• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Наукоемкие материалы для новой электроники и энергетики

Создание новых материалов всегда приводит к серьезным прорывам в разных областях науки и технологий. Большие ожидания в развитии электроники, энергетики и других отраслей связаны с наноматериалами. Выгоды от их массового использования — расширение функциональности устройств (совмещение нескольких важных функций), повышение эффективности, качества и стабильности работы оборудования, снижение материалоемкости и производственных затрат — ощутят как крупные производители, так и частные потребители.В этом выпуске информационного бюллетеня описаны три перспективных решения на основе нанотехнологий, которые дадут толчок созданию высокопроизводительной вычислительной техники на базе мемристоров, новой портативной электроники на углеродных наноматериалах, высокоэффективных систем аккумулирования солнечной энергии и создания резервных источников тока (солнечных батарей и топливных элементов). По каждому тренду представлены прогнозные оценки динамично растущих рынков.

Версия для печати:

 Trendletter #3 (PDF)


Мемристоры: компьютерная память будущего

Производительность и объем памяти компьютеров в последние десятилетия растет столь высокими темпами, что их сохранение только за счет миниатюризации микросхем уже невозможно. Кардинально новым решением становятся мемристоры — пассивные элементы микроэлектроники, которые способны изменять сопротивление в зависимости от прошедшего через них заряда. Они могут выполнять одновременно две функции: служить элементами памяти и участвовать в обработке информации.

Ожидается, что первые компьютеры на базе мемристоров появятся к 2020 году. Чипы оперативной памяти и жесткие диски мемристоры начнут заменять уже в 2016 году. Мемристоры могут работать при напряжении в 1 вольт и даже меньше, хранить информацию сотни лет. Их работа обеспечивается протеканием химических превращений в тонкой нанометровой двухслойной пленке, и поэтому мемристоры намного плотнее и быстрее, чем современная флеш-память. На их основе предполагается создавать самообучающиеся информационные системы. При включении компьютер на мемристорах возобновит работу с любого момента, на котором она была остановлена при выключении, в том числе внезапном.

 


 


 

Портативная электроника на углеродных наноматериалах

На примере рынка мобильных телефонов и смартфонов, которые в последние десятилетия становились все более компактными и функциональными, отчетливо прослеживается тенденция к миниатюризации электронного оборудования. Ее продолжение зависит от применения в производстве мобильной электроники новых разработок и, в частности, инновационных материалов. С опорой на имеющиеся технологические решения уже практически исчерпана возможность повышения мощности портативных устройств с одновременным уменьшением их удельного веса.

Наиболее перспективные решения в производстве портативной электроники связаны с использованием наноразмерных электронных схем на базе углеродных наноматериалов, в первую очередь нанотрубок и графена. Например, графеновые суперконденсаторы могут служить в качестве элементов электроники и источников питания. При другом подходе — графен в комплекте с тонкопленочным катодным материалом используется как высокоемкий мощный аккумулятор и суперконденсатор.

 


 


 

Наноматериалы для солнечной энергетики

Массовое распространение экологически чистых технологий преобразования солнечной энергии в электрическую сейчас сдерживает несколько факторов: во-первых, низкий КПД солнечных батарей; во-вторых, высокая стоимость и ограниченная надежность платиновых мембран и катализаторов, используемых в топливных элементах солнечных батарей.

Оптимизировать работу солнечных батарей могут наноструктурированные ионообменные мембраны. Каждая из них представляет собой систему самоорганизованных наноразмерных пор и каналов, обеспечивающую уникальную скорость переноса протонов. Если в такую мембрану внедрить наночастицы неорганических веществ, можно значительно улучшить ее свойства. Полученная гибридная мембрана, в свою очередь, позволит увеличить КПД топливных элементов. Повысить эффективность металлических катализаторов и при этом существенно снизить загрузку дорогостоящей платины может решение на основе наночастиц типа «ядро в оболочке».

Повысить эффективность металлических катализаторов и при этом существенно снизить загрузку дорогостоящей платины может решение на основе наночастиц типа «ядро в оболочке».

 


 


 
Мониторинг глобальных технологических трендов проводится Институтом статистических исследований и экономики знаний Высшей школы экономики (issek.hse.ru) в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ.

При подготовке трендлеттера использовались следующие источники: Прогноз научно-технологического развития РФ до 2030 года (prognoz2030.hse.ru), материалы научного журнала «Форсайт» (foresight-journal.hse.ru), данные Web of Science, Orbitbbcresearch.com, navigantresearch.com, radiantinsights.com, reportsnreports.com, arstechnica.com и др.

Более детальную информацию о результатах исследования можно получить в Институте статистических исследований и экономике знаний НИУ ВШЭ: issek@hse.ru, +7 (495) 621 82 74.


© Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», 2015