Содержание
Создан «плащ-невидимка», работающий в видимом диапазоне длин волн
Создан «плащ-невидимка», работающий в видимом диапазоне длин волн — Газета.Ru
Министр обороны Белоруссии заявил о готовности войск РБ и РФ к защите Союзного…
21:35
Минюст внес в список физлиц-иноагентов активистов Богдана Литвина и Тимофея…
21:30
Месси не считает сборную Аргентины фаворитом чемпионата мира — 2022
21:26
Гросси заявил после встречи с Зеленским о прогрессе по созданию зоны…
21:23
Власти Катара назвали фейком информацию о запретах для болельщиков на ЧМ
21:16
Макрон призвал Эрдогана бороться с обходом санкций против России
21:14
Вагоны-цистерны сошли с рельсов в Свердловской области
21:05
Песков назвал просьбу Зеленского к НАТО ударить по РФ призывом к началу…
21:05
Зеленский призвал НАТО нанести превентивные удары по России
21:02
Захарова прокомментировала итоги расследования Швеции ЧП на «Северных…
21:01
Наука
Создана модель «плаща-невидимки», который действительно может скрыть объект от человеческого глаза. В отличие от предыдущих версий «магического» покрытия, работавших в инфракрасном диапазоне, новый «плащ» эффективен в области длин волн, соответствующих видимому свету.
Невидимые за стеклом
Предложен новый дизайн плаща-невидимки: он состоит из стеклянных цилиндров и способен «спрятать»…
26 июня 00:39
Научная общественность уже не раз сообщала миру о создании «плаща-невидимки», который мог бы, как шапка волшебника Черномора в поэме «Руслан и Людмила», делать объект невидимым, но на поверку речь шла об «игре в прятки» в инфракрасном диапазоне. Свет этих длин волн представляет собой тепловое излучение и не виден человеческому глазу. Создание «плаща-невидимки» для видимого диапазона куда сложнее из-за требований, налагаемых на физические свойства материала, из которого он должен быть сделан. Однако ученым из Университета Калифорнии в Беркли (США) удалось разрешить эту проблему.
В журнале Nano Letters они сообщили о создании защитного покрытия, способного делать объекты невидимыми во всем диапазоне длин волн видимого света.
Предыдущие попытки создания «невидимости» использовали в основном метаматериалы на основе металлов (метаматериалы — это композиционные материалы, свойства которых определяются не составом, а микроструктурой). Однако такой состав оказался неприемлемым при приближении к видимому диапазону длин волн, поэтому, как пояснила «Газете.Ru» специалист по метаматериалам, профессор Мичиганского университета Елена Семушкина, ряд групп обратились к созданию диэлектрических «плащей-невидимок». Они не имеют проводящих свойств металлов и больше похожи на стекло.
Микроплащ-невидимка
Создан материал, который позволяет делать объекты невидимыми в трех измерениях. Правда, пока речь идет об…
24 марта 12:52
Позднее специалисты из Бирмингема предложили использовать для создания «плащей-невидимок» материалы из так называемых одноосных кристаллов. Для таких кристаллов характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего на них света, кроме одного (это направление называется оптической осью кристалла). Материалы на одноосных кристаллах позволяли «прятать» микрообъекты от видимого света, однако лишь в случае его особой поляризации.
Усовершенствование этой технологии позволило эффективно скрывать относительно большие объекты (размером около 300 нм на 6 мкм) под отражающим «защитным покрытием».
«Плащ-невидимка» представляет собой гладкое оптическое зеркало, которое скрывает объект в видимом диапазоне длин волн.
«Наше защитное покрытие работает следующим образом: вы прячете объект под особым материалом, который внешне выглядит как обычное зеркало — сквозь него не видно объекта, находящегося внизу. Внешний наблюдатель и не предполагает, что под зеркалом что-то находится», — объясняет PhysOrg профессор Сян Чжан, под руководством которого выполнялась работа.
close
100%
Шапка-невидимка обрела объём
У шапки-невидимки появился шанс стать из сказки былью. Дуэт публикаций в Science и Nature описывает…
19 августа 16:09
Чтобы заставить видимый свет «обойти» спрятанный объект, исследователи изобрели материалы с переменным показателем преломления — это метаматериалы, несуществующие в природе.
Для этого волновод из нитрида кремния поместили на прозрачную нанопористую подложку оксида кремния, которая имела меньший показатель преломления, чем волновод.
С помощью нанесения наноразмерных отверстий в нитридном слое исследователям удалось придать композитному материалу свойства «плаща-невидимки».
«Это первый пример «шапки-невидимки», действительно работающей в видимом диапазоне длин волн.
Плащ-невидимка пользуется оглушительным успехом
Всего 200 слоёв акустических кристаллов будет достаточно для создания акустического плаща-невидимки…
19 июня 09:09
Недавние примеры, также работавшие с видимым светом, ограничивались светом особой поляризации, наш метод не требует этого», — подчеркнул Чжан.
Кроме красивого эффекта «невидимости» разработанная технология двигает вперед новую область — применение оптически непостоянных структур в диапазоне видимого света. Использование такой оптики позволяет исследователям «работать» со светом для усовершенствования, например, мощных микроскопов и компьютеров.
«Плащ-невидимка» — лишь один из большой семьи устройств, которые могут быть созданы с помощью новой оптики. Можно добиваться и других типов оптических иллюзий — например, создавать изображение, несоответствующее реальному виду объекта. Полный контроль над путем луча света открывает большие возможности оптической техники», — подчеркнул Чжан.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Картина дня
Военная операция на Украине. День 225-й
Онлайн-трансляция военной спецоперации РФ на Украине — 225-й день
Лукашенко приказал заморозить все цены. Что будет с экономикой Белоруссии
Лукашенко объявил о запрете на любое повышение цен в Белоруссии с 6 октября
ЕС внес в черные списки трех российских певцов и одного философа
ЕС ввел санкции против артистов Газманова, Расторгуева и Чичериной и философа Дугина
Песков назвал просьбу Зеленского к НАТО ударить по РФ призывом к началу мировой войны
Полиция задержала подозреваемого в поджоге машин в «Москва-Сити»
Стало известно, какие прививки будут делать мобилизованным
ЕС временно вывел из-под санкций поставки нефти с «Сахалина-2» в Японию
Новости и материалы
Министр обороны Белоруссии заявил о готовности войск РБ и РФ к защите Союзного государства
Минюст внес в список физлиц-иноагентов активистов Богдана Литвина и Тимофея Мартыненко
Месси не считает сборную Аргентины фаворитом чемпионата мира — 2022
Гросси заявил после встречи с Зеленским о прогрессе по созданию зоны безопасности у ЗАЭС
Власти Катара назвали фейком информацию о запретах для болельщиков на ЧМ
Макрон призвал Эрдогана бороться с обходом санкций против России
Вагоны-цистерны сошли с рельсов в Свердловской области
Зеленский призвал НАТО нанести превентивные удары по России
Захарова прокомментировала итоги расследования Швеции ЧП на «Северных потоках»
Reuters: Малайзия может сократить поставки СПГ из-за утечки на газопроводе
В «Арисе» рассказали, как убедили Кокорина перейти в кипрский клуб
Пенсионерка из Первоуральска получила свидетельство о своей смерти
Патриарх Кирилл призвал духовенство молиться о здравии Путина
В Праге началась встреча Эрдогана и Пашиняна
Honda показала новый кроссовер Prologue
Мостовой призвал тренера «Спартака» Абаскаля занять с «Уралом» третье место в РПЛ
Лукашенко заявил, что слова президента Польши Дуды говорят об угрозе ядерного удара
В Татарстане два человека погибли в ДТП из-за кабана на дороге
Все новости
Взрывы на «Северных потоках»: что выяснила Швеция
В Швеции завершили расследование на месте утечек на «Северных потоках»
«Без нее проект невозможен»: Тарасова пропустила съемки «Ледникового периода» из-за госпитализации
Тренера по фигурному катанию Татьяну Тарасову госпитализировали из-за ухудшения здоровья
«Как только безумие остановится». Дерипаска рассказал, что будет после мирового кризиса
Дерипаска заявил, что «нынешнее безумие» в мире продлится еще 2,5-3 года
Подпольный аборт и секс с советским дипломатом: о чем писала лауреат Нобелевской премии по литературе Анни Эрно
Президент Франции Макрон поздравил Анни Эрно с присуждением Нобелевской премии по литературе
Pixel Watch, Pixel 7 Pro и Pixel Tablet. Все анонсы с осенней презентации Google
Google представила первые смарт-часы Pixel Watch и новые смартфоны Pixel 7 и Pixel 7 Pro
«Попытаемся понять друг друга». Матвиенко позвала Украину за стол переговоров
Спикер Совфеда Матвиенко заявила о готовности к переговорам с Украиной на условиях Москвы
Ноги в грязи, руки в презервативах: чем запомнились Недели моды в Милане и Париже
Криптокошельки, уголь и сигареты. Что попало под новые санкции ЕС
ЕС утвердил восьмой пакет антироссийских санкций
От Кобейна до Башлачева: существует ли «Клуб 27» на самом деле
Правда и мифы о «Клубе 27»
Публициста Кара-Мурзу обвинили в госизмене. Это его третье уголовное дело за полгода
СМИ: против публициста Кара-Мурзы-младшего возбуждено дело о госизмене
Массаж, кино и VR-шлемы: как военные летчики расслабляются после вылетов
В Западный военный округ поступили новые средства психологической разгрузки военных
«Из подъездного наркомана стал известным певцом»: интервью со Стасом Пьехой — о жизни, семье и творчестве
Стас Пьеха объяснил, почему редко видится с сыном
Капрал расстрелял 36 человек в детском саду в Таиланде. Затем он поехал домой и убил свою семью
Thai PBS: в Таиланде более 30 человек погибли после стрельбы в детском саду
Анастасия Миронова
Готовы нa фронт, но от пирогов нa ночь откaзaться не могут
О том, почему у нac столько добровольцев с ожирением, диaбетом и гипертонией
Марина Ярдаева
К станку, не отходя от колыбели
О том, что такое самореализация в декрете
Юлия Меламед
И желает вам приятного полета
О последней волне отъезда из РФ
Георгий Бовт
Невыученный урок истории
О том, как октябрьские события 1993 года «замели под ковер»
Мария Дегтерева
Паникеры паникуют
О том, как спастись от истерики в соцсетях
—>
Читайте также
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
что такое невидимость и как ее создать
Невидимость издревле была частью чего-то магического: упоминание шапки-невидимки, которая позволяет сделать человека невидимым для глаз окружающих, можно встретить еще в сказке «Руслан и Людмила» Пушкина. Идея стать невидимым, надев что-либо на себя, продолжилась концепцией плаща-невидимки, который как раз за счет «магических» свойств ткани скрывал человека, полностью в него укутавшегося. Именно научную сторону невидимости впервые показал Герберт Уэллс в романе «Человек-невидимка»: его главный герой, физик Гриффит, обесцветил свою кровь с помощью созданного им препарата и изобрел машину, делающую человека невидимым. Сейчас именно благодаря науке способность предметов становиться невидимыми для глаз человека уже не кажется такой сказочной фантастикой, несмотря на то, что ученые сделали ставку именно на изучение материалов, а не на биологические изыскания. О том, как далеко зашли в своих исследованиях ученые всего мира, в том числе Университета ИТМО, и как все-таки создать невидимость, в нашем материале.
Крылья, ноги и военная форма
Если определять «невидимый объект» просто как «объект, который мы не видим», без углубления в подробности и нюансы, то стоит начать с примеров из живой природы — с принципов маскировки, которые помогают хищникам охотиться на травоядных, а травоядным прятаться от гибели. Самой распространенной здесь является мимикрия цвета, при которой окраска животного гармонирует с цветовой гаммой, распространенной в ареале его обитания. У арктических животных и птиц часто встречаются белые мех и перья, а, например, в пустынях водится живность всех оттенков песчаного цвета. Эту хитрость используют военные всего мира, полевая форма которых сшита из камуфляжной ткани. А некоторым представителям животного мира эволюция помогла настолько хорошо отточить механизмы мимикрии, что, например, африканского богомола Phyllocrania paradoxa очень трудно отличить от засохшего листа, а его собрата Hymenopus coronatus, который обитает в Индии и Индонезии, — от цветка орхидеи. Это мимикрия формы.
Есть и более изощренные мастера мимикрии, способные активно приспосабливаться к окружающей среде. Хамелеоны, вопреки распространенному мнению, меняют цвет не для того, чтобы прятаться, а чтобы общаться с представителями своего вида. Однако головоногие моллюски, самыми известными из которых являются осьминоги, и некоторые рыбы, например камбалы, благодаря умению менять окраску неплохо справляются с задачей «быть невидимыми» для стороннего наблюдателя. Попытки перенять этот опыт и создать адаптивный камуфляж предпринимают многие экспериментаторы и научные группы. Например, ученые из лаборатории профессора Сусуми Тачи в Токийском университете создали свою версию плаща-невидимки на основе технологии ретрорефлективной (отражающей в сторону источника света) проекции. Добиться эффекта «невидимости» им удалось благодаря тому, что происходящее за человеком в плаще снимается на специальную камеру, обрабатывается и проецируется на специальную ткань. Похожую идею использовали персонажи Саймона Пегга и Тома Круза в фильме «Миссия невыполнима: Протокол Фантом», хотя сценаристы, конечно, не ограничивали свою фантазию реально существующими технологиями.
От зоологии — к физике
Можно привести еще массу примеров, когда объекты имитируют фон, на котором находятся, но «настоящей» невидимостью здесь пока что не пахнет. Чтобы действительно скрыть объект от посторонних глаз, нужно, чтобы он не поглощал и не переизлучал падающий на него свет.
Спрятать что-либо от технических устройств достаточно легко, хоть эти решения и имеют ряд ограничений: стелс-технологии военных основаны на том, чтобы излучение радиолокационных станций отражалось в сторону и в итоге не возвращалось к приемнику. Но обмануть зрение сложнее как минимум потому, что глаз сам ничего не излучает, а только регистрирует попадающий свет, и, если «заставить» какой-то предмет ничего не отражать, невидимым он для нас не станет: на его месте будет черное пятно. Значит, необходимо сделать так, чтобы электромагнитные волны прошли через объект без искажений. Для этого нужно, чтобы его оптические свойства были идентичны таковым у воздуха, а это пока что невозможно. Другой выход — заставить волны огибать объект и больше никак с ним не взаимодействовать.
Магистрант кафедры фотоники и оптоинформатики и секретарь студенческой оптической ячейки Университета ИТМО Владимир Борисов рассказывает, что проблема вполне решаема. Для этого требуется поместить объект — допустим, шар — в шар побольше, выполненный из материала с таким показателем преломления, чтобы падающая волна нужным образом искривилась, обогнула объект, а затем продолжила распространяться в прежнем направлении. Мало того, теоретически это можно реализовать даже двумя способами.
Дырка от метабублика
Первый способ связан с использованием метаматериалов — это особый класс материалов, свойства которых определяет не вещество, из которых они состоят, а их структура. Ученые могут создавать метаматериалы с удивительными характеристиками, которые не встречаются в природе — например, обладающие отрицательным показателем преломления света. Понять, как это может выглядеть, поможет следующий мысленный эксперимент. Представьте, что в стакан налита жидкость, оптические свойства которой будут как у обычной воды, за исключением прямо противоположного значения показателя преломления (n = -1,33). Если опустить в этот стакан палочку, то со стороны это будет смотреться так, как будто под и над поверхностью жидкости находятся две разных палочки — концы будут направлены в разные стороны.
Чтобы изменить показатель преломления материала, можно «разбавить» его структуру другим веществом. Для начала можно создать ячеистую структуру из шестиугольников, размеры которых будут сопоставимы с длиной падающей волны. Если просверлить в каждом из шестиугольников дырку, то свет будет воспринимать единицу «шестиугольник плюс дырка» как нечто однородное, и коэффициент преломления света материалом понизится. Такой метод использовали исследователи из Северной Каролины: они создали диэлектрическую пленку, оптические свойства которой были близки к свойствам обычного воздуха, и опубликовали результаты исследования в журнале Advanced Functional Materials.
«Структуру не обязательно создавать из шестиугольников: форма структурных единиц может быть и более причудливой. Но пока это самые простые многоугольники, которыми можно заполнить плоскость так, что между ними не будет зазоров, а между их центрами будет минимальное расстояние. Именно поэтому такие структуры — например, пчелиные соты — часто встречаются в природе, — объясняет Владимир Борисов. — Этот метод до определенного момента достаточно прост в исполнении, в интернете есть видео, на котором с его помощью от микроволнового излучения маскируют человека: волны огибают трубу, в которой он находится. Но здесь есть одна проблема: эксперимент трудно повторить в оптическом диапазоне частот, потому что длина волны в видимом спектре составляет всего 400−800 нанометров. Нужно заполнить пространство очень маленькими шестиугольниками, в которых еще нужно будет просверлить очень много дырок, при этом тщательно просчитав все параметры».
Отметим, что ученые из Калифорнийского университета в Беркли уже создали на основе метаматериала из золотых наноантенн плащ-невидимку, который скрывает трехмерные объекты в инфракрасном диапазоне. Правда, невидимым пока что удалось сделать объект площадью всего в 1300 квадратных микрон — это размеры нескольких живых клеток. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Science.
Среда для невидимки
Другой метод связан с использованием светочувствительных сред — материалов, которые реагируют на внешние раздражители и меняют свойства, чаще всего — коэффициенты преломления и поглощения.
«Мы можем просто взять кусок материала, подогреть его или охладить, а после — осветить, чтобы показатель преломления изменился ровно так, как нам нужно. Я работаю над созданием базы для реализации этого подхода, но сейчас подробно останавливаться на этой теме не стану: ей будет посвящен мой рассказ на Science Slam ITMO University, — говорит Владимир Борисов. — Эта отрасль пока еще находится на стадии фундаментальных исследований, и до прикладных экспериментов пока еще далеко».
По словам Владимира Борисова, над вопросами невидимости в оптическом диапазоне он работает не только потому, что концепция «шапки-невидимки» выглядит более заманчиво, чем «шапка-невидимка для СВЧ-диапазона». Здесь встают более сложные задачи и появляются более интересные наглядные эффекты. Например, даже если ученые смогут создать маскирующее покрытие, в котором волны будет огибать массивный объект, полностью избавиться от оптических дефектов удастся не сразу. Во-первых, из-за того, что огибающему объект свету приходится проделать чуть больший путь, фон за невидимкой визуально будет находиться чуть дальше, чем положено. Кроме того, разные спектральные составляющие света будут по-разному взаимодействовать с маскирующей средой, и в результате фон будет «расслаиваться» на разноцветные изображения.
«Невидимость нужна в первую очередь оборонной промышленности. Военным необходимо просто защитить объект от волн конкретной длины, чтобы с их волновым фронтом не происходило ничего необычного. Компьютеры пока что не очень хорошо умеют распознавать такие дефекты и вряд ли сумеют делать это в ближайшем будущем. Поэтому я думаю, что мы и не будем учиться компенсировать такие дефекты, — добавляет Владимир Борисов. — Сегодня многие ученые занимаются моделированием поведения света в материалах, есть массивные математические и физические пакеты, с помощью которых можно посмотреть, как волна будет огибать объект, каким будет волновой фронт. Человеческий глаз — не очень надежный приемник, он регистрирует не все физические величины, которые присущи электромагнитной волне. Поэтому главным орудием всех физиков, которые занимаются вопросами невидимости, сейчас являются эти программные пакеты».
«Правильный» плащ-невидимка, который заставляет волны света огибать укутанный в него объект, уже якобы создан. Канадская компания Hyperstealth Biotechnology, специализирующаяся на выпуске камуфляжа, публиковала материал о том, что их технология Quantum Stealth позволяет маскировать объект в видимом и инфракрасном диапазоне частот, прятать его тень и при этом не требует источников питания, камер и зеркал. Ткань-невидимка мало весит и стоит недорого. Однако, по словам представителей компании, технология настолько секретная, что они не могут публиковать вообще никаких подробностей о разработке, и даже «фотографии» плаща в действии были нарисованы.
Добавим, что в Университете ИТМО проблемой невидимости занимается ряд подразделений уже не один год. Результаты исследований по этой теме нашли выражение в научных публикациях в журналах Scientific Reports, Physica status solidi, Physics-Uspekhi. Также, если вас заинтересовала тема невидимости, советуем почитать обзорную статью заведующего кафедрой оптики лазеров Николая Розанова.
К началу
Как работает плащ-невидимка? Плащ-невидимка стал реальностью Как устроен плащ-невидимка
Возможность по своему желанию становиться невидимым столетиями входила в первую тройку величайших человеческих желаний наряду с полетами и способностью видеть то, что далеко. Сегодня это больше не сюжеты из сказки: у нас уже есть самолеты, орбитальные станции, телевидение и интернет. Созданием реального плаща-невидимки учёные занялись лишь четверть века назад, однако за столь короткий промежуток времени они успели найти сразу несколько технических решений этой задачи.
Для того чтобы понять, что такое «невидимость», необходимо сперва разобраться, что такое «видимость». В вакууме или в прозрачной среде лучи света распространяются прямолинейно. Однако, если луч встречает преграду, он трансформируется — отражается, преломляется, поглощается. Попав в человеческий глаз, такой видоизмененный луч и позволяет нам «видеть». Сказанное справедливо для непрозрачных предметов, но зато проходя через тонкое стекло, луч света почти не претерпевает изменений и потому преграда практически невидима.
Представьте себе тонкую струю воды, падающую вертикально вниз. Подставим под струю мячик от настольного тенниса. Вода, попав на шарик, стечёт по его поверхности, а снизу опять превратится такую же тонкую струю. И глядя на неё, можно подумать, что струя не встречала никакой преграды. Значит, для создания плаща-невидимки необходимо сделать так, чтобы любой луч, упавший на человеческое тело, не трансформировался, а продолжал свой путь в том же направлении, с той же яркостью и спектральной частотой, будто бы он прошёл через тонкое стекло. Какие же технологии позволяют превратить теорию в практику?
Метаматериал Quantum Stealth
Плащ-невидимка не должен изменять свойства предмета — он просто направляет лучи света в обход и заставляет стороннего наблюдателя видеть только то, что находится позади. Сегодня субстанции с такими свойствами уже есть: это метаматериалы с отрицательным углом преломления, который заставляет лучи света огибать объект и делает его невидимым глазу, приборам ночного видения и тепловизорам, а также скрывает тень.
Первопроходцем в области создания таких метаматериалов стал физик Имперского колледжа в Лондоне, сэр Джон Пендри. В середине 90-х он предположил, что достижение нужного угла преломления возможно не столько за счет химического состава молекул, сколько за счёт их расположения. Учёный исходил из всем известного факта: на границе сред волны могут отражаться или преломляться, а внутри среды — поглощаться или проходить сквозь неё.
В 2006 году профессора Мичиганского университета Елена Семушкина и Сян Чжан предложили использовать диаэлектрики: например, одноосные кристаллы, для которых характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего света, кроме одного. К исследованию подключились физики из Бирмингема, и вскоре им удалось создать материал с кристаллами нитрида кремния на прозрачной нанопористой подложке оксида кремния. Проделав в кристаллах отверстия нанометрового диаметра, учёные получили гладкое оптическое зеркало, которое способно скрывать объекты в видимом диапазоне.
Уникальный материал под названием Quantum Stealth работает без камер, батарей, ламп и зеркал, мало весит и, по словам разработчиков из компании Hyperstealth, стоит недорого. Тем не менее, купить уникальную ткань пока нельзя, ведь изначально она была предназначена для канадской, американской и британской армии. Военные и представители групп быстрого реагирования начали тестировать Quantum Stealth в 2012 году. В апреле 2014 года Hyperstealth объявила о запуске коммерческого варианта своего плаща-невидимки: Hyperstealth INVISIB, который должен появиться в продаже уже в этом году.
Гардероб из кальмаров
Способность каракатиц, кальмаров и осьминогов становиться невидимыми в воде позволила учёным из Университета Калифорнии и Университета Дьюка создать «плащ-невидимку» для морских пехотинцев. Впрочем, он не сделает их в буквальном смысле невидимыми, по позволит гениально маскироваться на фоне окружающей местности, буквально растворяясь в пейзаже.
Специалисты использовали белок из кожи кальмара лонгфин (Loligo pealeii) под названием рефлектин, способный подстраиваться под свет с разной длиной волны. Они обнаружили, что в тканях чередуются слои клеток с высоким и низким показателем преломления. Сокращая и увеличивая расстояние между слоями, кальмар «отражает» свет разного диапазона и меняет цвет.
Чтобы воспроизвести эту способность, учёные поместили слой этого белка на оксид-графеновую и диоксид-силиконовую плёнку. Попеременно обрабатывая материал водяным паром и раствором кислоты, они смогли заставить слой белка расширяться и опадать, меняя цвет. Это лишь первый этап работы, но уже нет сомнений, что появление уникальной новинки — лишь вопрос времени.
Щит из радиоволн
Световые лучи и радиоволны имеют одну и ту же природу — это электромагнитные колебания. Разница заключается лишь в длине волны. У видимого света она измеряется долями миллиметра, а радиоволны могут быть в несколько километров длиной. От длины волны зависят и некоторые физические качества. Например, свет при обычных условиях может огибать только сопоставимые с длиной волны препятствия. Средние волны могут огибать человеческое тело, здания и другие объекты. А длинные волны могут обойти даже земной шар.
Однако луч света, совмещённый с радиоволной, перенимает часть её свойств и тоже начинает огибать препятствия. В истории известно много случаев столкновения самолетов с радиопередающими вышками. Как правило, причина кроется как раз в этом эффекте: при определённой длине волны детали вышки утрачивают визуальную чёткость. Лётчики жаловались на то, что антенны не были видны, или имели размытые контуры.
Чтобы добиться подобного эффекта для человека, нужно точно рассчитать длину радиоволны в зависимости от размера объекта. Опытным путём была выведена закономерность, согласно которой световые лучи свободно огибают человеческое тело, если оно само излучает поток радиоволн с частотой 1456 килогерц (+- 5%). Любой грамотный радиолюбитель может стать невидимым при помощи источника питания 1. 5 В, катушки индуктивности, конденсатора и крепящихся к телу клемм.
Устройство испытывалось на многих людях с неизменным успехом, однако вскоре выяснилось, что невидимость пробуждает в людях не самые лучшие качества. Например, Стив Р. из Бостона бесплатно слетал в Европу, проникнув невидимым в самолет «Бритиш Аируэйз». Некий Марк А. вообще не придумал ничего лучшего, чем похитить портативный DVD плеер из магазина, а через неделю был арестован при попытке продать его. Невольно вспоминается супергеройская мудрость: «Большая сила — большая ответственность»…
Плащ-невидимка – реальность!
Даже на видео, представленном учёными, абсолютно ничего не видно ни кота, ни золотой рыбки….
Физики из Технологического университета Наньянг в Сингапуре утверждают, что разработали материал, который может сделать предметы невидимыми под определенным углом.
«Плащ-невидимку» ученые создали из тонких стеклянных панелей, которые превращают объекты в невидимки под определенным углом преломления света.
Авторы изобретения даже сняли видео, на котором, при определённой доли воображения, можно разглядеть, как работает плащ-невидимка.
В первой части, благодаря куску волшебной ткани, исчезает в контейнере, выполненном из секретного материала, котенок, а во втором отрывке – исчезает золотая рыбка в аквариуме.
По мнению разработчиков, «плащ-невидимка» будет, востребован, как в работе спецслужб, так и в индустрии развлечений.
НАШ КОММЕНТАРИЙ
Денис Васечкин, корреспондент портала «Добрый вечер!», военный обозреватель:
В принципе, физики давно создали технологию, которая позволяет делать невидимыми объекты в трехмерном пространстве. В своей работе ученые использовали метаматериалы — материалы, свойства которых, в первую очередь, зависят от структуры, а не от химического состава. Метаматериалы способны искажать пути попадающих на них лучей света таким образом, что наблюдатель, которого достигают отраженные лучи, видит не реальную картину, а некую иллюзию.
Авторы новой работы, в число которых входит один из главных специалистов по невидимости, американец Джон Пендри, научились делать невидимым объект, находящийся под слоем метаматериала (в качестве аналогии можно привести мяч, спрятанный под ковром). Пластинка из метаматериала была сделана из тонких кремниевых слоев, уложенных друг на друга, между которыми находилась прослойка из полимера определенной структуры.
Метаматериал помещался на подложку из золота, на которой был сделан бугорок. «Ковер-невидимка» из метаматериала так изменял пути световых лучей, что наблюдатель не видел бугорка.
Причем, в отличие от предыдущих технологий, невидимость обеспечивалась во всех трех направлениях. Правда, размер бугорка, который ученым удалось замаскировать, составлял всего 30 на 10 на 1 микрометр. По словам авторов работы, теоретически, с помощью нового метода можно делать невидимыми и более крупные объекты, однако для этого придется затратить массу усилий на изготовление ковра-невидимки.
Еще одно ограничение новой работы — длина волны излучения. Пока физики смогли «приспособить» только инфракрасный диапазон. Однако, по их словам, точно так же можно маскировать объекты и для видимого света.
Теоретические основы создания невидимости были впервые предложены Джоном Пендри в 2006 году. С тех пор ученые смогли воплотить некоторые из теоретических концепций на практике (хотя большая часть работ по-прежнему теоретические).
Фокусы уже многие столетия вызывают восхищение зрителей, которые по-прежнему верят в создаваемые иллюзионистами оптические обманы. Когда фокусник достает из мокрой вазы сухой платок или ходит по воздуху, он использует систему зеркал: они заставляют свет преломляться таким образом, чтобы у зрителей появилась иллюзия чуда.
Тем же принципом оптического обмана воспользовались физики. Человек или прибор фиксируют присутствие некоего объекта только потому, что тот отражает падающие на него лучи света. Чтобы сделать объект невидимым, необходимо исключить попадание отраженных от него лучей в глаза наблюдателя или на детекторы прибора.
В середине августа коллектив ученых из Университета Юты описал, как этого можно добиться, используя нехитрые устройства, генерирующие электромагнитные волны. Предложенная исследователями схема очень проста. Объект, который необходимо экранировать от наблюдателя, помещается между тремя генераторами, или излучателями.
Когда луч детектора попадает на объект, часть составляющих его волн отражаются и начинают распространяться в пространстве. Возникающая картина очень напоминает расхождение кругов на воде от брошенного камня. Если «круги» достигнут наблюдателя — он увидит объект.
Воспрепятствовать распространению отраженного излучения должны волны, производимые генераторами. Их параметры подбираются так, чтобы при столкновении с идущими от объекта волнами последние оказались нейтрализованы.
Явление сложения волн, при котором они усиливаются или ослабляются, носит название интерференции.
Полное взаимное уничтожение волн происходит в том случае, когда их разность фаз равна половине периода (интерферировать могут только волны с одинаковой частотой, которая связана с периодом обратным соотношением).
Производимое генераторами излучение не только «стирает» волны, отраженные от объекта, но также восстанавливает разрывы в волновом фронте луча детектора. Бреши возникают как раз из-за того, что часть излучения отражается от объекта или поглощается им. Пока авторы разработали теорию маскирования объектов только для двумерного пространства.
Однако, по их словам, в привычном нам трехмерном мире все будет работать примерно так же. Новая технология позволит прятать объекты от излучения с самыми разными длинами волн.
То есть, теоретически, объекты могут становиться не только невидимыми для ультразвука, рентгена, видимого света, но также неслышимыми (или, напротив, недоступными для шума) и устойчивыми к землетрясениям (сейсмическим колебаниям). Основным недостатком нового метода является отсутствие практической демонстрации его возможностей. Исследователи не проводили экспериментов, а ограничились только теоретическими выкладками. Описанный ими способ маскирования объектов получил название активного.
До сих пор ученые создавали невидимость в теории и на практике по другому принципу. Объекты также скрывались от наблюдателя за счет оптического обмана, однако для его создания не использовались дополнительные источники излучения. В качестве «шляпы волшебника» выступали упомянутые метаматериалы.
Также и команда китайских ученых заявила, что им удалось обратить эффект невидимости, создаваемый особыми материалами. Объект, закрытый таким материалом, становится невидимым наблюдателю, так как структура материала изменяет пути лучей света.
Однако, если вместо объекта за материал, создающий невидимость, поместить наблюдателя, то он не сможет увидеть предметы, находящиеся по другую сторону материала. В пресс-релизе исследователи отмечают, что им удалось разработать технологию, «уничтожающую» этот эффект.
Некоторые из созданных недавно метаматериалов обладают отрицательным показателем преломления. Свет в таком материале распространяется так, что направление фазовой скорости электромагнитной волны оказывается противоположным направлению ее распространения.
Суперлинзы, сконструированные из материалов с отрицательным показателем преломления, делают находящийся за ними (или даже рядом с ними) объект невидимым.
Подобные суперлинзы не имеют «обратной стороны». То есть, с обеих сторон материал является непреодолимой преградой для света. Китайские ученые разработали принцип материала, который сможет обратить этот эффект.
Материал «плаща-невидимки» заставляет свет огибать объект, однако если он (материал) будет соприкасаться с «анти-плащом-невидимкой», то часть световых волн отразиться от антипода и дойдет до наблюдателя. Таким образом, находящийся за «плащом-невидимкой» наблюдатель сможет в месте контакта «плащей» обращать эффект.
Если с вами произошел необычный случай, вы увидели странное существо или непонятное явление, вам приснился необычный сон, вы увидели в небе НЛО или стали жертвой похищения пришельцев, вы можете прислать нам свою историю и она будет опубликована на нашем сайте
===>
.
Иногда в жизни возникают ситуации, когда нам необходимо… скрыться. Или скрыть от посторонних глаз какие-то объекты. Одним словом — замаскироваться. В этом нам вполне способны помочь современные технологии.
За последние годы исследователям удалось создать ряд метаматериалов (композиционных материалов, свойства которых обусловлены не столько свойствами составляющих их элементов, сколько структурой), которые не пропускают свет, звук, тепло и так далее…
Даже в волшебном мире Гарри Поттера плащ-невидимка был редкостью
Обман зрения
Сделать невидимым самого человека, увы, не получится: для этого ткани нашего тела должны перестать преломлять и отражать свет. Но если и удастся изменить человеческий организм для его невидимости, то неизвестно еще, к каким последствиям это приведет. Например, мы можем ослепнуть, потому что невидимые глаза перестанут улавливать свет… Поэтому оптимальный вариант, который позволит нам хотя бы создать иллюзию исчезновения, использовать специальные «маскировочные» материалы.
Речь идет, например, о субстанции, обладающей отрицательным углом преломления. В результате световые лучи как бы «огибают» объект, и сторонний наблюдатель видит только то, что находится позади него, а сам объект остается невидимым.
Первый шаг к созданию «плаща-невидимки» был сделан еще в середине 90-х годов прошлого века физиком Имперского колледжа Лондона Джоном Пендри. Ученый предложил использовать для этой цели метаматериалы, в состав которых входят проводящий электричество металл, а также диэлектрик.
Несколько лет назад японские ученые изобрели покрывало для маскировки. Специальные датчики, прикрепленные к поверхности, придают покрывалу цвет окружающих его объектов и частично препятствуют преломлению света. Поэтому если человек надел такой плащ, можно видеть другие предметы сквозь него!
В 2011 году группа ученых из Барселонского университета (Испания) во главе с Альваро Санчесом совместно с коллегами из Словацкой академии наук предложила систему защиты объектов от воздействия магнитного поля при помощи ферромагнитного покрытия. Из этого материала делаются, к примеру, обычные магнитики на холодильник.
Предмет, находящийся под покрытием, становится непроницаемым для магнитных лучей. Таким образом, можно будет сделать более безопасной процедуру МРТ и… «обманывать» магнитные рамки, расположенные на вокзалах и в аэропортах.
Не так давно команде физиков из Бирмингема удалось создать материал с одноосными кристаллами нитрида кремния на прозрачной нанопористой подложке из оксида кремния. В кристаллах проделали нанометровые отверстия, что превратило материал в гладкое оптическое зеркало, способное скрывать объекты в видимом диапазоне.
Канадской компанией Hyperstealth, специализирующейся на изготовлении камуфляжа, была разработана мягкая ткань Quantum Stealth, позволяющая «обводить» свет вокруг объекта, что делает его невидимым не только для глаз, но и для камер, а кроме того, скрывает также тени от объектов.
Тестирование Quantum Stealth началось в 2012 году. Правда, поначалу материал предназначался только для военных. В апреле 2014 года компания объявила о запуске коммерческого варианта «плаща-невидимки» — Hyperstealth INVISIB. Возможно, в следующем году ткань уже поступит в свободную продажу.
Даешь нанотрубки!
Исследователи из Университета Северного Техаса в Далласе разработали технологию «стирания» объектов при помощи углеродных нанотрубок. В ее основе лежит фототермическое преломление, или эффект миража. Принцип разработанной технологии следующий: операторы, попеременно то включая, то выключая подачу тока, нагревают и остужают материал, состоящий из цилиндрических молекул углерода с высокой теплопроводимостью.
При этом предмет, который находится за завесой из данного материала, то появляется, то исчезает… Правда, есть одна проблема: для того чтобы исчезать, объект непременно должен быть помещен в контейнер с водой.
В свою очередь, британской компании Surrey Nanosystems удалось создать «самый темный материал на Земле». Он отражает всего 0,035% световых лучей.
Поверхность материала под названием Vantabalck состоит из графитовых нанотрубок в 10 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Их диаметр настолько мал, что просто не пропускает фотоны света. В итоге они попадают в пространства между трубками и уже не могут «выбраться» оттуда. Разработчики надеются, что материал найдет применение в оптических устройствах, различной электронике и системах тепловой защиты.
Белок из кожи кальмара
Ученых уже давно удивляла способность таких морских животных, как каракатицы, кальмары и осьминоги, оставаться невидимыми в воде. Недавно группа исследователей из Калифорнийского университета и Университета Дьюка решила использовать это свойство при разработке камуфляжа для морских пехотинцев.
В коже кальмара Loligo pealeii они обнаружили белок рефлектин, который способен подстраиваться под световое излучение с разной длиной волны. Выяснилось, что в тканях этого морского обитателя чередуются слои клеток с высоким и низким показателем преломления света. Увеличивая и сокращая расстояния между ними, кальмар «отражает» световые лучи разных диапазонов и мимикрирует.
Выделив из клеток кальмара рефлектин с высоким показателем преломления, исследователи поместили слой белка на пленки из оксида графена и диоксида кремния. Затем они принялись попеременно обрабатывать материал то водяным паром, то раствором кислоты, заставляя слой белка то расширяться, то опадать, изменяя при этом цвет.
Средство от нащупывания
А специалисты из Технологического института Карлсруэ (Германия) разработали материал, способный скрывать объекты… от нащупывания!
— «Плащ-невидимка» нового типа сделан из полимерного метаматериала, чьи свойства определяются особой структурой, — говорит один из разработчиков, Тимо Бюкманн. — Нам удалось построить вокруг объекта структуру, сопротивление которой меняется в зависимости от координат.
Структура покрытия состоит из тонких игл-конусов с соприкасающимися между собой верхушками. Причем размер точек контакта рассчитан с максимальной точностью: именно этот параметр придает материалу необходимые механические свойства. В итоге, если поместить под покрытие какой-нибудь предмет, то, трогая материал сверху, вы никогда не сможете его нащупать.
Так, экспериментируя, ученые поместили в полость под покрытием твердый цилиндр. Ранее, даже если цилиндр был покрыт губчатым материалом или хлопком, это не «спасало» его от нащупывания. Под чудо-материалом обнаружить цилиндрик исследователям так и не удалось.
Теперь о самом главном — о практическом применении открытия. Для чего это нужно? Ну, предположим, вы вынуждены спать на диване или матрасе, из которого выпирают пружины, или на полу, или на земле и камнях — мало ли какие бывают обстоятельства… Если у вас есть покрывало из материала, защищающего от нащупывания, то вы не ощутите никакого неудобства.
Это напоминает сказку Ганса Христиана Андерсена «Принцесса на горошине», — прокомментировал Тимо Бюкманн. — В сказке чувствительная принцесса все же сумела почувствовать твердую горошину под сотней матрасов. Одного слоя нашего материала оказалось бы достаточно, чтобы принцесса спокойно проспала всю ночь.
Новинка может сделать более удобной и обувь. Если в подошву ваших туфель снизу вонзится гвоздь, вы его просто не почувствуете, разве что он пронзит насквозь стельку из «суперматериала».
Одежда иди сумка из чудесного материала поможет защититься от воров. Как известно, грабители чаще всего сначала ощупывают вещи и карманы снаружи на предмет нахождения кошелька или мобильника, а уже потом лезут туда рукой…
Если на вас будут надеты куртка, пальто или плащ, изготовленные из ткани, защищающей от прикосновений, или ценные вещи будут лежать в сумке из такого полимера, то злоумышленник попросту не сможет ничего нащупать. Хотя если он просто залезет в карман или сумку рукой, то вряд ли данное ноу-хау сработает. Но для всякого правила есть свои исключения…
Ида ШАХОВСКАЯ
Американские ученые создали опытный образец плаща-невидимки. Он прекрасно виден невооруженным глазом, но, тем не менее, оправдывает свое название.
Плащ сделан из композитного материала с необычными свойствами. Цель экспериментов сделать объекты незаметными для радаров.
Добиться такого же эффекта с волнами в оптическом диапазоне будет сложнее, но и эта задача разрешима.
Ученые шутят, что им «удалось увидеть невидимость». К чисто научному волшебству присмотрелся корреспондент НТВ Антон Вольский
.
Плащ-невидимка пока еще и на плащ-то не похож, с виду он напоминает просто набор колец, сделанных из чудо-вещества.
Дэвид Шуриг, разработчик плаща: «Весь секрет в материале, из которого сделаны медные кольца и нити. Они образуют замысловатый рисунок, который невидим в микроволнах».
Открытие американских ученых стало возможно благодаря работе российского физика Виктора Веселаго. В 60-х годах он предсказал возможность создания вещества с негативным индексом преломления.
Дэвид Шуриг, разработчик плаща: «Этот материал даже называется „материалом Веселаго“ или „материалом левой руки“».
Принцип работы можно объяснить на примере ручья, обтекающего камень. Подобно воде, микроволны в этом эксперименте обходят вокруг предмета, не изменив своей формы.
Дэвид Шуриг, разработчик плаща: «Если вы смотрите на плащ, то будете видеть только то, что находится за кольцом. Все, что вы поместите внутрь кольца, станет невидимым».
Однако пока изобретение незаметно только в микроволнах. На то, чтобы этот предмет стал настоящей невидимкой, уйдет еще 10 лет.
Дэвид Симит, разработчик плаща: «Дело в том, что длина микроволн, в которых испытывалась новинка, равна 3,5 сантиметрам. А длина световых волн, которые мы видим, меньше одной стотысячной сантиметра. Именно поэтому рисунок на плаще-невидимке должен быть намного тоньше».
Однако даже в микроволнах плащ отбрасывает тень. Ученые борются с этим недостатком своего детища. Главное достижение специалистов состоит в том, что они доказали принципиальную возможность создания плаща-невидимки.
Дэвид Симит, разработчик плаща: «Новейшей технологией уже заинтересовались военные и школьники. От них мы получаем больше всего запросов».
Однако новый материал может быть использован только в военных целях. Теперь конструкторы способны изготовить самолет или танк, которые будут невидимы для радаров. Также изделия их колец и нитей могут применяться в качестве защиты от радиации.
Все разговоры про шапки-невидимки были до недавнего времени исключительно уделом фантастов. Теперь можно с уверенностью утверждать, что плащ-невидимка стал реальностью.
Сказка часто становится былью. Ковры-самолеты, волшебные блюдца, в которых отражается далекая реальность, сапоги-скороходы и многие другие выдумки стали вполне обыденной реальностью. Теперь на очереди шапка-невидимка. По крайней мере, американский журнал «Наука» опубликовал статью, в которой изложены основные принципы действия практически идеального средства маскировки.
Проблемы невидимости
Проблемой оптической скрытности объектов занимаются ученые кафедры материаловедения Национальной лаборатории имени Лоуренса в университете Беркли. Руководит работами м-р Сян Чжан. Общая идея состоит в том, чтобы заставить свет огибать некий объект. Подобные разработки уже производились в прошлом, но успеха не дали по той причине, что предыдущие попытки могли отклонять лучи в узком угловом диапазоне. Полной оптической проницаемости или ее иллюзии достигнуть пока так и не удалось. Искажение картины позволяет производить локацию объекта (то есть его визуальное обнаружение). Проблему представляла и недостаточная гибкость маскирующих поверхностей. Всех этих недостатков лишен ультратонкий материал, разработанный в Беркли. «Плащ», изобретенный в Национальной лаборатории имени Лоуренса, гибок, но пока слишком дорог.
Принцип действия
Роль сказочников в наше время играют кинематографисты. В фильме «Хищник», Чужой (антагонистический персонаж) использует маскировочное устройство для того, чтобы скрытно приближаться к своим жертвам. Эффект далек от совершенства: пришельца выдают искажения света. Он не прозрачен (хотя обнаружить врага не так легко), на его месте наблюдается некое марево. Реальность превзошла самые смелые режиссерские мечтания. «Плащ», изобретенный в Национальной лаборатории имени Лоуренса, делает объект по-настоящему невидимым.
Принцип действия состоит в том, что множество микроскопических зеркал автоматически разворачиваются в направлении источника света. Примерно так же работает «столик для говорящей головы». Фокусник, окруженный снизу зеркалами, остается невидимым для зрителя за исключение возвышающейся над ними части тела. В условиях сложности рельефа и формы скрываемого объекта добиться такого эффекта очень сложно. Но все же возможно.
Технические параметры
Известно, что «плащ-невидимка» покрыт слоем фторида магния, на который нанесен узор из крошечных золотых кирпичиков-антенн толщиной в 30 нанометров. Это очень тонкая пленка, во много раз тоньше волоса. Общая толщина вместе с подложкой составляет 50 нанометров. «Кирпичики» представлены в шести различных размерах, в пределах от 30 до 220 нанометров в длину и от 90 до 175 нм в ширину. Благодаря этим микроантеннам существует возможность поворачивать зеркальные поверхности перпендикулярно направлению света и полностью его рассеивать. При этом учитывается и частота, и фаза излучения, — относительно начального параметра они повернуты на 180 градусов, что позволяет полностью его компенсировать.
При правильной настройке поверхностей полированный золотых плоскостей можно придать отраженному свету любой эффект. Он может изображать фон объекта (например, пол) или нечто совершенно другое. Если плащ-невидимка будет достаточно большим, теоретически им можно накрыть что угодно. К примеру, танк будет похожим на велосипед. Или его вообще будет не видно.
Практические перспективы
Исследования проводились в световом диапазоне с длиной волны 730 нм (ближняя инфракрасная область спектра). Наблюдалось практически идеальное отражение. Это научное достижение впечатляет и наводит на мысли о новом витке гонки вооружений. Однако думать о невидимых танках, ракетах, самолетах и прочих образцах смертоносной техники пока еще рановато. Дело в том, что эксперименты производились с неким объектом сложной пространственной конфигурации, величиной в 36 мкм в аппроксимированном диаметре. Если в дюймах, то это примерно одна тысячная. В миллиметрах… в общем, обычная песчинка, только очень маленькая. Именно ее обернули таинственным «плащом-невидимкой». Наука умалчивает о том, в какую сумму обошлось сделать ее оптически прозрачной.
Впрочем, когда-нибудь и это изобретение может получить практическое применение. К примеру, экраны кинотеатров в настоящее время должны быть идеально ровными, а в случае применения «умных кристаллов-микроантеннок» это требование окажется ненужным, и изображения можно будет проецировать на любые криволинейные поверхности без искажений.
Подготовка и определение характеристик термопластичных материалов для невидимой ортодонтии
. 2011;30(6):954-9.
doi: 10.4012/dmj.2011-120.
Epub 2011 25 ноября.
Нин Чжан
1
, Юсин Бай, Сюэцзя Дин, Ю Чжан
принадлежность
- 1 Кафедра ортодонтии Стоматологического факультета Столичного медицинского университета.
PMID:
22123023
DOI:
10.4012/дмж.2011-120
Бесплатная статья
Нин Чжан и др.
Дент Матер Дж.
2011.
Бесплатная статья
. 2011;30(6):954-9.
doi: 10.4012/dmj.2011-120.
Epub 2011 25 ноября.
Авторы
Нин Чжан
1
, Юсин Бай, Сюэцзя Дин, Ю Чжан
принадлежность
- 1 Кафедра ортодонтии Стоматологического факультета Столичного медицинского университета.
PMID:
22123023
DOI:
10.4012/дмж.2011-120
Абстрактный
Полимерную смесь PETG/PC/TPU готовили механическим смешением. Механические свойства модифицированной смеси ПЭТГ/ПК/ТПУ были охарактеризованы с использованием универсальной испытательной машины, и результаты были сопоставлены с двумя коммерческими термопластичными продуктами – Эркодур и Биолон. Модификация смешивания улучшила свойства PETG/PC/TPU. При соотношении смешивания (мас.%) 70/10/20 ПЭТГ/ПК/ТПУ проявляли оптимальные механические свойства, превосходящие свойства Эркодур и Биолон. Прочность на разрыв составила 50,23 МПа, а удлинение при разрыве – 155,9.9%. Скорость релаксации напряжения составила 0,0136 Н/с через 1 час, что значительно ниже, чем у Эркодур и Биолон (р<0,05). Скорость водопоглощения составила 0,57% через 2 недели, что было достоверно ниже, чем у Эркодур и Биолон (р<0,05).
Похожие статьи
Механические свойства ортодонтических термопластов PETG/PC2858 после смешивания.
Ма Ю.С., Фан Д.Ю., Чжан Н., Дин XJ, Чжан К.И., Бай Ю.С.
Ма Ю.С. и соавт.
Чин Дж. Дент Рез. 2016 март;19(1):43-8. doi: 10.3290/j.cjdr.a35696.
Чин Дж. Дент Рез. 2016.PMID: 26981606
Химические и механические характеристики современных термопластичных ортодонтических материалов.
Александропулос А., Аль Джаббари Ю.С., Зинелис С., Элиадес Т.
Александропулос А. и др.
Aust Orthod J. 2015, ноябрь; 31 (2): 165–70.
Ауст Ортод Дж. 2015.PMID: 26999889
Основная работа разрушения термопластичных ортодонтических ретейнерных материалов.
Паскуаль А.Л., Биман К.С., Хикс Э.П., Буш Х.М., Митчелл Р.Дж.
Паскуаль А.Л. и др.
Угол Ортод. 2010 май; 80(3):554-61. дои: 10.2319/042809-232.1.
Угол Ортод. 2010.PMID: 20050752
Бесплатная статья ЧВК.Механические свойства отлитых под давлением термопластичных базисных смол для зубных протезов.
Хаманака И., Такахаши Ю., Симидзу Х.
Хаманака I и др.
Акта Одонтол Сканд. 2011 март; 69(2):75-9. doi: 10.3109/00016357.2010.517557. Epub 2010 27 сентября.
Акта Одонтол Сканд. 2011.PMID: 20873995
Текущее состояние и перспективы ортодонтических термопластичных материалов.
Руи В., Чжихэ З., Ю Л.
Руи В. и др.
Хуа Си Коу Цян И Сюэ За Чжи. 2018 1 февраля; 36 (1): 87-91. doi: 10. 7518/hxkq.2018.01.017.
Хуа Си Коу Цян И Сюэ За Чжи. 2018.PMID: 29595003
Бесплатная статья ЧВК.Обзор.
Китайский язык.
Посмотреть все похожие статьи
Цитируется
Влияние различных чистящих средств на полипропиленовые и сополиэфирные термопластичные ортодонтические ретейнерные материалы.
Хусейн А.М., Мохаммед-Салих Х.С., Аль-Шеакли II.
Хусейн А.М. и соавт.
J Taibah Univ Med Sci. 2022 6 мая; 17 (5): 861-868. doi: 10.1016/j.jtumed.2022.04.005. Электронная коллекция 2022 окт.
J Taibah Univ Med Sci. 2022.PMID: 36050943
Бесплатная статья ЧВК.Свойства релаксации напряжения пяти материалов для ортодонтических элайнеров: 14-дневное исследование in-vitro.
Альбертини П. , Маццанти В., Моллика Ф., Пеллиттери Ф., Палоне М., Ломбардо Л.
Альбертини П. и др.
Биоинженерия (Базель). 2022 28 июля; 9 (8): 349. doi: 10.3390/bioengineering9080349.
Биоинженерия (Базель). 2022.PMID: 36004874
Бесплатная статья ЧВК.Стабильность цвета, химико-физические и оптические характеристики наиболее распространенных ортодонтических элайнеров на основе PETG и PU для терапии прозрачными элайнерами.
Даниэле В., Масера Л., Тальери Г., Спера Л., Марзо Г., Квинци В.
Даниэле В. и др.
Полимеры (Базель). 2021 21 декабря; 14(1):14. doi: 10.3390/polym14010014.
Полимеры (Базель). 2021.PMID: 35012036
Бесплатная статья ЧВК.Влияние дезинфицирующих средств на водной основе или сушки воздухом на изменение размеров термопластического ортодонтического каппы.
Бресолато Д., Вольпато А., Фаверо Л., Фаверо Р.
Бресолато Д. и др.
Материалы (Базель). 2021 18 декабря; 14 (24): 7850. дои: 10.3390/ma14247850.
Материалы (Базель). 2021.PMID: 34947444
Бесплатная статья ЧВК.СЭМ-характеристика и анализ старения двух поколений невидимых элайнеров.
Кондо Р., Мампьери Г., Джанкотти А., Черрони Л., Паскуантонио Г., Дивизия А, Конвертино А., Мечери Б., Майоло Л.
Кондо Р и др.
Здоровье полости рта BMC. 2021 23 июня; 21 (1): 316. doi: 10.1186/s12903-021-01676-z.
Здоровье полости рта BMC. 2021.PMID: 34162371
Бесплатная статья ЧВК.
Просмотреть все статьи «Цитируется по»
Типы публикаций
термины MeSH
вещества
Новый материал временно подтягивает кожу | MIT News
Ученые Массачусетского технологического института, Массачусетской больницы общего профиля, Living Proof и Olivo Labs разработали новый материал, который может временно защитить и подтянуть кожу, а также разгладить морщины. При дальнейшем развитии его также можно будет использовать для доставки лекарств для лечения кожных заболеваний, таких как экзема и другие виды дерматита.
Материал, полимер на основе силикона, который можно наносить на кожу в виде тонкого незаметного покрытия, имитирующего механические и эластичные свойства здоровой молодой кожи. В ходе испытаний с участием людей исследователи обнаружили, что материал способен изменить форму «мешков под глазами» под нижними веками, а также усилить увлажнение кожи. Исследователи говорят, что этот тип «второй кожи» также может быть адаптирован для обеспечения долговременной защиты от ультрафиолета.
«Это невидимый слой, который может обеспечить барьер, обеспечить косметическое улучшение и потенциально доставить лекарство локально в обрабатываемую область. Эти три вещи вместе могут сделать его идеальным для использования на людях», — говорит Дэниел Андерсон, доцент кафедры химической инженерии Массачусетского технологического института и член Института интегративных исследований рака Массачусетского технологического института им. Коха и Института медицинской инженерии и науки (IMES).
Андерсон является одним из авторов статьи с описанием полимера в онлайн-выпуске Nature Materials от 9 мая. Роберт Лангер, профессор Института Дэвида Х. Коха в Массачусетском технологическом институте и член Института Коха, является старшим автором статьи, а ведущим автором статьи является Бетти Ю SM ’98, ScD ’02, бывший вице-президент Living Proof. Лангер и Андерсон являются соучредителями компаний Living Proof и Olivo Labs, а Ю получила степень магистра и доктора наук в Массачусетском технологическом институте.
Ученые Массачусетского технологического института и других стран разработали новый материал, который может временно защитить и подтянуть кожу, а также разгладить морщины. При дальнейшем развитии его также можно будет использовать для доставки лекарств для лечения различных кожных заболеваний.
Имитация кожи
С возрастом кожа становится менее упругой и менее эластичной — проблемы, которые могут усугубляться воздействием солнца. Это ухудшает способность кожи защищать от экстремальных температур, токсинов, микроорганизмов, радиации и травм. Около 10 лет назад исследовательская группа приступила к разработке защитного покрытия, которое могло бы восстанавливать свойства здоровой кожи, как для медицинских, так и для косметических целей.
«Мы начали думать о том, как мы могли бы контролировать свойства кожи, покрывая ее полимерами, которые оказывали бы благотворное воздействие», — говорит Андерсон. «Мы также хотели, чтобы он был невидимым и удобным».
Исследователи создали библиотеку из более чем 100 возможных полимеров, каждый из которых содержал химическую структуру, известную как силоксан — цепь чередующихся атомов кремния и кислорода. Эти полимеры могут быть собраны в сетку, известную как слой сшитого полимера (XPL). Затем исследователи проверили материалы в поисках того, который лучше всего имитировал бы внешний вид, прочность и эластичность здоровой кожи.
«У него должны быть правильные оптические свойства, иначе он не будет хорошо выглядеть, и он должен иметь правильные механические свойства, иначе у него не будет нужной прочности и он не будет работать правильно», — говорит Лангер. .
Материал с наилучшими эксплуатационными характеристиками имеет эластичные свойства, очень похожие на свойства кожи. В лабораторных испытаниях она легко возвращалась в исходное состояние после растяжения более чем на 250 процентов (натуральная кожа может быть растянута примерно на 180 процентов). В ходе лабораторных испытаний эластичность нового XPL оказалась намного лучше, чем у двух других типов раневых повязок, используемых в настоящее время на коже, — листов силиконового геля и полиуретановых пленок.
«Создать материал, который ведет себя как кожа, очень сложно», — говорит Барбара Гилкрест, дерматолог из MGH и автор статьи. «Многие люди пытались сделать это, и материалы, которые были доступны до этого, не обладали свойствами быть гибкими, удобными, не раздражающими и способными приспосабливаться к движению кожи и возвращаться к своей первоначальной форме».
В настоящее время XPL доставляется в два этапа. Сначала на кожу наносят полисилоксановые компоненты, а затем платиновый катализатор, который побуждает полимер образовывать прочную сшитую пленку, которая остается на коже до 24 часов. Этот катализатор необходимо добавлять после нанесения полимера, потому что после этого шага материал становится слишком жестким для распределения. Оба слоя наносятся в виде кремов или мазей, и после нанесения на кожу XPL становится практически невидимым.
Высокая производительность
Исследователи провели несколько исследований на людях, чтобы проверить безопасность и эффективность материала. В одном исследовании XPL наносили на область под глазами, где с возрастом часто образуются «мешки под глазами». Эти мешки под глазами вызваны выпячиванием жировой ткани, лежащей под кожей нижнего века. Когда материал наносился, он оказывал постоянное сжимающее усилие, которое стягивало кожу, и этот эффект длился около 24 часов.
В другом исследовании XPL наносили на кожу предплечья для проверки ее эластичности. Когда кожу, обработанную XPL, растягивали с помощью присоски, она возвращалась в исходное положение быстрее, чем необработанная кожа.
Исследователи также проверили способность материала предотвращать потерю влаги сухой кожей. Через два часа после нанесения кожа, обработанная новым XPL, потеряла гораздо меньше воды, чем кожа, обработанная высококачественным коммерческим увлажняющим средством. Кожа, покрытая вазелином, была столь же эффективна, как XPL, в тестах, проведенных через два часа после обработки, но через 24 часа кожа, обработанная XPL, удержала гораздо больше воды. Ни один из участников исследования не сообщил о каком-либо раздражении от ношения XPL.
«Я думаю, что у него есть большой потенциал как для косметических, так и для некосметических применений, особенно если вы можете включить противомикробные агенты или лекарства», — говорит Тхан Нга Тран, дерматолог и преподаватель Гарвардской медицинской школы, который не участвовал в исследовании.
Living Proof передала технологию XPL компании Olivo Laboratories, LLC, новому стартапу, созданному для дальнейшего развития технологии XPL. Первоначально команда Оливо сосредоточится на медицинских применениях технологии для лечения кожных заболеваний, таких как дерматит.
Другими авторами статьи являются Фернанда Сакамото и Рокс Андерсон из MGH; Су-Ён Кан из Living Proof; Морган Пилкентон и Алпеш Патель, ранее работавшие в Living Proof; и Ария Актакул, Нитин Рамадурай и Амир Нашат, доктор наук ’03, из Olivo Laboratories.
Представляем новый материал для плащей-невидимок
Итак, куда мы обратимся для будущего масштабирования? Мы продолжим смотреть в третье измерение. Мы создали экспериментальные устройства, которые накладываются друг на друга, обеспечивая логику, которая на 30–50 процентов меньше. Важно отметить, что верхнее и нижнее устройства относятся к двум взаимодополняющим типам, NMOS и PMOS, которые являются основой всех логических схем последних нескольких десятилетий. Мы считаем, что этот трехмерный комплементарный металл-оксидный полупроводник (CMOS) или CFET (комплементарный полевой транзистор) станет ключом к распространению закона Мура на следующее десятилетие.
Эволюция транзистора
Непрерывные инновации являются важной основой закона Мура , но каждое улучшение требует компромиссов. Чтобы понять эти компромиссы и то, как они неизбежно ведут нас к CMOS с трехмерным стеком, вам нужно немного узнать о работе транзисторов.
Каждый полевой транзистор металл-оксид-полупроводник, или МОП-транзистор, имеет одинаковый набор основных частей: блок затвора, область канала, исток и сток. Исток и сток химически легированы, чтобы сделать их либо богатыми мобильными электронами (
n -типа) или с их недостатком ( p -типа). Канальная область имеет противоположное легирование истока и стока.
В планарной версии, использовавшейся в усовершенствованных микропроцессорах до 2011 года, стопка затворов MOSFET расположена чуть выше области канала и предназначена для проецирования электрического поля в область канала. Приложение достаточно большого напряжения к затвору (относительно истока) создает слой подвижных носителей заряда в области канала, который позволяет току течь между истоком и стоком.
По мере того, как мы уменьшали классические планарные транзисторы, основное внимание уделялось тому, что физики называют короткоканальными эффектами. По сути, расстояние между истоком и стоком стало настолько малым, что ток стал просачиваться через канал, когда этого не следовало делать, потому что электрод затвора изо всех сил пытался истощить канал носителей заряда. Чтобы решить эту проблему, промышленность перешла на совершенно другую архитектуру транзисторов, называемую
ФинФЕТ. Он обернул ворота вокруг канала с трех сторон, чтобы обеспечить лучший электростатический контроль.
Transistor Evolution
В 2011 году Intel представила свои FinFET-транзисторы на 22-нанометровом узле с процессором Core третьего поколения, и с тех пор архитектура устройства является рабочей лошадкой закона Мура. С FinFET мы можем работать при более низком напряжении и при этом иметь меньшую утечку, снижая энергопотребление примерно на 50 процентов при том же уровне производительности, что и планарная архитектура предыдущего поколения. FinFET также переключаются быстрее, повышая производительность на 37 процентов. А поскольку проводимость возникает на обеих вертикальных сторонах «ребра», устройство может пропускать больший ток через заданный участок кремния, чем плоское устройство, которое проводит только по одной поверхности.
Однако мы кое-что потеряли при переходе на FinFET. В планарных устройствах ширина транзистора определялась литографией, поэтому это очень гибкий параметр. Но в FinFET ширина транзистора представлена в виде дискретных приращений — добавления одного плавника за раз — характеристика, которую часто называют квантованием плавников. Каким бы гибким ни был FinFET, квантование ребер остается существенным конструктивным ограничением. Правила проектирования вокруг него и желание добавить больше ребер для повышения производительности увеличивают общую площадь логических ячеек и усложняют стек межсоединений, которые превращают отдельные транзисторы в полные логические схемы. Это также увеличивает емкость транзистора, тем самым снижая его скорость переключения. Таким образом, хотя FinFET хорошо послужил нам рабочей лошадкой отрасли, необходим новый, более совершенный подход. И именно этот подход привел нас к 3D-транзисторам, которые мы вскоре представим.
..»> В ленточном полевом транзисторе затвор наматывается вокруг области канала транзистора для улучшения контроля над носителями заряда. Новая структура также обеспечивает более высокую производительность и более точную оптимизацию. Эмили Купер
Это усовершенствование, RibbonFET, является нашей первой новой архитектурой транзисторов с момента дебюта FinFET 11 лет назад. В нем затвор полностью окружает канал, обеспечивая еще более жесткий контроль над носителями заряда внутри каналов, которые теперь образованы лентами кремния нанометрового размера. С помощью этих нанолент (также называемых
нанолистов), мы снова можем изменять ширину транзистора по мере необходимости, используя литографию.
Удалив ограничение квантования, мы можем создать ширину подходящего размера для приложения. Это позволяет нам сбалансировать мощность, производительность и стоимость. Более того, когда ленты уложены друг на друга и работают параллельно, устройство может потреблять больше тока, повышая производительность без увеличения площади устройства.
Мы рассматриваем RibbonFET как лучший вариант для более высокой производительности при разумной мощности, и мы представим их в 2024 году вместе с другими инновациями, такими как PowerVia, наша версия
подача питания на задней стороне с использованием процесса изготовления Intel 20A.
Stacked CMOS
Общее у планарных, FinFET и ленточных транзисторов заключается в том, что все они используют технологию CMOS, которая, как уже упоминалось, состоит из n -типа (NMOS) и p -типа ( PMOS) транзисторы. Логика КМОП стала основной в 1980-х годах, потому что она потребляет значительно меньше тока, чем альтернативные технологии, особенно схемы только NMOS. Меньший ток также привел к более высоким рабочим частотам и более высокой плотности транзисторов.
На сегодняшний день во всех КМОП-технологиях стандартная пара транзисторов NMOS и PMOS размещается рядом друг с другом. Но в
На конференции IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) в 2019 году мы представили концепцию трехмерного многослойного транзистора, в котором NMOS-транзистор размещается поверх PMOS-транзистора. В следующем году, на выставке IEDM 2020, мы представили проект первой логической схемы с использованием этой трехмерной техники — инвертора. В сочетании с соответствующими межсоединениями подход CMOS с 3D-стеками эффективно сокращает площадь инвертора вдвое, удваивая плотность площади и еще больше расширяя пределы закона Мура.
CMOS с трехмерным стеком размещает PMOS-устройство поверх NMOS-устройства на той же площади, что и один RibbonFET. В затворах NMOS и PMOS используются разные металлы. Эмили Купер
Использование потенциальных преимуществ 3D-стекинга означает решение ряда проблем интеграции процессов, некоторые из которых расширят границы производства КМОП.
Мы построили трехмерный КМОП-инвертор, используя так называемый процесс самовыравнивания, при котором оба транзистора изготавливаются на одном производственном этапе. Это означает построение обоих
9Истоки и стоки типа 0163 n и p путем эпитаксии — осаждения кристаллов — и добавления различных металлических затворов для двух транзисторов. Комбинируя процессы исток-сток и двойной металлический затвор, мы можем создавать различные проводящие типы кремниевых нанолент (типа p и n типа ) для составления пар КМОП-транзисторов с накоплением. Это также позволяет нам регулировать пороговое напряжение устройства — напряжение, при котором транзистор начинает переключаться — отдельно для верхней и нижней нанолент.
Как мы все это делаем? Изготовление самовыравнивающихся 3D CMOS начинается с кремниевой пластины. На эту пластину мы наносим повторяющиеся слои кремния и кремния-германия, образуя структуру, называемую сверхрешеткой. Затем мы используем литографическое моделирование, чтобы вырезать части сверхрешетки и оставить плавниковую структуру. Кристалл сверхрешетки обеспечивает прочную опорную структуру для того, что появится позже.
Затем мы размещаем блок «фиктивного» поликристаллического кремния поверх той части сверхрешетки, где будут находиться затворы устройства, защищая их от следующего шага в процедуре. На этом этапе, называемом вертикальным процессом двойного истока/стока, выращивается кремний, легированный фосфором, на обоих концах верхних нанолент (будущее устройство NMOS), а также селективно выращивается кремний-германий, легированный бором, на нижних нанолентах (будущее устройство PMOS). . После этого мы наносим диэлектрик вокруг истоков и стоков, чтобы электрически изолировать их друг от друга. Последний шаг требует, чтобы мы затем полировали пластину до идеальной плоскостности.
Вид сбоку трехмерного сложенного инвертора показывает, насколько сложны его соединения. Emily Cooper
..»> Благодаря размещению NMOS поверх PMOS-транзисторов трехмерное стекирование эффективно удваивает плотность CMOS-транзисторов на квадратный миллиметр, хотя реальная плотность зависит от сложности используемой логической ячейки. Ячейки инвертора показаны сверху с указанием межсоединений истока и стока [красным], межсоединений затвора [синим] и вертикальных соединений [зеленым].
Наконец, мы строим ворота. Во-первых, мы удаляем ложные ворота, которые мы поставили ранее, обнажая кремниевые наноленты. Затем мы вытравливаем только кремний-германий, освобождая стопку параллельных кремниевых нанолент, которые будут областями каналов транзисторов. Затем мы покрываем наноленты со всех сторон исчезающе тонким слоем изолятора с высокой диэлектрической проницаемостью. Каналы нанолент настолько малы и расположены таким образом, что мы не можем эффективно легировать их химическим путем, как в случае планарного транзистора. Вместо этого мы используем свойство металлических ворот, называемое работой выхода, для придания того же эффекта. Мы окружаем нижние наноленты одним металлом, чтобы
p -легированный канал и верхние с другим, чтобы сформировать n -легированный канал. Таким образом, стеки затворов закончены, и два транзистора готовы.
Этот процесс может показаться сложным, но он лучше, чем альтернатива — технология, называемая последовательной трехмерной CMOS. С помощью этого метода устройства NMOS и устройства PMOS строятся на отдельных пластинах, они соединяются, а слой PMOS переносится на пластину NMOS. Для сравнения, самовыравнивающийся 3D-процесс требует меньше производственных этапов и позволяет более жестко контролировать производственные затраты, что мы продемонстрировали в ходе исследования и сообщили на конференции IEDM 2019..
Важно отметить, что метод самовыравнивания также позволяет избежать проблемы смещения, которое может возникнуть при склеивании двух пластин. Тем не менее, последовательное трехмерное наложение исследуется для облегчения интеграции кремния с некремниевыми материалами каналов, такими как германий и полупроводниковые материалы III-V. Эти подходы и материалы могут стать актуальными, поскольку мы стремимся тесно интегрировать оптоэлектронику и другие функции в один чип.
Создание всех необходимых подключений к CMOS с трехмерным стеком является сложной задачей. Силовые подключения должны быть выполнены снизу стека устройств. В этой конструкции устройство NMOS [вверху] и устройство PMOS [внизу] имеют отдельные контакты исток/сток, но оба устройства имеют общий затвор. Эмили Купер
Новый процесс самовыравнивания CMOS и CMOS с 3D-накоплением, которые он создает, хорошо работают и, по-видимому, имеют значительные возможности для дальнейшей миниатюризации. На этом раннем этапе это очень обнадеживает. Устройства с длиной затвора 75 нм продемонстрировали как низкую утечку, которая обеспечивается отличной масштабируемостью устройства, так и высокий ток в открытом состоянии. Еще один многообещающий признак: мы создали пластины, в которых наименьшее расстояние между двумя наборами сложенных устройств составляет всего
55 нм. Хотя достигнутые нами результаты производительности устройств сами по себе не являются рекордными, они хорошо сравнимы с отдельными устройствами управления без стеков, построенными на той же пластине с той же обработкой.
Параллельно с интеграцией процессов и экспериментальной работой мы проводим множество текущих теоретических, симуляционных и проектных исследований, направленных на то, чтобы дать представление о том, как лучше всего использовать 3D CMOS. Благодаря им мы нашли некоторые ключевые моменты в конструкции наших транзисторов. Примечательно, что теперь мы знаем, что нам необходимо оптимизировать расстояние по вертикали между NMOS и PMOS — если оно слишком короткое, это увеличит паразитную емкость, а если оно слишком длинное, увеличится сопротивление межсоединений между двумя устройствами. Любая крайность приводит к более медленным цепям, которые потребляют больше энергии.
Многие дизайнерские исследования, такие как одно, проведенное
Исследовательский центр TEL America, представленный на выставке IEDM 2021, сосредоточен на обеспечении всех необходимых межсоединений в ограниченном пространстве 3D CMOS без значительного увеличения площади логических ячеек, которые они составляют. Исследование TEL показало, что есть много возможностей для инноваций в поиске наилучших вариантов межсоединений. Это исследование также подчеркивает, что CMOS с трехмерным стеком должны иметь межсоединения как над, так и под устройствами. Эта схема, называемая скрытыми шинами питания, берет межсоединения, которые обеспечивают питанием логические ячейки, но не передают данные, и удаляет их на кремний под транзисторами. Таким образом, технология Intel PowerVIA, которая делает именно это и которую планируется представить в 2024 году, сыграет ключевую роль в превращении CMOS с трехмерным стеком в коммерческую реальность.
Будущее закона Мура
Благодаря ленточным полевым транзисторам и 3D CMOS у нас есть четкий путь для распространения закона Мура на период после 2024 года. В интервью 2005 года, в котором его попросили подумать о том, что стало его законом, Гордон Мур признался, быть «периодически пораженным тем, как мы можем добиться прогресса. Несколько раз по пути я думал, что мы достигли конца линии, вещи сужаются, и наши творческие инженеры придумывают способы их обойти».