Запускаем серию постов про удивительные элементы и материалы, без которых невозможно представить современные технологии. 👩🔬
Сегодня рассказываем о кремнии, благодаря которому в 1960-е гг. началась компьютерная революция.
Кремний — второй по распространенности элемент на нашей планете. В природе в чистом виде не встречается, обычно он связан с двумя атомами кислорода и предстает перед нами в форме кварца.
Кремний относится к металлоидам — это довольно необычный класс веществ, обладающий как свойствами металлов, так и неметаллов. Элемент является полупроводником, но в отличие металлов, его электропроводимость увеличивается при высоких температурах, а не наоборот. Благодаря такой способности, а также широкой распространенности, кремний стал незаменимым материалом для микрочипов в современных технических устройствах. По этим же причинам он востребован для изготовления солнечных панелей.
Первые микросхемы были довольно громоздкими. Чтобы расширить функции и память компьютера, на микросхему приходилось добавлять все больше и больше связанных между собой компонентов. Очевидно, что подобная конструкция имела свои физические пределы. Более того, ручная сборка становилась все сложнее из-за обилия проводки между деталями. Кремний позволил обойти эту сложность и избавиться от лишних проводов: все элементы теперь можно было объединить за счет основы из полупроводника. Первую рабочую интегральную схему создал в 1958 году американский инженер Джек Килби. Кремниевые чипы были более надежными, потребляли меньше электроэнергии, а также обладали небольшим размером.
Сегодня перед производителями электроники встала очередная проблема, известная как «квантовое туннелирование». Она возникает, когда схема настолько мала, что наблюдатель не может с точностью определить, где в данный момент находится частица. Незамеченные «прыжки» электронов могут привести к оттоку энергии, нагреванию устройства или сбою в работе микросхемы. Чтобы избежать подобных инцидентов, компьютерной индустрии придется придумать совершенно новый дизайн транзисторов или перейти на другие материалы.
Тем не менее, инженеры от кремния пока не отказываются: его тестируют в дизайне квантового компьютера и пробуют сочетать с другими элементами, чтобы создавать композитные транзисторы. Такие гибриды превосходят чистый кремний по скорости передачи информации в 100 раз и уже внедряются в автономные машины и технологии 5G.
В компьютерной индустрии будущее кремния неясно. Зато в секторе альтернативной энергетики и на производстве «нейрочипов», которые позволяют подключаться напрямую к клеткам мозга, этот элемент сегодня более чем востребован.
В следующем месяце будем рассказывать вам о других элементах, меняющих нашу повседневность, а также о событиях выставки «Новые элементы», которая проходит при поддержке Гёте-Института в Москве до конца февраля в Новой Третьяковке.
#новыеэлементы
Сегодня рассказываем о кремнии, благодаря которому в 1960-е гг. началась компьютерная революция.
Кремний — второй по распространенности элемент на нашей планете. В природе в чистом виде не встречается, обычно он связан с двумя атомами кислорода и предстает перед нами в форме кварца.
Кремний относится к металлоидам — это довольно необычный класс веществ, обладающий как свойствами металлов, так и неметаллов. Элемент является полупроводником, но в отличие металлов, его электропроводимость увеличивается при высоких температурах, а не наоборот. Благодаря такой способности, а также широкой распространенности, кремний стал незаменимым материалом для микрочипов в современных технических устройствах. По этим же причинам он востребован для изготовления солнечных панелей.
Первые микросхемы были довольно громоздкими. Чтобы расширить функции и память компьютера, на микросхему приходилось добавлять все больше и больше связанных между собой компонентов. Очевидно, что подобная конструкция имела свои физические пределы. Более того, ручная сборка становилась все сложнее из-за обилия проводки между деталями. Кремний позволил обойти эту сложность и избавиться от лишних проводов: все элементы теперь можно было объединить за счет основы из полупроводника. Первую рабочую интегральную схему создал в 1958 году американский инженер Джек Килби. Кремниевые чипы были более надежными, потребляли меньше электроэнергии, а также обладали небольшим размером.
Сегодня перед производителями электроники встала очередная проблема, известная как «квантовое туннелирование». Она возникает, когда схема настолько мала, что наблюдатель не может с точностью определить, где в данный момент находится частица. Незамеченные «прыжки» электронов могут привести к оттоку энергии, нагреванию устройства или сбою в работе микросхемы. Чтобы избежать подобных инцидентов, компьютерной индустрии придется придумать совершенно новый дизайн транзисторов или перейти на другие материалы.
Тем не менее, инженеры от кремния пока не отказываются: его тестируют в дизайне квантового компьютера и пробуют сочетать с другими элементами, чтобы создавать композитные транзисторы. Такие гибриды превосходят чистый кремний по скорости передачи информации в 100 раз и уже внедряются в автономные машины и технологии 5G.
В компьютерной индустрии будущее кремния неясно. Зато в секторе альтернативной энергетики и на производстве «нейрочипов», которые позволяют подключаться напрямую к клеткам мозга, этот элемент сегодня более чем востребован.
В следующем месяце будем рассказывать вам о других элементах, меняющих нашу повседневность, а также о событиях выставки «Новые элементы», которая проходит при поддержке Гёте-Института в Москве до конца февраля в Новой Третьяковке.
#новыеэлементы
⚫️ Новые элементы: уран ⚫️
Продолжаем серию постов про химические элементы, определяющие современные технологии. Вспоминая работу Эриха Бергера с выставки «Новые элементы» в Laboratoria Art&Science*, рассказываем про уран.
Наверняка, вы прежде всего подумали о радиоактивности. Все так: уран — вещество радиоактивное по своей природе. Более того, именно благодаря ему ученые впервые обнаружили это свойство: в 1861 году изобретатель и пионер фотографии Абель Ньепс оставил кусочек металла на фотопленке и спустя некоторое время увидел под ураном ореол. Впрочем, воспользоваться этим открытием ученые смогли только в 20 веке, когда стало ясно, как высвободить энергию атома.
Радиоактивность урана означает, что элемент все время находится в состоянии распада. Однако этот процесс происходит крайне медленно, в зависимости от конфигурации изотопа, он может длиться тысячи и даже миллионы лет.
Уран широко распространен: его запасов на нашей планете в 40 больше, чем серебра, он часто встречается в составе горных пород. А это значит, что все живое на Земле постоянно подвержено воздействию небольших доз радиации, которые по большей части считаются безопасными — если речь не идет о нахождении в открытых карьерах, на радиоактивных свалках или в непосредственной близости от зараженной воды.
Следы естественной радиации как раз и фиксирует в своей работе Эрих Бергер, коллекционируя «Спектральные ландшафты» во время прогулок по живописным местам Финляндии. Светочувствительная бумага способна проявить контуры невидимой для человеческого глаза радиации.
До того момента как ученые научились использовать энергию, высвобождаемую при распаде атома, уран долгое время применяли в качестве красителя для керамической посуды. Сейчас вещество также можно встретить в медицинских кабинетах — там, где делают МРТ, рентген или другие процедуры, связанные с радиацией.
Но, пожалуй, чаще всего уран сегодня вспоминают в связи с поисками надежной замены углю, нефти и природного газа. Буквально в прошлом месяце в ЕС завели разговор о том, чтобы официально признать атомную энергетику «чистой». Франция, где 70% электроэнергии сегодня обеспечивается за счет ядерных реакторов, такое решение активно продвигает, в то время как Германия выступает против.
Защитники атомной энергетики говорят, что у нее практически нулевой углеродный след. Противники в ответ приводят целый список аргументов, чем плох мирный атом:
— во-первых, процесс добычи урана и создания ядерного реактора требуют больших энергозатрат. Чтобы их восполнить, АЭС должна будет проработать не менее 10 лет;
— процесс создания АЭС не быстрый: он занимает от 10 до 20 лет;
— отработанное топливо остается радиоактивным еще сотни тысяч лет и представляет угрозу для здоровья человека и животных. Кстати, о настоящем и будущем радиоактивных могильников можно почитать на сайте сверхновой;
— шахтеры, занимающиеся добычей урана, во время работы вдыхают канцерогенный газ радон, что приводит к развитию рака.
Несмотря на все перечисленные проблемы, судя по последним новостям, ЕС все-таки склоняется к тому, чтобы объявить инвестиции в мирный атом «зелеными». 😞
*Выставка «Новые элементы» проходит при поддержке Гёте-Института в Москве до конца февраля в Новой Третьяковке.
#новыеэлементы
Продолжаем серию постов про химические элементы, определяющие современные технологии. Вспоминая работу Эриха Бергера с выставки «Новые элементы» в Laboratoria Art&Science*, рассказываем про уран.
Наверняка, вы прежде всего подумали о радиоактивности. Все так: уран — вещество радиоактивное по своей природе. Более того, именно благодаря ему ученые впервые обнаружили это свойство: в 1861 году изобретатель и пионер фотографии Абель Ньепс оставил кусочек металла на фотопленке и спустя некоторое время увидел под ураном ореол. Впрочем, воспользоваться этим открытием ученые смогли только в 20 веке, когда стало ясно, как высвободить энергию атома.
Радиоактивность урана означает, что элемент все время находится в состоянии распада. Однако этот процесс происходит крайне медленно, в зависимости от конфигурации изотопа, он может длиться тысячи и даже миллионы лет.
Уран широко распространен: его запасов на нашей планете в 40 больше, чем серебра, он часто встречается в составе горных пород. А это значит, что все живое на Земле постоянно подвержено воздействию небольших доз радиации, которые по большей части считаются безопасными — если речь не идет о нахождении в открытых карьерах, на радиоактивных свалках или в непосредственной близости от зараженной воды.
Следы естественной радиации как раз и фиксирует в своей работе Эрих Бергер, коллекционируя «Спектральные ландшафты» во время прогулок по живописным местам Финляндии. Светочувствительная бумага способна проявить контуры невидимой для человеческого глаза радиации.
До того момента как ученые научились использовать энергию, высвобождаемую при распаде атома, уран долгое время применяли в качестве красителя для керамической посуды. Сейчас вещество также можно встретить в медицинских кабинетах — там, где делают МРТ, рентген или другие процедуры, связанные с радиацией.
Но, пожалуй, чаще всего уран сегодня вспоминают в связи с поисками надежной замены углю, нефти и природного газа. Буквально в прошлом месяце в ЕС завели разговор о том, чтобы официально признать атомную энергетику «чистой». Франция, где 70% электроэнергии сегодня обеспечивается за счет ядерных реакторов, такое решение активно продвигает, в то время как Германия выступает против.
Защитники атомной энергетики говорят, что у нее практически нулевой углеродный след. Противники в ответ приводят целый список аргументов, чем плох мирный атом:
— во-первых, процесс добычи урана и создания ядерного реактора требуют больших энергозатрат. Чтобы их восполнить, АЭС должна будет проработать не менее 10 лет;
— процесс создания АЭС не быстрый: он занимает от 10 до 20 лет;
— отработанное топливо остается радиоактивным еще сотни тысяч лет и представляет угрозу для здоровья человека и животных. Кстати, о настоящем и будущем радиоактивных могильников можно почитать на сайте сверхновой;
— шахтеры, занимающиеся добычей урана, во время работы вдыхают канцерогенный газ радон, что приводит к развитию рака.
Несмотря на все перечисленные проблемы, судя по последним новостям, ЕС все-таки склоняется к тому, чтобы объявить инвестиции в мирный атом «зелеными». 😞
*Выставка «Новые элементы» проходит при поддержке Гёте-Института в Москве до конца февраля в Новой Третьяковке.
#новыеэлементы
Telegram
ART&SCIENCE LAB
Канал LABORATORIA Art&Science. Все о технологическом искусстве в России и мире.
Сайт:
laboratoria.art
Обратная связь: info.laboratoria@gmail.com
Сайт:
laboratoria.art
Обратная связь: info.laboratoria@gmail.com
«Новые элементы» – это как?
Куратор выставки «Новые элементы» Дарья Пархоменко о метафоре, заложенной в названии проекта:
«В некотором смысле, каждое произведение – это элемент.
Физик и философ Эрнст Мах ввел понятие “элементов”, чтобы преодолеть
традиционный дуализм тела и разума, материи и информации. По Маху, элемент – это физическое событие, проявляющее себя одновременно и как объект, и как ощущение.
Сегодня мы являемся свидетелями возникновения элементального
подхода. Из его перспективы информация рассматривается как экологический
феномен, глубоко связанный с этикой и политикой. Воспринимающий человеческий
или нечеловеческий субъект никогда не может быть сторонним наблюдателем; он
всегда вовлечен во внутренние связи и взаимодействия».
Выставка проходит при поддержке Гёте-Института в Москве до конца февраля в пространстве Laboratoria Art&Science.
#новыеэлементы
Куратор выставки «Новые элементы» Дарья Пархоменко о метафоре, заложенной в названии проекта:
«В некотором смысле, каждое произведение – это элемент.
Физик и философ Эрнст Мах ввел понятие “элементов”, чтобы преодолеть
традиционный дуализм тела и разума, материи и информации. По Маху, элемент – это физическое событие, проявляющее себя одновременно и как объект, и как ощущение.
Сегодня мы являемся свидетелями возникновения элементального
подхода. Из его перспективы информация рассматривается как экологический
феномен, глубоко связанный с этикой и политикой. Воспринимающий человеческий
или нечеловеческий субъект никогда не может быть сторонним наблюдателем; он
всегда вовлечен во внутренние связи и взаимодействия».
Выставка проходит при поддержке Гёте-Института в Москве до конца февраля в пространстве Laboratoria Art&Science.
#новыеэлементы
⚫️ Новые элементы: галинстан ⚫️
В этот раз мы вдохновились работой Ральфа Беккера «Естественная история сетей/ Softmachine», в которой автор игриво демонстрирует интересные свойства галинстана. Во время перформанса, документация которого показана на выставке «Новые элементы», художник «управлял» жидким металлом с помощью электродов. Подобный эксперимент навевает мысли о программируемой материи — еще недавно такую технологию можно было бы отнести к выдумкам писателей-фантастов, однако сегодня инженеры вовсю изучают потенциал мягких материалов, которые удобно использовать для носимой электроники и современной робототехники.
Галинстан — это сплав, который состоит из галлия, индия и олова (на латыни последний называется stannum). Он обладает редким для металла свойством: при комнатной температуре вещество находится в жидком состоянии. В отличие от ртути — еще одного жидкого металла — галинстан не токсичен. Поэтому чаще всего именно его используют в современных термометрах. Медики считают градусники с этим веществом более точными.
Производители электроники ценят галинстан за то, что он хорошо проводит тепло. Сплав можно использовать, чтобы защитить компьютер от перегрева. По этой причине, например, корпус PlayStation 5 был сделан частично из галинстана. Правда, у сплава есть один существенный недостаток — при температуре ниже −19 °C галинстан расширяется, а еще он способен «поглощать» другие металлы. Так что на морозе термометры с этим веществом лучше не использовать.
В будущем жидкие металлы наверняка пригодятся для создания кастомизированных гаджетов и предметов — их несложно адаптировать для 3D-печати. А еще, в 2021 году исследователи из Университета Северной Каролины научились с помощью сплава из галлия и индия получать электроэнергию за счет механических движений — то есть превращать энергию ветра, движение мотора или вращение педалей в электричество. Механические руки из такого материала более гибкие и могут совершать более точные движения, сохраняя при этом общую прочность конструкции. На жидкие металлы возлагают большие надежды и инженеры, создающие мягких роботов. Механические руки из такого материала более гибкие и могут совершать более точные движения, сохраняя при этом общую прочность конструкции.
Этот пост написан в рамках нашего партнерства с Гёте-Институтом в Москве — который поддерживает выставку «Новые элементы». Она проходит до конца февраля в Новой Третьяковке.
#новыеэлементы
В этот раз мы вдохновились работой Ральфа Беккера «Естественная история сетей/ Softmachine», в которой автор игриво демонстрирует интересные свойства галинстана. Во время перформанса, документация которого показана на выставке «Новые элементы», художник «управлял» жидким металлом с помощью электродов. Подобный эксперимент навевает мысли о программируемой материи — еще недавно такую технологию можно было бы отнести к выдумкам писателей-фантастов, однако сегодня инженеры вовсю изучают потенциал мягких материалов, которые удобно использовать для носимой электроники и современной робототехники.
Галинстан — это сплав, который состоит из галлия, индия и олова (на латыни последний называется stannum). Он обладает редким для металла свойством: при комнатной температуре вещество находится в жидком состоянии. В отличие от ртути — еще одного жидкого металла — галинстан не токсичен. Поэтому чаще всего именно его используют в современных термометрах. Медики считают градусники с этим веществом более точными.
Производители электроники ценят галинстан за то, что он хорошо проводит тепло. Сплав можно использовать, чтобы защитить компьютер от перегрева. По этой причине, например, корпус PlayStation 5 был сделан частично из галинстана. Правда, у сплава есть один существенный недостаток — при температуре ниже −19 °C галинстан расширяется, а еще он способен «поглощать» другие металлы. Так что на морозе термометры с этим веществом лучше не использовать.
В будущем жидкие металлы наверняка пригодятся для создания кастомизированных гаджетов и предметов — их несложно адаптировать для 3D-печати. А еще, в 2021 году исследователи из Университета Северной Каролины научились с помощью сплава из галлия и индия получать электроэнергию за счет механических движений — то есть превращать энергию ветра, движение мотора или вращение педалей в электричество. Механические руки из такого материала более гибкие и могут совершать более точные движения, сохраняя при этом общую прочность конструкции. На жидкие металлы возлагают большие надежды и инженеры, создающие мягких роботов. Механические руки из такого материала более гибкие и могут совершать более точные движения, сохраняя при этом общую прочность конструкции.
Этот пост написан в рамках нашего партнерства с Гёте-Институтом в Москве — который поддерживает выставку «Новые элементы». Она проходит до конца февраля в Новой Третьяковке.
#новыеэлементы
⚫️ Новые элементы: полимеры ⚫️
Полимеры — класс веществ-хамелеонов, который сопровождал человечество на протяжении всей его истории, но стал по-настоящему незаменимым лишь в 20 веке, когда люди научились производить его в лаборатории. Из всех материалов этого класса в повседневной жизни мы, пожалуй, чаще всего сталкиваемся с пластиками. Первые пластики получали из природных составляющих — например, слоновой кости и черепашьего панциря. Вещи из натурального пластика были дорогими и довольно редкими. Синтетические полимеры попали на массовый рынок после того, как прошли проверку на прочность во время Второй мировой войны. К примеру, нейлон, который называли искусственным шелком, использовали для парашютов, веревок и подкладки в шлемах. Плексиглас заменил стекла на военных субмаринах и самолетах.
За счет своей структуры — длинных атомных цепочек — полимеры обладают эластичностью, легко принимают нужную форму и при этом достаточно договечны. В 1950–1960-е годы случился настоящий бум искусственных пластиков: вещи из синтетики составляли 63% от всей производимой одежды. Появилась одноразовая посуда и надувные предметы мебели. Из пластика делали игрушки и аксессуары. Наступила эпоха одноразовой материальной культуры.
Правда, уже к концу 1960-х ученые начали догадываться о том вреде, который мы наносим природе, производя товаров больше, чем способны потребить, и бесконтрольно расходуя невозобновляемые ресурсы. Сегодня пластики практически стали синонимом загрязнения окружающей среды, однако вряд ли человечество сможет отказаться от этого универсального материала в ближайшем будущем.
К счастью, ученые уже знают, как получать полимеры, которые будут биоразлагаемыми и безопасными для природных экосистем, не уступая при этом по своим характеристикам привычным нам искусственным пластикам.
Существует пять видов полимеров, с которыми сейчас экспериментируют исследователи:
— биопластики;
— композитные пластики, состоящие из нескольких разных волокон;
— самозаживляющиеся полимеры (как правило, они содержат в себе клетки микроорганизмов);
— пластики, которые проводят электричество;
— умные полимеры (пластики, которые меняют свою форму в зависимости от воздействия внешних стимулов).
На пост об удивительной истории полимеров нас вддохновила работа «Мыслить эволюцию» Аки Иноматы с выставки «Новые элементы». Художница заинтересовалась эволюционными процессами моллюсков и решила изучить, как поведет себя осьминог, если у него появится раковина — наподобие панциря его древнего предшественника, аммонита. Аки Иномата распечатала на 3D-принтере модель подобной раковины, ориентируясь на находки, обнаруженные во время подводных раскопок, и поместила ее в аквариум с осьминогом. Так, невольно этом объекте объединились прошлое, настоящее и будущее пластика.
Этот пост написан в рамках нашего партнерства с Гёте-Институтом в Москве — который поддерживает выставку «Новые элементы». Она проходит в Новой Третьяковке, и, кстати, у нас хорошие новости — выставку продлили до 27 марта.
#новыеэлементы
Полимеры — класс веществ-хамелеонов, который сопровождал человечество на протяжении всей его истории, но стал по-настоящему незаменимым лишь в 20 веке, когда люди научились производить его в лаборатории. Из всех материалов этого класса в повседневной жизни мы, пожалуй, чаще всего сталкиваемся с пластиками. Первые пластики получали из природных составляющих — например, слоновой кости и черепашьего панциря. Вещи из натурального пластика были дорогими и довольно редкими. Синтетические полимеры попали на массовый рынок после того, как прошли проверку на прочность во время Второй мировой войны. К примеру, нейлон, который называли искусственным шелком, использовали для парашютов, веревок и подкладки в шлемах. Плексиглас заменил стекла на военных субмаринах и самолетах.
За счет своей структуры — длинных атомных цепочек — полимеры обладают эластичностью, легко принимают нужную форму и при этом достаточно договечны. В 1950–1960-е годы случился настоящий бум искусственных пластиков: вещи из синтетики составляли 63% от всей производимой одежды. Появилась одноразовая посуда и надувные предметы мебели. Из пластика делали игрушки и аксессуары. Наступила эпоха одноразовой материальной культуры.
Правда, уже к концу 1960-х ученые начали догадываться о том вреде, который мы наносим природе, производя товаров больше, чем способны потребить, и бесконтрольно расходуя невозобновляемые ресурсы. Сегодня пластики практически стали синонимом загрязнения окружающей среды, однако вряд ли человечество сможет отказаться от этого универсального материала в ближайшем будущем.
К счастью, ученые уже знают, как получать полимеры, которые будут биоразлагаемыми и безопасными для природных экосистем, не уступая при этом по своим характеристикам привычным нам искусственным пластикам.
Существует пять видов полимеров, с которыми сейчас экспериментируют исследователи:
— биопластики;
— композитные пластики, состоящие из нескольких разных волокон;
— самозаживляющиеся полимеры (как правило, они содержат в себе клетки микроорганизмов);
— пластики, которые проводят электричество;
— умные полимеры (пластики, которые меняют свою форму в зависимости от воздействия внешних стимулов).
На пост об удивительной истории полимеров нас вддохновила работа «Мыслить эволюцию» Аки Иноматы с выставки «Новые элементы». Художница заинтересовалась эволюционными процессами моллюсков и решила изучить, как поведет себя осьминог, если у него появится раковина — наподобие панциря его древнего предшественника, аммонита. Аки Иномата распечатала на 3D-принтере модель подобной раковины, ориентируясь на находки, обнаруженные во время подводных раскопок, и поместила ее в аквариум с осьминогом. Так, невольно этом объекте объединились прошлое, настоящее и будущее пластика.
Этот пост написан в рамках нашего партнерства с Гёте-Институтом в Москве — который поддерживает выставку «Новые элементы». Она проходит в Новой Третьяковке, и, кстати, у нас хорошие новости — выставку продлили до 27 марта.
#новыеэлементы