Основы наноелектроники / Основы наноэлектроники / ИДЗ / Книги и монографии / Нанотехнологии без тайн (Уильямс), 2010, c.362

ЧАСТЬ III «Сухие» (неорганические) приложения

Таблица 11.3. Основные характеристики «умной» энергосети

Углеродные нанотрубки

ГЛАВА 11 Энергетика

трубка проводит электрический ток лучше, чем медь, но имеет на нометровый диаметр и длину до 12 см. Такое волокно в 10–100 раз

прочнее волокна из стали, кевлара или любого другого известного материала.

Щепотка таких волокон массой 1 г похожа на обычное пятно сажи. В 2004 г. это «пятно» стоило около 1000 долларов, а теперь

компания Carbon Nanotechnologies Inc. в Хьюстоне (США) продает углеродные нанотрубки по цене 375 долларов за грамм. Предпола гается, что нынешняя цена очень скоро уменьшиться в десятки ты сяч раз.

На основе углеродных нанотрубок ученые стремятся создать

квантовый провод, который будет обладать электрической проводи мостью в 10 раз больше, чем у меди, весить в 6 раз меньше стали и обладать большей прочностью и меньшим тепловым расширением.

По мнению профессора Смолли, углеродные нанотрубки мож

но разместить одну рядом с другой и параллельно проводить ток

с плотностью большей, чем могут обеспечить современные линии электропередачи. При этом новые линии будут гораздо легче, чем нынешние, созданные на основе меди и алюминия. Превосходные электрические и тепловые свойства углеродных нанотрубок позво

лят снизить уровень потерь при такой передаче электроэнергии. Это

позволит радикальным образом усовершенствовать систему электро снабжения.

Ключевым фактором развития данной технологии является уве личение длины углеродной нанотрубки, и ученые уже пытаются най

ти способы максимального увеличения длины нового волокна.

Итак, начальная проблема поиска новых способов получения ис

ходного материала решена. Ученые и инженеры научились делать углеродные нанотрубки в огромном количестве, и теперь им пред

стоит найти способы улучшения их параметров.

Будущие исследования

ЧАСТЬ III «Сухие» (неорганические) приложения

На этом пути человечеству придется преодолеть еще множество препятствий. Исследования новых источников энергии требуют боль шего финансирования. Профессор Смолли предлагал взимать налог

в10% на каждый галлон нефтепродуктов, потребляемых в США. Только это позволило бы аккумулировать около 10 млрд долларов дополнительного финансирования на исследования новых видов

энергии. США инвестируют огромные средства в импорт, производ

ство и распределение энергии, но не в исследования новых ее источ ников. Более крупные инвестиции позволили ли бы найти и развить новые технологии и решить многие энергетические проблемы уже к 2020 г.

Вближайшие 50 лет энергетический ландшафт планеты изме

нится самым драматическим образом. Новые технологии откроют новые возможности. Лидерство будет определяться степенью освое ния новых источников энергии. В настоящее время основные усилия США сосредоточены на использовании нефти, газа и водорода, хотя

вближайшее время, после подписания президентом США Джорд

жем У. Бушем в 2005 г. так называемого энергетического билля, все может измениться решительным образом. Самая крупная в мире нефтегазовая энергетическая отрасль в процентном отношении тра тит меньше денег на научные исследования, чем остальные отрасли.

Учитывая значение проблемы, очевидно, что этот подход является

чрезвычайно близоруким.

Инвестиции

Откуда берется интеллектуальная собственность? Откуда могут

появиться решения будущих энергетических проблем? Кто будет владеть энергетическими технологиями в будущем? У кого будут покупать энергию? Вскоре человечество получит ответы на все эти

вопросы.

Министерство энергетики ежегодно тратит около 10 млн долла

ров на исследования в области нанотехнологий1. Однако это финан сирование нужно значительно увеличить. Некоторые энергетические компании заинтересованы в таких исследованиях. Например, компа

ГЛАВА 11 Энергетика

ния Halliburton уже на протяжении нескольких последних лет ведет активные исследования в этом направлении.

Однако большинство энергетических компаний США еще не

переключилось на активные исследования нанотехнологий. Они не считают нанотехнологии условием своего будущего долговремен ного процветания. Некоторые крупные энергетические корпорации

приобретают небольшие компании, создающие солнечные батареи,

чтобы подготовиться к грядущим изменениям. В настоящее время создаются высокоэффективные и долговечные гибридные солнечные батареи, которые удовлетворяют повышенным экологическим требо ваниям.

Исследования способов получения солнечной энергии особенно

интенсивно ведутся в Европе. Дело в том, что европейские страны инвестируют огромные средства в исследования, связанные с поис ком альтернативных источников энергии. В 2003 г. правительство Японии объявило об инвестировании 50 млн долларов в программу

научных исследований в области нанотехнологий и их применения в

энергетике. Правительство США и многих других стран, особенно в Азии, стремятся перехватить инициативу и обеспечить лидирующее положение в энергетике будущего.

Энергетика будущего

ЧАСТЬ III «Сухие» (неорганические) приложения

до своей смерти в 2005 г. он предсказывал, что к 2050 г. для удо влетворения энергетических потребностей человечества потребуется

генерировать вдвое больше энергии. Смолли считал, что Земля ку пается в энергии: солнечной, ядерной и геотермальной. Также он го

ворил, что человечество… еще, к сожалению, не обладает достаточно эффективными технологиями для ее генерирования, распределения

и сохранения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Геотермальные источники с температурой более 180 °С исполь зуются для всех перечисленных ниже применений, за исключе

нием:

(а)подогрева полов;

(б) обогрева жилищ;

(в) мытья и сушки автомобилей;

(г) локального энергоснабжения городов.

2.В 2003 г. было объявлено об инвестировании 50 млн долларов

в программу научных исследований в области нанотехнологий и их применения в энергетике Правительством:

(а)ЮАР;

(б)Канады;

(в) Германии;

(г) Японии.

3.Общим знаменателем для крупных проблем человечества в буду

щем является недостаток:

(а) льда;

(б)энергии;

(в)океанов;

(г) налогов.

4.Что из перечисленного не входит в перечень наиболее важных проблем человечества?

(а) недостаток энергии;

(б) недостаток воды;

(в)перенаселение;

ГЛАВА 11 Энергетика

5.До 2050 г. человечеству потребуется найти способы генерирова ния дополнительной экологически чистой энергии в размере:

(а)3 тераватта;

(б) 6 тераватт;

(в) 10 тераватт;

(г) 15 тераватт.

6.В большинстве публикаций о нефтяном кризисе предполагается, что пик мировой добычи нефти будет достигнут:

(а)в 2006 г.;

(б)в 2010 г.;

(в) в 2100 г.;

(г) в 2400 г.

7.Ежедневно на Землю поступает около 165 тыс. тераватт энер

гии от:

(а) Солнца;

(б)Луны;

(в)философского камня;

(г) природного газа.

8.Какой материал обладает электрической проводимостью, в 10 раз большей, чем у меди, весит в 6 раз меньше стали и обладает большей прочностью?

(а) квантовые провода;

(б) нанокристаллы;

(в)фуллерены;

(г)космические точки.

9.По мнению Ричарда Смолли, к 2050 г. для удовлетворения энер

гетических потребностей человечества потребуется генерировать энергии:

(а) столько же, как и сейчас;

(б) в 2 раза больше;

(в) в 3 раза больше;

(г)в 4 раза больше.

10.Тераватт (1012 ватт) приблизительно эквивалентен:

(а) 1 сотне баррелей нефти;

(б) 1 тысяче баррелей нефти;

(в) 10 тысячам баррелей нефти;

(г)1 миллиону баррелей нефти.

ТЕСТ К ЧАСТИ III

6.Углеродная нанотрубка прочнее:

(а) стали;

(б) меди;

(в) кевлара;

(г)всех перечисленных выше материалов.

7.Нанопокрытия теннисных мячиков:

(а) улучшают их отскок;

(б) предохраняют от ударов;

(в) повышают герметичность;

(г)упрощают поиск в случае потери.

8.Экстремальный ультрафиолетовый свет имеет длину волны:

(а) 1–5 нм;

(б) 10–15 нм;

(в) 50–100 нм;

(г)193–248 нм.

9.Массивы нанотрубок на основе диоксида титана при расщепле нии воды с помощью солнечного света используются для генери рования:

(а) неона;

(б) палладия;

(в) водорода;

(г)серы.

10.Для определения уровня глюкозы в течение всего дня использу

ется сенсор на основе:

(а) бензола;

(б) энзима оксидаз глюкозы;

(в) алюминия;

(г)окиси азота.

11.Квантовая точка ограничивает электроны:

(а) в воде;

(б) пончиках;

(в) нанообласти проводника или полупроводника;

ЧАСТЬ III «Сухие» (неорганические) приложения

12.Аббревиатура НЦЭМ означает:

(а)новый централизованный электронный мониторинг;

(б) новый целиком электрофизический метод;

(в) Национальный центр электрического обслуживания;

(г) Национальный центр электронной микроскопии.

13.Нанокольца можно применять в качестве контейнера усилителя инфракрасных сигналов для тестирования:

(а)молекул;

(б) тектоники плит;

(в)обручальных колец;

(г) гимнастических колец.

14.Всемирная энергетическая сеть должна перейти от транспорти

ровки традиционного топлива (угля, нефти, газа и т. д.) к пере даче:

(а) криогенного носителя;

(б) ветра;

(в)ручного труда;

(г)энергии.

15.Концы канала n типа называются источником:

(а) и переносчиком;

(б) маской;

(в) фоторезистом;

(г)стоком.

16.Что из перечисленного не входит в перечень наиболее важных проблем человечества?

(а) перенаселение;

(б) недостаток энергии;

(в) недостаток пищи;

(г)слежение за последними тенденциями моды.

17.Уильям Шекспир с каждым миллионом вдыхаемых молекул по глощал примерно 280 молекул углекислого газа, а мы теперь

поглощаем примерно:

(а) 220 молекул;

(б) 310 молекул;

(в) 380 молекул;