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение кажутся следующей волной в производстве. Искусственный интеллект помогает производственным группам анализировать данные и использовать полученные знания для замены запасов, снижения эксплуатационных расходов и обеспечения непрерывного контроля качества всего производственного процесса.

Эпоха неразумных роботов, занятых циклическими производственными задачами, закончилась. Искусственный интеллект и машинное обучение позволяют роботам и людям сотрудничать друг с другом, создавая гибкие производственные процессы, которые учатся, улучшают и принимают разумные производственные решения.Следовательно, производители могут использовать промышленную робототехнику и интеллектуальную автоматизацию для управления повседневными задачами и сосредоточить свое время и ресурсы на задачах, приносящих доход, таких как исследования и разработки, расширение линейки продуктов и улучшение обслуживания клиентов.

4. Трехмерная печать

Технология трехмерной печати или производства аддитивного слоя призвана оказать огромное влияние на такие высокотехнологичные отрасли, как аэрокосмическая промышленность, горнодобывающая техника, автомобили, огнестрельное оружие, торговое и сервисное оборудование и другое промышленное оборудование.Эта революционная технология позволяет производителям создавать физические продукты из сложных цифровых дизайнов, хранящихся в файлах трехмерного автоматизированного проектирования (САПР).

Для печати реальных объектов можно использовать такие материалы, как резина, нейлон, пластик, стекло и металл. Фактически, трехмерная биопечать позволила изготавливать живые ткани и функциональные органы для медицинских исследований.

В отличие от традиционного производственного процесса, трехмерные принтеры могут создавать сложные формы и конструкции без дополнительных затрат, что дает большую свободу дизайнерам и инженерам.Более того, все более широкое применение трехмерной печати в производстве приводит к развитию производства как услуги (MaaS), позволяя компаниям поддерживать современную инфраструктуру, обслуживающую множество клиентов, и избавляет от необходимости покупать новое оборудование.

5. Виртуальная реальность

Виртуальная реальность (VR) упрощает процесс проектирования продукта, устраняя необходимость в создании сложных прототипов. Дизайнеры и инженеры используют виртуальную реальность для создания реалистичных моделей продуктов, что позволяет им видеть свои проекты в цифровом виде и устранять потенциальные проблемы до начала производства.Клиенты также могут просматривать и взаимодействовать с этими цифровыми проектами, симуляциями и интегрированными устройствами, что значительно сокращает время, необходимое от проектирования до производства готового продукта.

Например, производители автомобилей теперь используют виртуальную реальность, чтобы гарантировать, что их автомобили проходят испытания на ранней стадии процесса разработки, сокращая время и затраты, связанные с изменением конструкции, допусков и функций безопасности.

Поскольку прогнозная аналитика имеет решающее значение для операционной эффективности производственного предприятия, ожидается, что руководители предприятий будут все больше полагаться на виртуальную реальность для анализа рабочих процессов, улучшения процессов сравнительного анализа и поддержания соответствия с помощью протоколов обучения.

Поскольку производители продолжают внедрять эти современные технологии для управления всеми аспектами производственного процесса, можно ожидать улучшения общей производительности и прибыльности. Компании, стремящиеся оставаться актуальными на постоянно конкурентном рынке, не могут позволить себе игнорировать положительное влияние каждой из этих технологий.

Ссылка: Сложные технологии, формирующие будущее производства электроники

7 новых материалов, изобретенных в 2018 году

Мы, люди, всегда находимся на пути изобретений и инноваций.Помимо создания новых технологий и машин, изобретение новых материалов сильно влияет на будущее продуктов и процессов их производства. Хотите знать, какие лучшие материалы были изобретены в 2018 году? Они здесь!

Итак, это материал со странным названием, но все это будет оправдано, когда вы узнаете о нем больше. Древесная губка — это новый материал, разработанный путем обработки древесины химическими веществами в урезанной версии самой себя.

Процесс приводит к удалению гемицеллюлозы и лигнина, который выходит вместе с телом целлюлозы.

Причина, по которой Wood Sponge занимает первое место в нашем списке, заключается в области ее применения — для поглощения масла из воды. Разливы нефти и химикатов нанесли беспрецедентный ущерб водным объектам по всему миру, и мы ищем более эффективные способы борьбы с ними.

Исследовательская группа во главе с Ван Сяоцин хотела разработать новый абсорбент из возобновляемого материала, а следовательно, из дерева. В результате получается губка, которая может поглощать в 16-46 раз больше собственного веса.

Кроме того, его можно использовать повторно до 10 раз путем отжима впитанного масла. Эта новая губка превосходит все другие губки или абсорбенты, которые мы используем сегодня, с точки зрения емкости, качества и возможности повторного использования.

Источник: ACS Nano

Самым прочным биоматериалом, известным человеку, был паучий шелк, который на фунт за фунтом прочнее стали. Было проведено множество исследований, направленных на то, чтобы воспроизвести этот материал в больших масштабах или даже превзойти паучий шелк по прочности, но им не удалось воссоздать такой материал.

Однако недавнее исследование, проведенное Даниэлем Содербергом из Королевского технологического института KTH в Стокгольме, могло сломать стереотипы.

Команда исследователей изобрела новый материал, который можно рекламировать как самый прочный биоматериал из когда-либо созданных. Лучшая часть этого материала заключается в том, что, несмотря на то, что он искусственный, он поддается биологическому разложению.

Следовательно, его можно использовать как отличную альтернативу пластику и другим неразлагаемым предметам.

Материал изготовлен из целлюлозных нановолокон, полученных из древесины и растительного сырья.Окончательная конструкция имеет жесткость на растяжение 86 гигапаскалей (ГПа) и предел прочности на разрыв 1,57 ГПа .

Другими словами, новый материал в 8 раз жестче шелковой паутины.

Источник: Предоставлено исследователями / MIT

Этот материал, о котором мы собираемся поговорить, все еще находится на начальной стадии, но его свойства лучше, чем то, что мы когда-либо видели. Следовательно, это материал, который мы увидим больше в будущем.

Это самовосстанавливающийся материал, представляет собой полимер, который может лечить себя, используя углерод в воздухе. Изобретение принадлежит инженерам-химикам Массачусетского технологического института. Материалы могут не только восстанавливаться, но также могут расти или укрепляться за счет поглощения углерода из атмосферы. Технология похожа на то, как растения поглощают углекислый газ, чтобы вырастить ткани и стать сильнее.

Материал, способный поглощать углерод из атмосферы, является очевидным преимуществом, если учесть его воздействие на окружающую среду.

По словам исследователя, это первый связывающий углерод материал, существующий вне биологических существ.

Источник: Рэнди Монтойя

Исследователи и ученые преследовали мечту создать самый прочный материал из-за его очевидного применения в инженерии и исследованиях. Поскольку металлы обладают определенной прочностью, мы начали создавать нашу собственную комбинацию под названием «Сплавы», и разные смеси металлов давали разные результаты.

Теперь инженеры Sandia National Laboratories придумали новый сплав, который считается самым прочным сплавом из когда-либо существовавших.

Он состоит из комбинации золота и платины.Полученный материал имеет в 100 раз более высокую износостойкость, чем высокопрочная сталь. Эта сертификация помещает новое разрешение в тот же класс, что и алмаз. Сплав состоит из 10% золота, процентов золота и 90% платины .

Этот материал не уступает алмазу по твердости, но когда дело доходит до стойкости к истиранию, этот новый материал справляется с этим лучше, чем другие сплавы, даже при высоких температурах, без значительной усталости.

Источник: Pixabay

Кремний рекламировался как революционный материал, способный творить чудеса в технической индустрии.В настоящее время почти все процессоры, как высокопроизводительные, так и мобильные, сделаны из кремниевых полупроводников. Почти все полупроводники в мире используют кремний в качестве основного материала.

Однако обычный кремний не лишен некоторых недостатков. Самая большая из них заключается в том, что его нельзя использовать в батареях. Теоретически кремний может значительно улучшить аккумулятор, если его использовать в качестве катода. Однако проблема в том, что при таком использовании катод сломается во время цикла зарядки.

Новый кремний Silicon X, разработанный IFE, представляет собой модифицированную версию, которая включает смесь наночастиц кремния и других наночастиц другого вещества. Матрица гарантирует, что кремний не выйдет из строя во время зарядки.

Батареи, разработанные с помощью Silicon X, будут иметь емкость на 3-6 раз больше, чем у графеновых батарей, которые мы используем сегодня.

Источник: Билл Коттон / Университет штата Колорадо

Пластмассы были для нас очень полезными материалами, но чрезмерное их использование сейчас угрожает существованию многих видов по всему миру.Проблема в том, что многие пластмассы либо не поддаются биологическому разложению, либо не подлежат переработке.

Таким образом, эти пластиковые предметы будут существовать в мире как отходы без какого-либо использования.

Однако химики из Университета штата Колорадо разработали новый полимер, который можно перерабатывать бесконечно долго, сохраняя при этом свойства пластика.

Команда разработчиков, возглавляемая Юджином Ченом, профессором кафедры химии, в настоящее время работает над усовершенствованием системы, чтобы она стала общепринятой.

Источник: РМИТ Университет

Современные офисные помещения можно охарактеризовать как красивые стеклянные дома. Но в этом есть проблема, поскольку стекло имеет тенденцию легче пропускать тепло от солнца, увеличивая воздействие на системы кондиционирования воздуха.

Существуют солнцезащитные очки, которые окрашивают стекло с помощью электричества, но, опять же, это влияет на общую стоимость электроэнергии. Новый тип покрытия, разработанный учеными из RMIT в Австралии, может решить все эти проблемы, поскольку он сам регулирует прозрачность стекла — диоксид ванадия.

При температурах выше 67ºC это прозрачное покрытие превратится в отражающее металлическое покрытие, отражающее солнечный свет.

2018 год стал отличным временем для изобретений и инноваций. Основная тенденция сейчас — больший упор на экологичность, и это хорошо для всех! Это также показывает, почему важно проявлять уважение к трудолюбивым людям, стоящим за каждым из этих изобретений.

12 новейших технологий, которые могут помочь в будущем | Research Horizons

Человеческое население в мире уже превышает 7 миллиардов — число, которое, согласно прогнозам Организации Объединенных Наций, может превысить 11 миллиардов к 2100 году.Этот рост населения в сочетании с экологическими проблемами оказывает еще большее давление на и без того истощенные энергоресурсы. Конечно, серебряной пули нет, но исследователи Технологического института Джорджии разрабатывают широкий спектр технологий, чтобы сделать электроэнергию более доступной, эффективной и экологически чистой.

Эта функция позволяет быстро взглянуть на дюжину необычных проектов, которые могут выйти за рамки традиционных энергетических технологий и помочь обеспечить питание всего, от крошечных датчиков до домов и предприятий.

Na-TECC: стоит того

Шеннон Йи, доцент Джорджа У.Школа машиностроения Вудраффа разрабатывает технологию, которая использует изотермическое расширение натрия и солнечного тепла для непосредственного производства электроэнергии. Этот уникальный механизм преобразования, ласково известный как «Na-TECC» (аббревиатура, которая объединяет химический символ натрия с инициалами из «Термо-электрохимический преобразователь», а также рифмуется с «GaTech»), этот уникальный механизм преобразования не имеет движущихся частей.

Краткое изложение на языке компьютерных фанатов: электричество вырабатывается из солнечного тепла путем термического запуска окислительно-восстановительной реакции натрия на противоположных сторонах твердого электролита.Возникающие в результате положительные электрические заряды проходят через твердый электролит из-за электрохимического потенциала, создаваемого градиентом давления, в то время как электроны проходят через внешнюю нагрузку, где извлекается электроэнергия. В итоге, этот новый процесс приводит к повышению эффективности и меньшему тепловыделению, объяснил Йи.

Цель состоит в том, чтобы достичь эффективности преобразования тепла в электричество более 45 процентов — существенное увеличение по сравнению с 20 процентами эффективности двигателя автомобиля и 30 процентами для большинства источников в электрической сети.

Технология может быть использована для приложений распределенной энергетики. «Двигатель Na-TECC может стоять у вас на заднем дворе и использовать солнечное тепло для питания всего дома», — сказал Йи. «Его также можно использовать с другими источниками тепла, такими как природный газ, биомасса и ядерная энергия, для непосредственного производства электроэнергии без кипячения воды и вращающихся турбин».

Исследование, финансируемое программой SunShot Министерства энергетики (DOE), проводится в сотрудничестве с Ceramatec Inc.

_{«Двигатель Na-TECC может стоять у вас на заднем дворе и использовать солнечное тепло для питания всего дома», — сказал Шеннон Йи, доцент Джорджа У.Школа машиностроения Вудраффа.
Фото: Фитра Хамид}

Новая порода бетавольтаиков

В другом проекте группа Йи использует ядерные отходы для производства электроэнергии — без реактора и без движущихся частей.

При финансовой поддержке Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) и в сотрудничестве со Стэнфордским университетом исследователи разработали технологию, аналогичную фотоэлектрическим устройствам, с одним большим исключением: вместо фотонов от солнца в ней используются высокоэффективные технологии. энергия электронов, испускаемых ядерными побочными продуктами.

Бетавольтаическая технология существует с 1950-х годов, но исследователи сосредоточили свое внимание на тритии или никеле-63 в качестве бета-излучателей. «Наша идея заключалась в том, чтобы пересмотреть технологию с точки зрения переноса радиации и использовать стронций-90, изотоп, распространенный в ядерных отходах», — сказал Йи.

Стронций-90 уникален тем, что в процессе распада он испускает два высокоэнергетических электрона. Более того, энергетический спектр стронция-90 хорошо согласуется с архитектурой конструкции, уже используемой в солнечных элементах из кристаллического кремния, поэтому он может давать высокоэффективные преобразовательные устройства.

В лабораторных испытаниях источников электронного пучка исследователи достигли эффективности преобразования энергии от 4 до 18 процентов. Йи считает, что при постоянных усовершенствованиях бета-гальванические устройства могут в конечном итоге вырабатывать около одного ватта энергии непрерывно в течение 30 лет, что будет в 40 000 раз более энергоемким, чем нынешние литий-ионные батареи. Первоначальные применения включают военное оборудование, которое требует маломощной энергии в течение длительных периодов времени, или питание устройств в удаленных местах, где замена батарей проблематична.

Гибкие генераторы Группа

Йи также является пионером в использовании полимеров в термоэлектрических генераторах (ТЭГ).

Твердотельные устройства, которые напрямую преобразуют тепло в электричество без движущихся частей, ТЭГ обычно изготавливаются из неорганических полупроводников. Тем не менее, полимеры являются привлекательными материалами из-за их гибкости и низкой теплопроводности. Эти качества позволяют создавать продуманные конструкции для высокопроизводительных устройств, которые могут работать без активного охлаждения, что резко снижает производственные затраты.

Исследователи разработали полупроводниковые полимеры P- и N-типа с высокими рабочими значениями ZT (показатель эффективности для термоэлектрических материалов). «Мы хотели бы достичь значения ZT 0,5, а сейчас мы его около 0,1, так что мы не за горами», — сказал Йи.

В рамках одного проекта, финансируемого Управлением научных исследований ВВС, команда разработала радиальный ТЭГ, который можно обернуть вокруг любой трубы с горячей водой для выработки электроэнергии из отработанного тепла. Такие генераторы могут использоваться для питания источников света или беспроводных сенсорных сетей, которые контролируют окружающие или физические условия, включая температуру и качество воздуха.

«Термоэлектрики по-прежнему ограничены нишевыми приложениями, но в некоторых ситуациях они могут заменить батареи», — сказал Йи. «И что самое замечательное в полимерах, мы можем буквально красить или распылять материал, который будет генерировать электричество».

Это открывает возможности для носимых устройств, включая одежду или украшения, которые могут действовать как персональный термостат и посылать горячий или холодный пульс на ваше тело. Конечно, сейчас это можно сделать с помощью неорганических термоэлектриков, но эта технология приводит к получению громоздких керамических форм, сказал Йи.«Пластмассы и полимеры позволят создать более удобные и стильные варианты».

Хотя такие устройства не подходят для приложений в масштабе энергосистемы, они могут обеспечить значительную экономию, добавил он.

Переработка радиоволн

Исследователи под руководством Маноса Тенцериса разработали комбайн для сбора электромагнитной энергии, который может собирать достаточно энергии окружающей среды из радиочастотного (RF) спектра для управления устройствами для Интернета вещей (IoT), датчиками умной кожи и умного города, а также носимой электроникой.

Улавливание радиоволн не является чем-то новым, но предыдущие усилия были ограничены системами ближнего действия, расположенными в нескольких метрах от источника энергии, объяснил Тенцерис, профессор Школы электротехники и вычислительной техники Джорджии. Его команда первой продемонстрировала сбор энергии на больших расстояниях до семи миль от источника.

Исследователи представили свою технологию в 2012 году, собирая десятки микроватт с одного телеканала УВЧ.С тех пор они значительно расширили возможности по сбору энергии от нескольких телеканалов, Wi-Fi, сотовой связи и портативных электронных устройств, что позволило системе собирать энергию порядка милливатт. Отличительные черты технологии:

• Сверхширокополосные антенны, которые могут принимать различные сигналы в разных частотных диапазонах.
• Уникальные зарядные насосы, которые оптимизируют зарядку для произвольных нагрузок и окружающих уровней радиочастотной мощности.
• Антенны и схемы, трехмерные струйные отпечатки на бумаге, пластике, ткани или органических материалах, достаточно гибкие, чтобы обернуть их вокруг любой поверхности.(В технологии используются принципы складывания бумаги оригами для создания «умных» сложных структур, изменяющих форму, которые меняют конфигурацию в ответ на входящие электромагнитные сигналы.)

Исследователи недавно адаптировали комбайн для работы с другими устройствами сбора энергии, создав интеллектуальную систему, которая исследует окружающую среду и выбирает лучший источник энергии окружающей среды для сбора. Более того, он сочетает в себе различные формы энергии, такие как кинетическая и солнечная, или электромагнитная и вибрационная.

Хотя еще предстоит проделать определенную работу по масштабированию процесса печати, коммерциализация исследований, поддерживаемых Национальным научным фондом, может произойти в течение двух лет.

Подбирает хорошие вибрации

В рамках другого подхода к сбору энергии исследователи из Школы машиностроения Технологического института Джорджии продвигаются вперед с пьезоэлектрической энергией — преобразованием механической деформации из вибраций окружающей среды в электричество.

Ученые изучают эту область более десяти лет, но технологии не получили широкого распространения, поскольку сбор пьезоэлектрических материалов очень зависит от конкретного случая и применения, объяснил Альпер Эртурк, доцент кафедры акустики и динамики, который возглавляет подразделение Smart Structures и компании Georgia Tech. Лаборатория динамических систем.

Современные сборщики пьезоэлектрической энергии полагаются на линейный резонанс, и для максимального увеличения электрической мощности частота возбуждения внешних источников должна соответствовать резонансной частоте комбайна. «Даже небольшое несоответствие приводит к резкому снижению выходной мощности, и существует множество сценариев, когда это происходит», — сказал Эртюрк.

В ответ на это группа Эртурка стала пионером в нелинейных динамических конструкциях и сложных вычислениях для разработки широкополосных пьезоэлектрических сборщиков энергии, которые работают в широком диапазоне частот.Фактически, одна из их последних разработок, харвестер M-образной формы, может обеспечивать выходную мощность милливаттного уровня даже при крошечных входных вибрационных сигналах уровня миллиграмм — это на 660% больше полосы частот по сравнению с линейными аналогами. «Нелинейные харвестеры также имеют вторичный резонанс, — сказал Эртюрк, — что может обеспечить преобразование частоты с повышением частоты в харвестерах MEMS, которые страдают от резонанса устройства, превышающего частоты вибрации окружающей среды».

Хотя электрическая мощность вибрационных комбайнов невелика, ее все же достаточно для питания беспроводных датчиков для мониторинга состояния конструкций мостов или самолетов, носимой электроники или даже медицинских имплантатов.«Пьезоэлектрический сбор урожая может устранить проблемы с заменой батарей во многих маломощных устройствах, обеспечивая более чистую энергию, большее удобство и значительную экономию с течением времени», — сказал Эртюрк.

Власть в правильном направлении

Трибоэлектричество позволяет производить электрический заряд за счет трения, вызванного контактом двух различных материалов. Хотя это явление известно веками, оно в значительной степени игнорировалось как источник энергии из-за его непредсказуемости.

Тем не менее, исследователи под руководством Чжун Линь Вана, профессора-регента Школы материаловедения и инженерии Технологического института Джорджии, создали новые трибоэлектрические наногенераторы (TENG), которые сочетают в себе трибоэлектрический эффект и электростатическую индукцию. Собирая случайную механическую энергию, эти генераторы могут непрерывно управлять небольшими электронными устройствами.

Первый TENG дебютировал в 2012 году. Работая на педали, он генерировал достаточно переменного тока для аккумуляторов светодиодов. С тех пор исследователи расширяют границы своей технологии и разработали систему самозарядки, которая не только преобразует переменный ток в постоянный, но также имеет блок управления питанием, который адаптируется к изменчивости движений человека.

За этими недавними вехами стоит двухступенчатая конструкция: сначала TENG заряжает небольшой конденсатор. Затем энергия передается конечному накопителю (большему конденсатору или батарее), которое соответствует импедансу выхода генератора и обеспечивает соответствующее напряжение и постоянную мощность. Пять секунд касания ладонью генерируют ток, достаточный для срабатывания беспроводного дверного замка автомобиля.

«Схема управления питанием — ключ к повышению эффективности», — сказал Симиао Ню, аспирант и ведущий автор статьи, недавно опубликованной в журнале Nature Communications. «Без схемы эффективность зарядки составляет менее 1 процента, но с ее помощью мы смогли продемонстрировать эффективность в 60 процентов».

«Это действительно расширяет число возможных приложений», — сказал Ван, указывая на датчики температуры, мониторы сердечного ритма, шагомеры, часы, научные калькуляторы и беспроводные радиопередатчики.

Хотя система с автономным питанием изначально была разработана для улавливания биомеханической энергии человека, исследователи создали четыре различных режима для преобразования других внешних источников механической энергии, таких как океанские волны, ветер, удары клавиатуры и вращение шин.

_{«Трибоэлектрическая система действительно расширяет число возможных применений», — сказал Чжун Линь Ван, профессор Риджентс, Школа материаловедения и инженерии.
Фото: Роб Фелт}

Оптическая ректенна

Исследователи под руководством Баратунде Кола, доцента Школы машиностроения Технологического института Джорджии, разработали первую известную оптическую ректенну — технологию, которая могла бы быть более эффективной, чем современные солнечные элементы, и менее дорогой.

Ректенны, которые являются частью антенны и частью выпрямителя, преобразуют электромагнитную энергию в постоянный электрический ток. Основная идея существует с 1960-х годов, но команда Колы делает это возможным с помощью наноразмерных технологий производства и другой физики. «Вместо того, чтобы преобразовывать частицы света, как это делают солнечные элементы, мы преобразуем световые волны», — пояснил он.

Ключом к этой технологии являются антенны, достаточно маленькие, чтобы соответствовать длине волны света (около одного микрона), и сверхбыстрый диод, что частично достигается за счет сборки антенны на одном из металлических элементов диода.Кола описывает процесс:

• Углеродные нанотрубки выращиваются вертикально над подложкой.
• Нанотрубки покрывают оксидом алюминия, который служит изолятором путем осаждения атомных слоев.
• Сверху помещены очень тонкие слои металлов кальция и алюминия, которые действуют как анод.

Когда свет попадает на углеродные нанотрубки, заряд проходит через выпрямитель, который включается и выключается, создавая небольшой постоянный ток. Структура металл-изолятор-металл-диод достаточно быстра, чтобы открываться и закрываться со скоростью 1 квадриллион раз в секунду.

С точки зрения производительности устройства в настоящее время работают с КПД чуть ниже 1%. Тем не менее, поскольку теория соответствует лабораторным экспериментам, Cola надеется повысить эффективность широкого спектра до 40 процентов (что сопоставимо с 20-процентной эффективностью для кремниевых солнечных элементов). Другие важные преимущества: оптическая ректенна работает при высоких температурах, а массовое производство должно быть недорогим. Технология также может быть настроена на разные частоты, поэтому ректенну можно использовать в качестве детектора или для сбора энергии.

В настоящее время исследователи сосредоточены на снижении контактного сопротивления и выращивании нанотрубок на гибких подложках для приложений, требующих изгиба. Работа была поддержана DARPA, Центром космических и военно-морских боевых систем и Управлением армейских исследований.

Обработка материалов в программе передовых технологий

Абстрактные

Программа передовых технологий NIST — это уникальное партнерство между государством и частным сектором, направленное на ускорение разработки технологий с высоким уровнем риска, которые обещают значительные коммерческие выгоды и широкие выгоды для экономики.СПС позволяет отрасли развивать многообещающие технологии, которые в противном случае игнорировались бы или разрабатывались слишком медленно, чтобы конкурировать на быстро меняющихся мировых рынках. На высококонкурентном, быстро меняющемся международном рынке ATP создает возможности. Эта презентация будет посвящена текущему прогрессу в одной конкретной области ATP: обработка материалов для тяжелого производства. Цель этой программы — разработать и продемонстрировать рентабельные и инновационные технологии обработки материалов, которые помогут U.Компании S. тяжелых производств на рынках автомобильных силовых агрегатов / двигателей / шасси, тяжелого оборудования и стационарной энергетики производят более долговечные, более надежные и более эффективные продукты. Не только эти рынки имеют дело с общими компонентами, такими как двигатели, механизмы трансмиссии и высоконагруженные конструкции, но и при изготовлении компонентов для этих областей существуют основные проблемы обработки материалов, которые определяют рынки для этих компонентов. Объем этой программы ограничен проектами обработки материалов из керамики, металлов, их композитов и покрытий, которые затрагивают такие области процессов, как инженерия поверхности, обработка конечной формы (и почти чистой формы) и соединения.

Название заседания

Труды 22-й ежегодной конференции по композитам, материалам и конструкциям

Даты конференции

25-30 января 1998 г.

Название конференции

Ежегодная конференция по композитам, материалам и конструкциям

Ключевые слова

Программа перспективных технологий, обработка материалов

Цитата

Аллокка, К.(1970), Обработка материалов в программе передовых технологий, Труды 22-й ежегодной конференции по композитам, материалам и конструкциям (Проверено 15 октября 2021 г.)

Дополнительные форматы цитирования

Технология

: новые материалы в твердотельном освещении

Тан Яу Хунг

Художники по свету давно стремились скрыть светильники, освещая пространство так, чтобы житель заметил только свет, а не его источник.Сегодня идея о том, что светильник может почти исчезнуть, ближе, чем когда-либо, благодаря эволюции технологий материалов. В светодиодном освещении наблюдается тенденция к созданию более компактных, тонких и интегрированных систем, которые обеспечивают оптимальную производительность, но практически незаметны. «Наше видение состоит в том, что светильник — это светодиод , где у вас нет светодиодных компонентов, но все это сделано как единое целое», — говорит Джулиан Кэри, старший директор по маркетингу люминофора в Intematix, производящей люминофор. материалы.Джим Андерсон, директор по стратегическому маркетингу Philips Color Kinetics, соглашается. «Никто не хочет видеть светильник», — говорит он. «Так было всегда».

Инновации в области светодиодного освещения в настоящее время принимают форму гонки до финиша без четко обозначенного маршрута. Компании строят свой собственный курс, вкладывая средства в сочетание новых и устаревших материалов с целью производства самых мощных и эффективных светодиодов для рынка.

Одним из примеров этого эксперимента является разработка и внедрение подложек, важнейших компонентов светодиода.Сегодня компании используют подложки из различных соединений, таких как кремний, сапфир, поликарбонат и нитрид галлия, но ни один материал не стал лидером. То же самое можно сказать и о многих материалах светодиодных светильников, от оптики до самих светодиодов. «Вы продолжаете искать следующее поколение и собираетесь либо повысить производительность, либо сократить расходы, — говорит Кевин Дунай, лидер сегмента рынка Bayer MaterialScience.

Повышенная стандартизация позволит осветительным компаниям более гибко комбинировать системы.С другой стороны, Андерсон из Philips Color Kinetics предполагает, что слишком большая стандартизация может остановить инновации. Помимо этих условий, исследования и разработки, безусловно, не ослабевают. «Светодиоды меняются каждый день», — говорит Уго да Силва, глобальный отраслевой директор по светодиодному освещению компании Dow Corning, чьи формованные силиконовые изделия приобрели популярность в прошлом году.

Предоставлено Bayer MaterialScince Листовой поликарбонат от Bayer MaterialScience.

Удаленный люминофор
Одной из самых больших инноваций за последние два года стала технология удаленного люминофора, которая отделяет люминофор от диода.В люминофоре нет ничего нового. Светоизлучающее вещество является основой светящихся в темноте игрушек, и оно было неотъемлемой частью твердотельного освещения, обычно в виде покрытия, которое наносится на синие светодиоды, чтобы сделать их свет белым. Ключевым отличием технологии удаленного люминофора является то, что люминофор интегрирован с оптикой диффузора, что увеличивает свободу проектирования и снижает производственные затраты.

В этой сфере работает компания Intematix, которая продает люминофор для удаленных устройств под названием ChromaLit.По данным компании, удаленный люминофор может повысить эффективность на целых 30 процентов, поскольку он эффективно улавливает рассеянный свет светодиода, выделяя больше люменов на синий светодиод, чем традиционные конструкции. «Главное, что нужно помнить о люминофоре, — это то, что он излучает свет на 360 градусов при стимуляции, поэтому вам нужно найти способ повторно использовать этот свет», — говорит Кэри из Intematix. В частности, в системах линейного освещения «выносной люминофор очень эффективно рециркулирует этот свет, поэтому вы получаете максимальную эффективность.”

Основной задачей Intematix, занимающейся технологиями удаленного люминофора, было достижение постоянной цветовой температуры. Во время первоначальных исследований исследователи испытали небольшие изменения, когда их дистанционная люминофорная оптика, обычно сделанная из термопласта, такого как поликарбонат, была объединена со светодиодом заказчика. «Человеческий глаз очень чувствителен к изменению цвета», — говорит Кэри. Но с дальнейшим развитием эти проблемы были решены, и теперь удаленный люминофор предлагает новый способ управления цветом, поскольку теперь можно управлять оттенком и температурой, не изменяя архитектуру светодиода.

«На выставке Lightfair в прошлом году дизайнеры проявили большой интерес к очень теплым цветовым температурам для использования в архитектурном освещении», — говорит Кэри. «Например, 2400К. Это не то, чего легко добиться с помощью белого светодиода. Но с удаленным люминофором вы можете просто сделать этот цвет. Мы набираем рецептуру, и вы можете ее получить ».

Удаленный люминофор был принят для применения в самых разных областях — от под шкафом до помещений с высокими пролетами, но стоимость по-прежнему является препятствием для некоторых типов светильников.И такие производители, как Intematix, продолжают поиски еще большей эффективности. В настоящее время святым Граалем в поисках новых люминофорных материалов является узкополосный красный люминофор, который позволит производителям лучше получить доступ к определенным участкам светового спектра. «Это зависит от поддержания CRI, но вы можете добиться гораздо большей эффективности, если у вас узкополосный красный люминофор, потому что вы не тратите зря свет в длинной части красного спектра», — говорит Кэри. «Это один из приоритетов отрасли.”

С разрешения Dow Corning Формованный силикон Dow Corning предлагает новый вариант оптики вторичных ламп.

Формованный силикон
В то время как удаленный люминофор объединяет источник света с вторичной оптикой, сама оптика претерпевает материальную революцию. Новые конфигурации светодиодов, такие как микросхемы на плате, привели к достижению более высоких и стабильных температур, чем когда-либо прежде, в то время как стремление снизить затраты заставляет производителей искать материалы, которые можно производить с небольшими затратами.

Производители светодиодов согласны с тем, что стекло обладает превосходными тепловыми и оптическими характеристиками. В то же время спрос на все более тонкие материалы и все более мелкие источники сделали стекло менее востребованным. Стекло как материал очень негибкое. (Мы даже не будем говорить о том, насколько это дорого.) Альтернативами пока были поликарбонат и ПММА (полиметилметакрилат).

Поликарбонат — это тип термопластичного полимера, который широко используется в современном мире (например, пластиковый корпус для iPhone 5c от Apple) и столь же универсален в индустрии твердотельного освещения.Makrolon, поликарбонат, производимый Bayer MaterialScience, может быть отлит под давлением в отражатели или вторичную оптику для светодиодного освещения. Bayer также производит листовые диффузоры Makrolon, которые стали популярными среди производителей оборудования. Но у поликарбоната есть свои ограничения, особенно когда светодиоды становятся меньше. «Стены можно только истончать», — говорит Дунай из Bayer.

Введите формуемый силикон. В иерархии материалов силикон уступает только стеклу, говорит да Силва из Dow Corning, который является экспертом в области освещения и электроники и пропагандистом линейки формованных силиконовых изделий своей компании.«Силикон сочетает в себе проверенные свойства пластика и хорошие свойства стекла», — говорит он.

С точки зрения эксплуатационных характеристик формованный силикон выдерживает высокие температуры, высокие уровни воздействия ультрафиолетового света и высокую плотность просвета. Но его стабильность при различной толщине стенок, пожалуй, является его самым большим преимуществом перед поликарбонатом, и это преимущество обеспечивает большую гибкость конструкции, особенно когда речь идет о деталях, требующих поднутрений, микрооптических элементов и отрицательных углов уклона.«В конце концов, дизайнеры [имеют больше свободы] при разработке дизайна с силиконом, чем с любым другим материалом», — говорит да Силва.

Формованный силикон приобрел огромную популярность за последние полтора года, поскольку производители осознали потенциал этого материала. «Многие люди считают, что формованный силикон может полностью захватить [промышленность] оптических материалов», — говорит да Силва. «Если быть более реалистичным, я считаю, что силиконы могут занимать значительную долю рынка, может быть, от 20 до 30 процентов.Сегодня это даже близко не к этому ».

Подложки из нитрида галлия
На микроуровне развивается сам диод. Инновации такого масштаба имеют далеко идущие последствия, поскольку светильники часто содержат десятки светодиодов. Таким образом, если каждый диод излучает больше света при меньших затратах, осветительные компании видят существенные преимущества.

Все светодиоды первого поколения использовали некоторую комбинацию нитрида галлия (GaN) и подложку из другого материала.Эти подложки были сделаны из стекла, кремния, карбида кремния и сапфира. Однако в последние годы несколько компаний, включая Soraa и Panasonic, также экспериментировали с изготовлением подложки из GaN. Использование одного и того же материала для обоих слоев создает гораздо более надежный диод, даже при работе с невероятно высокой плотностью мощности.

Это преимущество было известно большинству производителей светодиодов, но стоимость GaN была непомерно высокой. «Идея использования подложки из GaN, как мы, большинство людей сочла безумной, потому что подложки были примерно в 100 раз дороже сапфировых подложек», — говорит Майк Креймс, технический директор Soraa.«Даже когда я работал в Philips 10 лет назад, мы все знали, что подложки из GaN будут разработаны для лазеров, но мы не могли убедить себя, что вы когда-нибудь сможете разработать на них светодиодную систему».

Креймса, однако, вскоре убедили. «Когда мы разговаривали с основателями после того, как впервые присоединились к Soraa, — говорит он, — я понял, что если бы мы могли разработать светодиодную систему, которая могла бы работать с удельной мощностью в 10 раз, тогда у вас был бы огромный рычаг в стоимости, потому что подложка всего около одной десятой стоимости светодиода.Все остальное — в процессе производства. Таким образом, если я могу использовать в 10 раз меньше светодиодного материала, я могу позволить себе платить примерно в 10 раз больше цены за квадратную площадь подложки. А поскольку мне нужна только одна десятая площади подложки, я могу позволить себе заплатить примерно в 100 раз дороже сапфира ».

GaN-on-GaN также сделал возможными светодиоды полного спектра с фиолетовым излучением. До сих пор это было несбыточной мечтой. «Светодиоды с фиолетовым излучением не терпят более низкого качества GaN-на-чужой подложке», — говорит Крамес.Синие светодиоды создают свет, который кажется белым, но, в отличие от накала солнечного света, не имеет полного спектра, потому что ему не хватает фиолетового излучения. Добавив фиолетовый и используя полный спектр, светодиоды станут на шаг ближе к имитации естественного света.

Как и несколько других светодиодных компаний, Soraa вертикально интегрирована. Он наблюдает за производственным процессом от изготовления светодиода до сборки лампы. Это помогает снизить затраты и отчасти позволяет компании использовать свою технологию GaN-on-GaN.Но Сораа не одинок. Другие компании, похоже, уверены, что математика для GaN-on-GaN проста. Panasonic вложила значительные средства в производство светодиодов на подложках из GaN, и в конце прошлого года компания представила автомобильную фару, в которой используется эта технология. Хотя автомобильные приложения существенно отличаются от архитектурного освещения, выпуск продукта GaN-on-GaN может означать, что Panasonic движется в этом направлении для всех своих светодиодных продуктов.

Скорость внедрения Светодиоды
эволюционировали так быстро, что инновации в материалах изо всех сил пытались не отставать.Но во многих отношениях современные технологии уже способны трансформировать светотехническую промышленность. По словам да Силва из Dow Corning, сейчас отстает сама отрасль. Светодиодные лампы, по большей части, по-прежнему разрабатываются таким образом, чтобы имитировать существующие форм-факторы ламп, и да Силва считает романтизм устаревших технологий фатальным недостатком, отмечая, что его компания столкнулась с этой неуместной ностальгией, продавая свои формованные лампы. силиконы. «Последние четыре года это был путь к [созданию] новых технологий, обеспечивающих большую гибкость под одним и тем же технологическим зонтом», — говорит он.«Проблема в том, насколько консервативна отрасль».

Однако Андерсон из Philips Color Kinetics утверждает, что, хотя средний потребитель может быть привязан к форме лампы накаливания, сообщество архитектурного освещения гораздо более охотно пробует новые технологии, чтобы получить желаемые эффекты.

Андерсон является частью Консорциума надежности светодиодных систем, комитета Альянса индустрии освещения нового поколения (NGLIA). Официальный документ от NGLIA совместно с U.Министерство энергетики США, впервые выпущенное в 2011 году и обновленное в сентябре этого года, под названием «Срок службы светодиодных светильников: рекомендации по тестированию и отчетности» предложило ускоренный процесс проверки новых технологий, чтобы стимулировать более быстрые инновации. Предложение основано на том, что используется в электронной промышленности. По словам Андерсона, к светодиодному освещению можно относиться таким же образом, устраняя инерцию, которая возникает в процессе проверки, который требует от 3000 до 6000 часов испытаний.

Этот сдвиг будет важным и символическим.Поначалу светодиоды были слишком многообещающими и неэффективными, когда дело касалось световых характеристик. Производители, приходящие в светотехнику из мира электроники, плохо понимали уникальные и тонкие требования архитектурного освещения. Но это меняется. «То, что люди утверждают, по сравнению с реальной производительностью значительно улучшилось», — говорит Андерсон. «Там есть лучший матч. Индустрия набирает обороты ».

---

Ресурсы
Список справочных источников, посвященных светодиодным материалам.

Альянс индустрии освещения нового поколения, Консорциум по надежности светодиодных систем, «Срок службы светодиодных светильников: рекомендации по тестированию и отчетности», Обновлено в сентябре 2014 г., 1.usa.gov/1Bp4QsV

Мюнхенский университет Людвига Максимилиана, «Светодиодные люминофоры: чем лучше красный, тем ярче белый», ScienceDaily, июнь 2014 г., bit.ly/195t6qY

Майкл Дж. Цич, Рафаэль И. Алдаз, Арпан Чакраборти, Орелиен Дэвид, Майкл Дж. Грундманн, Анураг Тьяги, Мэн Чжан, Франк М.Стеранка и Майкл Р. Креймс, «Фиолетовые светоизлучающие диоды на основе массивного GaN с высокой эффективностью при очень высокой плотности тока», Applied Physics Letters 101, 223509, Американский институт физики, ноябрь 2012 г., bit.ly/1CVGFpc

.