Они существуют: изобретения, в которые еще недавно невозможно было поверить

Российские ученые и предприниматели объединились, чтобы на практике доказать, что можно извлечь и пользу, и прибыль из последних научных открытий.

Вечная батарейка

Системы «умного дома», бытовые приборы, которые управляются голосом, всевозможные датчики слежения... Все эти гаджеты уже стали частью нашей повседневности. Но не последняя проблема здесь — источники энергии для большого количества датчиков, составляющих основу IoT. Тянуть к каждому провода неэффективно и просто некрасиво.

Решение этой проблемы предложил стартап «НаноИнк» Группы компаний «Флекслаб» Северо-Западного наноцентра. Команда стартапа разработала харвестер — компактное устройство, которое преобразует солнечный свет и искусственное освещение в электрическую энергию. Это, по сути, полностью автономная «вечная батарейка», от которой можно запитать любой прибор.

Индустриальным партнером команды разработчиков выступил Российский центр гибкой электроники (входит в Группу компаний «ТехноСпарк»), где харвестеры создаются с использованием технологий печати на гибкой подложке. В 2021 году РЦГЭ завершил трансфер технологий из ведущих мировых центров микроэлектроники — Кембриджа в Великобритании и iMEC в Бельгии — и получил первый работоспособный образец ключевого элемента электронных устройств — тонкопленочного транзистора TFT (Thin Film Transistor). Главная особенность заключается в том, что для его создания использовали альтернативный кремнию полупроводниковый материал IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide). Уже в следующем году была запущена линия по производству харвестеров.

У «вечной батарейки» бесконечно широкий потенциал применения, причем далеко не только в области интернета вещей и датчиков умного дома. Покупкой харвестеров уже заинтересовались компании из Израиля, Южной Кореи, Ирана, Турции, а также российские госструктуры. Например, обсуждается сотрудничество с Гознаком для питания сенсоров влажности. Бумажные купюры очень к ней чувствительны, поэтому на производстве стоят соответствующие датчики. Кроме того, разнообразные промышленные производства используют датчики свежести продуктов, температуры и давления, а крупные сети уже задумываются о переходе на китайские и корейские электронные ценники. Всему этому нужно питание, а значит и харвестеры.

Тепло из воздуха

Ученые и инженеры из российской компании CALDOtech придумали, как извлекать тепло из воздуха. Они создали безынерционную систему отопления на основе графитовых нанотрубок с КПД 99,2%.

Вы наверняка подумаете, что в реальности это невозможно. Но факт в том, что именно такой результат показала экспертиза, которую провела Комиссия научно-исследовательского и проектного республиканского унитарного предприятия «БЕЛТЭИ» (Республика Беларусь), куда новый отопительный прибор отдали на испытания.

«Все очень просто: наш прибор посылает колебательные импульсы молекулам углерода, которые содержатся в воздухе. А дальше работают простые законы физики. Чем интенсивнее движение молекул, тем выше температура вещества. Таким образом, весь воздух в помещении равномерно прогревается до нужной температуры. А КПД, почти как у „вечного двигателя“, достигается за счет того, что импульсы передаются безынерционно, то есть без потерь. Энергия не растворяется в пространстве, а практически полностью преобразуется в тепло. Например, 10 безынерционных радиаторов, рассчитанных на отопление целого дома площадью 150 кв. м,  потребляют столько же электроэнергии, сколько один обычный обогреватель – всего 2,5 кВт», — рассказывает Максим Шибинский, генеральный директор компании CALDOtech.

В своей разработке инженеры использовали новый материал — графен, открытие которого в свое время наделало много шума в научном сообществе и удостоилось Нобелевской премии по физике в 2010 году. Дело в том, что добавление графеновых нанотрубок в привычные нам материалы придает последним новые свойства. Этим и воспользовались изобретатели инновационной системы отопления, спустя три года исследований получив уникальный графеново-полимерный состав, который создает на поверхности непрерывную токопроводящую сеть из углеродных нанотрубок с высоким коэффициентом теплоотдачи. В качестве экрана-теплоносителя в системе выступает сверхпрочная керамогранитная плита. Электропроводящую «краску» наносят на тыльную сторону, она проникает в структуру искусственного камня, и при включении прибора нанотрубки начинают равномерно прогревать воздух в помещении.

Алмазы из микроволновки

Еще один российский стартап CVD.Spark придумал собственную технологию выращивания синтетических алмазов методом химического осаждения из газовой фазы. Лучшие друзья девушек синтезируются в специальном реакторе из смеси водорода и метана.

«По своей конструкции реактор синтеза алмазов можно упрощенно назвать микроволновой печью, так как основной источник ионизации газов в камере — это СВЧ-магнетрон. Только он гораздо мощнее и сложнее, чем в обычной микроволновке. Мы помещаем в реактор затравку — тонкую пластину монокристаллического алмаза, создаем вакуум и подаем в реакционную зону смесь водорода и метана. После включения магнетрона смесь газов ионизируется до состояния плазмы. В ней происходят химические реакции, углерод из метана осаждается на затравку и слой за слоем воспроизводит ее кристаллическую структуру, пока не вырастает алмаз нужного размера», — поясняет Алексей Кущиков, генеральный директор компании CVD.Spark.

Промышленные искусственные алмазы используются в качестве теплоотводов для силовой и микроэлектроники, оптических элементов мощных лазеров, детекторов ионизирующего излучения, а также в качестве упрочняющего покрытия на инструментах. А монокристаллические алмазы традиционно идут на производство ювелирных изделий. При этом по своим свойствам искусственные драгоценные камни ничем не отличаются от натуральных, а по некоторым параметрам превосходят их. Например, чистота у выращенных в лаборатории алмазов гораздо выше, чем у созданных природой. Все потому, что последние зачастую содержат посторонние включения.

Но главное преимущество — это скорость и предсказуемое качество. Натуральные алмазы формируются в течение миллионов лет в условиях высоких температур и давления внутри земной коры, а искусственные можно получить невероятно быстро – за период от нескольких дней до месяца!

Все технологии, о которых мы рассказали, уже вовсю работают. Предприниматели построили на них свой бизнес, а простые люди и ученые в лабораториях используют эти новинки для дальнейших научных открытий.