Техника - молодёжи 2009-01, страница 11
Прогноз 2020 на вход поступает водород или метанол, окисляется кислородом (который тоже поступает на вход), при этом во внешнюю цепь поступают электроны, а в качестве единственного «вещественного» продукта получается вода. Считается, что наиболее перспективны топливные элементы на полимерной электролитической мембране: они энергетически высокоэффективны и экологически безопасны. Сейчас в этом направлении есть ряд сложностей: низкая по сравнению с теоретически предсказанной эффективность преобразования энергии; высокое содержание платины в электрокатализаторах; нестабильность платины в условиях долговременных рабочих циклов. Эти трудности, с большой вероятностью, удастся преодолеть с помощью ТАТ. Например, хорошие результаты может дать использование малых металлических наночастиц 2-5 нм в диаметре с монокристаллической структурой без ступенек и изломов. Такие частицы могут существенно отличаться от массивных материалов по каталитическим свойствам из-за поверхностных эффектов и квантового ограничения. Укладка атомов катализатора или каталитического модификатора на высокоупорядочен-ные грани наночастицы-подложки с атомарной точностью может значительно улучшить свойства наночастиц и эффективность топливной системы, а также имитировать каталитические свойства платины в материале гораздо меньшей стоимости. В устройствах преобразования солнечной энергии сейчас доминируют кремниевые фотоэлементы. Их КПД может превышать 20%, однако они очень дороги в производстве и быстро стареют с серьёзной потерей эффективности. На смену кремниевым в скором будущем могут прийти органические фотоэлементы на основе наноструктур. Сейчас их КПД около 5%, однако солнечные батареи из них могут быть огромными по размеру, гибкими, долговечными и, главное, весьма дешёвыми. Традиционные технологии искусственного освещения чрезвычайно неэффективны, и это их качество неустранимо, так как в них свет генерируется как побочный продукт энергопотребляющих процессов - таких, как разогрев эмиттера или ионизация плазмы. Радикальное улучшение здесь может быть получено с использованием твёрдотельных осветительных элементов. Их потенциал заключается в прямом преобразовании электриче ской энергии в световую в полупроводниковом устройстве. Сегодня эффективность преобразования энергии у таких элементов гораздо ниже 100%, но она быстро растёт, и каких-либо фундаментальных физических ограничений, препятствующих достижению высокого КПД генерации белого света, пока не обнаружено. Информационные технологии В развитии информационных систем TAT скажутся прежде всего на таких направлениях, как минимизация электронных устройств, увеличение плотности хранения информации, ci также рост пропускной способности воло-конно-оптических сетей и эффективности электронно-оптических, опто-электронных и нелинейно-оптических преобразователей. Дальнейшее совершенствование полупроводниковой элементной базы всё более сдерживается статистическими флуктуациями в концентрации имплантированных ионов примеси, которая определяет электронные свойства транзисторов в чипе. ПАТ предложит несколько вариантов решения этой проблемы: - синтез транзисторов традиционной структуры, но с атомарно точным позиционированием атомов примеси; - AT синтез необычных активных устройств, таких как транзисторы на углеродных нанотрубках. Возможная альтернатива - использование в качестве полупроводника планар-ного графена; - AT синтез усилительных устройств, не являющихся прямыми аналогами транзисторов, как, например, молекулярный туннельный диод с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Модифицированная плёнка AI на поверхности БаЫ; ширина канавки и расстояние между канавками одинаково и составляет примерно 52 нм. Данная технология применима при создании резонаторных структур для акусто-злектрических преобразователей в гигагерцовом диапазоне. Образец получен с помощью комплекса ИаноФаб 100 в лаборатории профессора В.К. Иеволина, Московский государственный институт электронной техники Существенный прогресс в возможностях систем передачи информации и, шире, информационных систем вообще ожидается от развития направления создания и улучшения свойств оптических микрополостей. Оптические микрополости на чипе представляют собой кольцевые волноводы, которые могут хранить и направлять фотоны, удовлетворяющие некоторым условиям резонанса. В настоящее время подобные структуры имеют обычно диаметр порядка нескольких десятков микронов. Время хранения фотона определяется добротностью микрополости Q; при номинальных значениях Q порядка 10111 фотоны могут удерживаться в течение нескольких микросекунд, а длина их эффективного пути составит несколько километров. С увеличением добротности полости растёт и длина эффективного пути в волноводе. Предел добротности современных микрополостей на чипе ограничен дефектами материала и шероховатостью поверхности стенок волновода. Производство AT поможет достижению сверхвысоких Q, обеспечив бездефектность материалов, атомарную гладкость стенок волноводов и возможность изготовления высокодобротных микрополостей с объёмами, многократно меньшими, чем достигнутые сегодня. Этот подход даст основу для существенного прогресса в таких прикладных областях, KelK. - разработка компактных низкопороговых лазеров; - исследования по квантовой информации: при повышении добротности можно увеличить время сильного когерентного взаимодействия излучения с захваченными атомами, необходимое для точного преобразования информации из атомной логики в оптическую; - обработка оптической информации: использование высокодобротных микрополостей уменьшает время переключения и усиливает вклад нелинейных взаимодействий, необходимых для реализации быстродействующей, полностью оптической обработки информации. Медицина Прицельная доставка лекарств. AT упаковка действующего компонента позволит оптимизировать процесс его высвобождения, а распознавание «неправильных» клеток с помощью точных межмолекулярных взаимодействий гарантирует высвобождение лекарства только там, где оно действительно необходимо. |
