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

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.

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%.

«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.

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.