Новая cуперрезина из углеродных нанотрубок может использоваться в неблагоприятных космических условиях.

Японские исследователи разработали новый вид суперрезины, основной составляющей частью которой являются углеродные нанотрубки. Этот материал, вязкий и текучий как загустевший мед, сохраняет свои упругие свойства в очень широком диапазоне температур. Обычные вязкоупругие материалы сохраняют свои свойства только при умеренных температурах, при высокой температуре они плывут и плавятся, при низкой температуре они затвердевают и становятся хрупкими. Именно из-за этого применение обычных материалов в космосе, где высокая температура может быстро сменить очень низкую температуру, весьма ограничено.

Новый суперрезиновый материал под воздействием критических температур, конечно, подвергается деформации, но его изначальная форма быстро восстанавливается при уменьшении неблагоприятного температурного воздействия. Исследователи, проводя опыты над новым материалом, воздействовали на него жидким азотом и пламенем газовой горелки, это позволило им определить, что стойкость материала находится в температурном диапазоне от -160 C до 1000 C. А такой широкий диапазон уже позволяет использование материала при создании конструкций космических кораблей и других аппаратов.

Основу нового материала составляет беспорядочная структура, состоящая из переплетенных между собой углеродных нанотрубок. Исследователи утверждают, что строениеэтой структуры больше всего напоминает сложную, тщательно уложенную прическу. Переплетение нанотрубок обеспечивает материалу необычайную эластичность и свойство памяти формы.

Согласно результатам исследований, опубликованных в журнале Science, производство новой суперрезины еще достаточно дорого для производства предметов массового потребления. Первоначально новый материал может использоваться для изготовления частей и деталей космических аппаратов и других научных аппаратов, которые здесь, на Земле, подвергаются воздействиям экстремальных температур. А попозже, может быть, дело и дойдет до немнущихся тканей и обуви, вырабатывающей электроэнергию.

Источник

Новая полимерная пленка преобразует энергию света прямо в энергию движения.

Исследователи из японского Института физических и химических исследований (Japan's Institute of Physical and Chemical Research, RIKEN) разработали новый полимерный материал, способный перемещаться под воздействием света определенной длины волны. Следует отметить, что методы преобразования энергии света в кинетическую энергию или энергию движения всегда использовали промежуточные преобразования, например в электрическую энергию, что отрицательно сказывалось на эффективности преобразования.

Основой нового полимера являются молекулы азобензола, органического вещества, состоящего из двух бензольных колец, связанных между собой двумя атомами азота. Структура этих молекул была сформована под воздействием света, после чего молекулы этого вещества были смешаны с горячим полимерным материалом, из которого методом горячего прессования была получена тонкая пленка. Попав в состав полимера, молекулы азобензола составили с другими органическими молекулами очень длинные, чрезвычайно разветвленные структуры, которые и играют роль сокращающихся"мышц"в этой светочувствительной пленке.

Под воздействием ультрафиолетового света с длиной волны 360 нм длинные молекулы полимера начинали сокращаться, вызвав значительный изгиб полимерной ленты. А послетого, как на ленту воздействовали обычным видимым светом с длиной волны 480 нм, молекулы полимера распрямились и пленка возвратилась в исходное состояние.

Согласно заявлению исследователей из RIKEN, новая светочувствительная пленка найдет применение при создании искусственных"мускулов",приводимых в действие светом. Кроме этого, используя технологию структуры подобного полимера, можно будет изготовить новые типы полимерных пленок большой площади, способных эффективно проводить электроны с одной поверхности на другую, что позволит создать совершенно новые, очень тонкие и эффективные солнечные батареи.

Источник

Самая маленькая в мире"бутылка"вмещает только одну молекулу воды.

Группе ученых из различных научных учреждений Китая и Германии, возглавляемой Кианян Зангом (Qianyan Zhang), удалось спроектировать и изготовит миниатюрный контейнер, своеобразную"бутылку",способную сместить только одну молекулу воды. Собственно этот контейнер представляет собоймолекулу фуллерена,но не цельную, а с отверстием, которое может закрываться с помощью специальной"крышки",состоящей из молекулы фосфатного соединения.

Одним из ключевых моментов проведенной работы являлся точный подбор размера отверстия в молекуле фуллерена C60, состоящей из 60 атомов углерода, для того, что бы внутрь ее смогла попасть и поместиться только одна молекула воды. Фосфатное соединение, выполняющее роль пробки этой бутылки, из-за его высокой химической активности может быть легко отделено от молекулы фуллерена, открыв, таким образом,"горлышко"этой минибутылки. Так же с помощью химического воздействия можно легко связать фосфат и углерод, закрыв проход в оболочке молекулы.

Само по себе создание такого контейнера для воды имеет только познавательный интерес. Но, используя подобную технологию, можно будет создавать контейнеры для молекул других веществ и радиоактивных элементов, а это уже может найти достаточно широкое применение в медицине и других областях.

Источник

Наноструктурированные материалы позволят избежать обледенения плоскостей самолетов и дорог.

Наступающая зима у многих людей ассоциируется с обледеневшими дорогами, тротуарами и линиями электропередач. А люди, связанные с авиацией не понаслышке знают, к чему может привести обледенение плоскостей и других поверхностей фюзеляжа самолета. Самым традиционным методом для борьбы с обледенением дорог является рассыпаниена их поверхности специальных химикатов или обычной соли. Но акая борьба с обледенением является дорогим и трудоемким занятием, соль и химикаты оказывают не оченьхорошее влияние на экологическую обстановку и вызывают усиленную коррозию кузовов автомобилей. Но с обледенением можно будет бороться и другими способами, исследователи из Гарвардского университета разработали материалы со специальной структурой поверхности, которая препятствует формированию на ней ледяного слоя.

Идея, легшая в основу создания материалов, была взята учеными из природы. Оказывается, вся поверхность тела комаров и некоторых других видов насекомых покрыта короткими волосками, материал которых имеет водоотталкивающее свойство. Наличие этих волосков, эффективно отталкивающих влагу, позволяет минимизировать доступную для влаги поверхность тела насекомого и держит части тела в сухом состоянии.

Исследователи провели множество экспериментов, в которых были использованы кремниевые пластины с различными видами поверхностей. На поверхность этих пластин были нанесены крошечные волоски или другие структуры, напоминающие структуру сот или кирпичной кладки. Просматривая в замедленном режиме видеосъемку падения на эти поверхности переохлажденных капель воды, ученые увидели то, что от некоторых видов поверхности капли воды попросту отскакивали, на других поверхностях они растекались и"намертво"примерзали. Особенно эффективно с точки зрения отражения капель воды работали поверхности с упорядоченными, связанными между собой структурами.

Как показали эксперименты, поверхности с наноструктурами препятствовали образованию на них льда до температуры - 30 градусов по шкале Цельсия. Ниже этой точки лед на этих поверхностях все-таки образовывался, но сильно не прикреплялся к поверхностям и мог быть удален достаточно просто.

Профессор Джоанна Айзенберг (Prof. Joanna Aizenberg), руководитель группы исследователей, поделился дальнейшими планами:"Использование материалов с наноструктурой поверхности в составе материала дорожных покрытий позволит дорожным службам поддерживать дороги зимой в чистом состоянии с гораздо меньшими затратами, чем это делается сейчас. А покрыв таким составом поверхность самолета, можно будет навсегда забыть об обледенении. Дело осталось только за малым - разработать доступную и дешевую технологию промышленного производства антиобледенительных материалов, чем мы сейчас собственно и занимаемся".

Результаты этих исследований были недавно опубликованы в журнале ACS Nano.

Источник

Использование графеновых нанолент позволит достичь небывалых значений плотности хранения информации.

Исследователи из Германии, Швейцарии и Италии, проведя серию экспериментов установили, что изготовление нанолент из графена, покрытых нанопроводниками из специального состава, позволяет создавать ячейки памяти чрезвычайно малых размеров. Микросхемы памяти, изготовленные с использованием таких наноленточных, технологий будут иметь значение плотности хранения информации во много раз превышающее аналогичное значение у обычных кремниевых микросхем. Помимо этого, наноленточные ячейкипамяти быстрее в несколько раз, чем ячейки памяти, изготовленные на основе углеродных нанотрубок и графена.

Для получения ленты из графена ученые осаждали на поверхность графенового листа нанопроводники из оксида ванадия V2O5 после чего резали графен лучом ионов аргона. Используя такую методику удалось получить ленты из графена шириной всего 20 нм, при этом края ленты были намного прямее, чем это могло быть достигнуто с помощью самыхсовершенных литографических методов. Согласно заявлению Романо Сордэн (Roman Sordan) из Политехнического университета в Милане (Politecnico di Milano), одного из участника этих исследований, немного позже уже были созданы графеновые наноленты шириной 10 нм.

"Площадь новой ячейки памяти настолько мала, что позволит достичь очень высокого значения плотности записи"-рассказывает Сордэно в статье на странице портала nanotechweb.org. -"Таким образом мы ожидаем, что микросхемы на основе графеновых нанолент позволят закону Гордона Мура продержаться в действии еще достаточно долгое время".

Использование графеновых нанопленок, согласно Сордэно, не ограничится только устройствами хранения информации, их потенциал намного шире. Сейчас, когда на основенанолент успешно созданы ячейки памяти, ученые собираются на их основе создать цифровые логические элементы."Мы уже реализовали логические элементы на базе графена, но считаем, что эти элементы, изготовленные из графеновых нанолент, будут работать гораздо стабильнее, быстрее и потреблять еще меньше энергии"-говорит Сордэн.

Источник

Разработан новый, экологически чистый, процесс производства углеродных нанотрубок.

Размеры, прочность и электрические свойства углеродных нанотрубок сделают их в самом ближайшем будущем обязательным компонентом в электронике, медицинских устройствах и в других областях. Однако, использование обычных технологий производства углеродных нанотрубок в промышленном масштабе может привести к тому, что в атмосферу будут выбрасываться ежегодно сотни тонн различных химикатов и углекислого газа. Все современные технологии производства нанотрубок основаны на использовании нагретой до высоких температур смеси водорода с природным газом, метаном. Углерод, входящий в состав метана, осаждается в виде нанотрубок на поверхности металлического или никелевого катализатора, а все побочные продукты химических реакций, среди которых бывают достаточно вредные вещества, просто выбрасываются в атмосферу.

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали совершенно новую технологию производства углеродных нанотрубок, которой происходит принормальной температуре. Носителем углерода, из которого происходит формирование нанотрубок, является смесь этилена и еще одного соединения. Ученые, проводя исследования, проверили более 40 различных составов, выбрав из них самые эффективные компоненты, обеспечивающие рост нанотрубок. Этими чудо-компонентами стали некоторыевещества из вида алкинов, соединений, молекула которых содержит, по крайней мере, два атома углерода. К сожалению, ученые разработавшие процесс, забыли сообщить илидержат в тайне какие именно из алкинов были использованы для получения нанотрубок.

Но, как бы там ни было, новый технологический процесс, благодаря отсутствию высокой температуры, является более экологически чистым. Все не прореагировавшие компоненты не сбрасываются в атмосферу, а могут быть использованы повторно, поэтому количество используемых в процессе этилена и водорода сокращается на 20 и 40 процентовсоответственно, по сравнению с обычным технологическим процессом. Отсутствие нагрева компонентов до высокой температуры позволяет избежать существенных затрат энергии на нагрев. С учетом того, что рынок производства углеродных нанотрубок достигнет нескольких миллиардов долларов в течение следующих двух-трех лет, то новыйтехнологический процесс поможет сэкономить производителям весма круглые суммы, при этом существенно снизив вред, наносимый окружающей среде.

Источник

Флуорографен - лучшая замена тефлону в электронике и других областях.

Профессор Андрей Гейм из Манчестерского университета,лауреат Нобелевской премии этого года в области физики,и его команда разработали новый материал, флуорографен (fluorographene), универсальность которого делает возможным его применение в тысячах различных областей, включая электронику, где он с успехом может заменить тефлон или фторопласта. Флуорографен представляет собой графеновую пленку, в которой некоторые из атомов углерода заменены атомами фтора. Свойства нового материала, имеющего плоскую двухмерную структуру, практически повторят свойства тефлона, включая химическую инертность, термическую устойчивость и механическую прочность.

Согласно исследователям, создавшим новый материал, производство флуорографена достаточно просто, его с легкостью можно будет реализовать после того, как будет налажено производство графена, который будет выступать в качестве сырья.

Отличительной особенностью флуорографена является то, что этот материал является самым тонким и прочным изолирующим материалом, известным людям в настоящее время. Именно поэтому основное его применение будет в области электроники и производстве новых источников света на основе светоизлучающих диодов.

Но, по словам исследователей, ничто не будет мешать использовать флуорографен и в бытовых устройствах и предметах в качестве покрытия, для которого сейчас используют тефлон. Только за счет большой механической прочности покрытие их флуорографена будет намного устойчивей и прочней.

"Нет большого смысла рассматривать новый материал как просто замену тефлона"-рассказывает профессор Гейм. -"У нового материала есть совокупность уникальных свойств как графена, так и тефлона, поэтому мы должны думать о совершенно новых областях использования флуорографена, в которых все свойства будут использоваться на полную катушку".

Источник

Золотые наночастицы превращают деревья в уличные фонари.

Уличное освещение является очень важной частью городской инфраструктуры. Уличные фонари освещают окружающую среду и делают дорогу домой более безопасной в вечернее и ночное время. Теперь представьте себе уличные фонари, не нуждающиеся в электричестве. Звучит достаточно заманчиво, и, самое главное, что это уже становится реальной вещью, благодаря исследованиям, проведенным группой Тайваньских ученых. Ученые обнаружили, что золотые наночастицы, помещенные внутрь живых листьев некоторых видов деревьев, начинают излучать яркий свет красноватого света. Так и возникла идея использовать деревья для замены уличных фонарей, идея, внедрение которой позволит снизить затраты электроэнергии, уменьшить выбросы углекислого газа в окружающую среду и уровень светового"загрязнения"в больших городах.

Сделанное учеными открытие явилось случайным или побочным открытием. Основным направлением, над которым работали ученые, являлась разработка новых высокоэффективных источников освещения, подобных светодиодным источникам (Light Emitting Diode, LED), которые не содержат ядовитых химикатов, таких как люминесцентные составы на основе ртути. Профессор Ших-Хуи Чанг (Shih-Hui Chang) рассказывает об этих исследованиях:"В настоящее время светодиоды все больше и больше заменяют обычные источники света в уличном освещении. Но большинство светодиодов белого свечения использует люминесцентный состав для получения белого света широкого спектра. Этот состав содержит ртуть и поэтому достаточно ядовит, к тому же он достаточно дорог. Наши исследования, возглавляемые доктором Ен-Хсун Ву (Dr. Yen-Hsun Wu), были направлены на поиск нового материала, способного выступить в качестве замены люминесцентных составов".

И, проводя эксперименты, ученые обнаружили, что золотые наночастицы являются первым кандидатом для того что бы стать заменой люминесцентных составов. Затем, совершенно случайно, ученые обнаружили, что золотые наночастицы, помещенные внутрь листьев деревьев каролинской бакопы (Bacopa caroliniana), стали источником флюоресценции фиолетово-синего света, который, попадая на хлорофилл, переизлучался в виде красного света.

Источник

Исследователи создали сверхмощное средство аккумулирования энергии - микросуперконденсатор.

Суперконденсаторы, так называемые конденсаторы с двойным электрическим слоем (electric double layer capacitors, EDLC), являются электрохимическими конденсаторами с необычайно высокой плотность хранения электрической энергии. По своей природе суперконденсаторы занимают промежуточное положение между аккумуляторными батареями, имеющими высочайшую энергетическую плотность, но которые являются медленными, т.е. они не способны выдать весь электрический заряд в течение короткого времени, и обычными конденсаторами, которые являются быстрыми, но имеют относительно низкую энергетическую плотность. Интернациональная команда ученых из США и Франции сообщила о разработке ими микроминиатюрных суперконденсаторов, имеющих замечательные электрические характеристики, которые могут выступить в качестве источников энергии различной мобильной электроники, сетей беспроводных датчиков, биомедицинских имплантов, устройств радиочастотной идентификации RFID и многое другое.

Разработанные учеными устройства имеют емкость, на четыре порядка превышающую емкость обычных электролитических конденсаторов, при этом новые суперконденсаторыобеспечивают скорость разряда в три порядка выше, чем суперконденсаторы промышленного производства, используемые в источниках резервного питания, ветроэлектрогенераторах и других электрических устройствах. Но самое, что примечательно, так это то, что размеры новых сперконденсаторов составляют всего несколько микрометров(0.000001 метра).

Известно, что чем больше отношение площади электродов конденсатора к объему этого же электрода, тем выше электрические характеристики суперконденсаторов. Что же сделало возможным такие поистине уникальные характеристики новых устройств? Все дело оказывается в том, что электроды этих суперконденсаторов состоят из частиц, размером 6-7 миллимикронов в диаметре. При этом, каждая частица представляет собой нечто наподобие луковицы из углерода. Именно эти сферические углеродные слои и обеспечивают очень большое значение площади электрода конденсатора.

Следует добавить, что это устройство является первым устройством, в котором использованы микроскопические частицы со сферическими слоями. В более ранних исследованиях ученые пытались использовать поверхности активированного угля, углерод , полученный из карбида и даже углеродные нанотрубки, но не один из этих материалов необеспечил таких высоких электрических характеристик суперконденсаторов.

Более подробная информация касательно этих исследований и их результатов опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

Источник

Использование наноантенны позволяет усилить свет лазера в тысячу раз.

Ученым из Университета Райс в Хьюстоне удалось получить эффект усиления в тысячу раз интенсивности лазерного света используя, так называемую,"наноантенну".Сердцем этого оптического усилителя являются два микроскопических конуса из золота, разделенные промежутком в одну стотысячную долю от толщины человеческого волоса. В точке межу этими золотыми конусами происходил"захват"фотонов света, пучок света фокусировался и усиливался. Ученый-физик Дуг Нэтелсон (Doug Natelson) считает, что эта технология может стать основой для создания новых типов оптических инструментов для использования в биохимических исследованиях, в промышленности, в системах шифрования данных и системах безопасности.

Фотоны лазерного света, проходящие сквозь промежуток, инициировали создание плазмонов, облаков из колеблющихся электронов, на поверхности золота, создавая в промежутке электрическое поле."Плазмонные области на поверхности металла в тонком промежутке могут быть очень большими, гораздо больше, чем области на поверхности металла, облученного обычным светом"-рассказывает Нэтелсон. -"Здесь мы столкнулись с одной трудностью, никакими ранее известными методами нельзя было измерить величину плазмонных областей и коэффициент усиления светового потока".

Для реализации необходимых измерений ученые подали на золотые конусы импульсы электрического тока определенной формы и частоты, эти импульсы заставили электроны"перескакивать"через промежуток. Сравнивая низкочастотные изменения тока через промежуток, зависящего от интенсивности падающего лазерного света, с эталонным опорным сигналом,ученым удалось косвенным методом измерить коэффициент усиления света лазера.

"Причина, по которой мы занимаемся подобными исследованиями кроется не только в области научных знаний"-рассказывает Нэтелсон. -"Имея оптические усилители с регулируемым коэффициентом усиления, можно реализовать много чего полезного и необходимого в областях нелинейной оптики и создании новых типов всевозможных датчиков".

Источник

Вода и графен могут стать основой компьютеров будущего.

Графен является материалом, который в последнее время упоминается все чаще и чаще. Главным образом этому способствуют его уникальные свойства, благодаря которым он может быть использован в самых различных областях. К сожалению, в оригинальном виде графен, обладающий высокой электрической проводимостью, не может использоваться в качестве транзистора, основного ключевого элемента современной цифровой электроники. Несмотря на то, что уже были созданы образцы первых графеновых транзисторов, они, эти транзисторы, еще далеки от совершенства и технологичности, что делает в настоящее время невозможным их практическое применение. Но разные коллективыученых продолжают работать в этом направлении и изобретают различные варианты графеновых транзисторов.

Одним из таких ученых, работающих над созданием графенового транзистора, является доктор Нихил Караткар (Nikhil Karatkar), который для управления проводимостью графеновой пленки использовал обычную воду. В проведенных опытах он использовал графеновую пленку, размещенную меду двумя электродами из кремния и диоксида кремния. Молекулы воды, попавшие на поверхность графеновой пленки оказываю влияние на ее электропроводность, превращая ее в проводник с высоким электрическим сопротивлением. Это, в свою очередь, позволяет реализовать простейший электрический выключатель - транзистор.

Ученые уже ранее добивались подобного эффекта, воздействуя на графен другими веществами, но достижение такого результата с обычной водой является немалым прорывом. Вода - совершенно безвредное и недорогое вещество, ее состоянием достаточно легко управлять с помощью изменений давления и температуры. Стоит только немного увеличить давление - молекулы воды сконденсируются на поверхности графена, лишив его проводимости, увеличив температуру можно заставить молекулы воды испариться, восстановив проводимость пленки.

Но, приведенные выше примеры являются только лишь самыми примитивными способами управления, которые вряд ли смогут обеспечить более-менее приемлемую скорость включения и выключения графеновых транзисторов. Для обеспечения этого ученые собираются применить другие, более изощренные методы, на что и будут направлены их дальнейшие исследования. Вполне вероятно, что благодаря этому в недалеком будущем появятся компьютеры следующего поколения на основе воды и графена.

Источник

Наночастицы могут стать основой для создания флэш-памяти нового типа.

Новый вид энергоемких материалов, идеально подходящих для использования в флэш-памяти, был обнаружен исследователями из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета в Беркли. Эти материалы могут быть использованы для создания нового типа памяти на основе фазовых переходов с произвольным доступом (phase change random access memory, PCM), и, возможно, для создания новых устройств оптического хранения данных.

Проводя эксперименты с крошечными наночастицами из германия, заключенными в оболочки из кремния, исследователи разработали технологию, благодаря которой можно нетолько переводить частицы из кристаллической в аморфную фазу, но и стабилизировать эти фазы в течение сколь угодно долгого времени."Фазовые переходы, т.е. переход из кристаллического в аморфное состояние и наоборот, могут быть спровоцированы импульсами электрического тока, длиной в несколько наносекунд или светом лазера, и, так же, комбинацией двух последних методов"-рассказывает Дэрил Крзэн (Daryl Chrzan), ученый-физик, занимающий одновременно посты в обоих вышеупомянутых научных учреждениях.

Конечно, до практической реализации новых типов памяти ученым еще предстоит решить немало проблем, и, основной проблемой является проблема надежности хранения данных. С этой точки зрения ученым еще предстоит выяснить, какое количество фазовых переходов смогут выдержать наночастицы без нанесения ущерба их структуре. Так же еще предстоит решить вопрос о интеграции ячеек памяти с наночастицами в структуру кремниевых чипов и подведение к ним проводников, с помощью которых будут осуществляться управление фазовыми переходами (запись данных) и операции чтения данных.

Источник

Умирающие звезды - фабрики по производству наночастиц.

Ученые-астрономы в ходе исследований не раз натыкались в космосе на следы различных наночастиц. На этот раз, данные, полученные с помощью космического телескопа НАСА Spitzer, позволили ученым обнаружить четкие следы специфичных наночастиц, так называемых бакиболлов (buckyballs). Скопление бакиболлов было обнаружено в Маленьком Магеллановом Облаке, галактике, являющейся спутником нашей галактики, Млечного Пути. Эти наночастицы, бакиболлы, интересны тем, что они состоят исключительно из углерода, а форма их напоминает футбольный мяч. В некоторых случаях в полости этого"мяча"может быть заключены частицы или молекулы других веществ, именно этот факт стал основой теории о том, что бакиболлы занесли на Землю химические элементы и соединения, сыгравшие ключевую роль в процессе зарождения жизни.

Летиция Стангеллини (Letizia Stanghellini) из Национальной оптической астрономической обсерватории (US National Optical Astronomy Observatory) и ее коллеги из Европы использовали данные телескопа Spitzer для поиска спектральных линий излучения, характерных для бакиболов, известных еще под научным названием фуллерены. Ученые предположили, что образованию таких наночастиц способствуют условия, присутствующие во время конечной стадии жизни звезды. Наночастицы образуются из материи, извергаемой звездой, под воздействием высоких температур и высокоэнергетичных излучений.

Доказательством этого предположения стал тот факт, что в окрестностях одной из таких"умирающих"звезд было обнаружено огромное количество фуллеренов C60, общая масса которых в три раза превышает массу планеты Меркурий. В настоящее время большие скопления наночастиц обнаружены в четырех областях космоса из 250 областей, тщательно изученных телескопом Spitzer.

Источник

Топливные элементы с нанопроводниками могут вырабатывать электричество из любой жидкости биологического происхождения.

Исследователи из Китая и США разработали миниатюрный топливный элемент, способный вырабатывать электричество из любой жидкости биологического происхождения, начиная от крови и заканчивая арбузным соком. Основная часть исследований проводилась в лабораториях Университета Цинхуа (Tsinghua University) в Пекине, где ученые создали нанопроводник, изготовленный и специального полимерного материала, способный проводить в одном направлении свободные протоны. Этот проводник закреплен на металлических электродах, через которые осуществляется отбор энергии, а на его поверхность нанесены с разных сторон слои из окислительного и восстановительного ферментов.

Исследования утверждают, что проведенные опыты показали, что одна ячейка такого топливного элемента способна выработать энергию, мощностью от 0.5 до 3 микроватт. Благодаря малым размерам такие топливные элементы могут быть объединены в генератор большей мощности, способный обеспечить энергией и привести в действие наноустройства для экологического контроля, биологических исследований, портативную электронику и системы личной защиты и безопасности.

Дальнейшим развитием этой технологии и ее коммерческим внедрением будет заниматься компания IDTechEx.

Источник

Двухногие молекулярные машины значительно обгоняют своих четырехногих коллег.

Молекулярные машины, которые передвигаются внутри живых организмов, транспортируя белки между клетками, являются предметом исследований, проводимых учеными Калифорнийского университета в Риверсайде (University of California, Riverside). Изучение поведения таких машин, разработка методик управления ими, могут сыграть огромную роль в развитии медицины и области производства электронных устройств.

Ученые исследовали поведение разных типов молекулярных машин, способных перемещаться по ровным поверхностям. У этих машин были две (anthraquinone и pentaquinone) или четыре (pentacenetetrone и dimethyl pentacenetetrone) структуры, выполнявшие роль ног. Перемещение таких машин требует четкой координации движений их"придатков",только благодаря этому они могут передвигаться на более-менее значительное расстояние, перевозя их груз от клетки к клетке.

Для того, что бы создать движущуюся управляемую молекулярную машину, требуется сначала понять механические и электрические принципы, с помощью которых можно управлять движением машины. Для этого, еще в 2008 году, учеными из Риверсайда была создана"двухногая"молекулярная машина, которая могла передвигаться относительно быстро по металлической поверхности. На этот раз, с целью перемещения более тяжелых"грузов",ученые создали четырехногую молекулу, отдаленно напоминающую фигуру лошади, которая для движения использовала высокую температуру окружающей среды.

Но после первых движений четырехногой молекулярной машины обнаружилось, что из-за ее больших габаритов перестал работатьэффект квантового туннелирования,который, как известно, проявляется для очень малых объектов, таких как электроны и атомы водорода. Малые, двухногие, молекулярные машины, благодаря чудесам квантовой механики, могли беспрепятственно проникать сквозь преграды и клеточные мембраны. Таким образом, оказалось, что четырехногие молекулы, несмотря на наличие двух дополнительных"ног",оказались существенно медленнее двухногих собратьев.

Несмотря на постигшую ученых неудачу, они не отчаиваются и продолжают исследования. Область молекулярных машин находится только в самой ранней стадии ее развитияи, вполне вероятно, что будущие открытия могут сделать так, что эффект квантового туннелирования будет выполняться для больших молекул и структур. Еще одним направлением работы ученых является разработка и создание молекулярных машин, которые будут получать энергию от света, и движением которых можно будет управлять, меняя длину волны света.

Данные исследования проводятся благодаря гранту, выделенному Министерством энергетики и Национальным научным фондом США. Подробные результаты исследований былиопубликованы в онлайн-версии журнала американского Химического Общества.

Источник

Cпомощью графеновой пленки ученым удалось значительно ускорить расшифровку ДНК.

Графенявляется достаточно удивительным материалом, обладающим целым рядом необычных свойств. Около месяца назад мы рассказывали, как с помощью листов углерода одноатомной толщиныудалось получить самые сильные магнитные поля,как антисептические свойства графена позволяют использовать его в качествеперевязочного материала,и многое другое. Ученые Гарвардского университета и Массачусетского технологического института добавили еще один пункт в список практического использования свойств графена, на основе которого была разработана технология быстрой расшифровки последовательности ДНК.

Ученые"просверлили"в графеновой пленке отверстие размером всего в несколько нанометров. Графеновая пленка с такими отверстиями, называемыми нанопорами, был наложен на подложку из кремния и вставлен в качестве мембраны в специальный резервуар, разделив его на две части. Таким образом графеновая мембрана, толщиной меньше нанометра, явилась единственным разделителем, способным разделить жидкость в резервуаре и выдержать перепад давления, ведь известно, что графен является еще и наиболее прочным в мире материалом.

Поместив в два отделения резервуара электроды и подав на них напряжение, ученые инициировали прохождение электрического тока сквозь мембрану. При этом ионы, переносящие электрический заряд двигались через нанопоры. Когда сквозь нанопору начиналось движение длинной молекулы ДНК, которые были специально добавлены в один из резервуаров, они перекрывали путь потоку ионов, что, в свою очередь, вызывало изменения в значении силы тока, текущего от одного электрода к другому. Применив высокоточные измерительные приборы и математическую обработку полученных сигналов, удалось не только определить длину молекулы ДНК, но и идентифицировать последовательности молекулярных пар, составляющих последовательность ДНК.

Для практического применения нового метода еще предстоит решить ряд проблем, основной из которых является обеспечение постоянной скорости движения молекулы ДНК через нанопору. Но, как только эти проблемы будут разрешены, а это, по заверениям ученых произойдет в ближайшее время, появятся новые устройства, применение которых может ускорить и снизить стоимость полного анализа генома человека, который, как известно, является в настоящее время весьма дорогостоящим мероприятием.

Источник

Наножидкость - новое высокоэффективное средство для охлаждения горячих серверных процессоров.

В большинстве современных датацентров и помещений, где установлены многопроцессорные суперкомпьютеры, используются централизованные системы охлаждения, отводящие тепло от горячих электронных устройств. Большинство из таких систем в качестве теплоносителя использует обычную, хоть и специально подготовленную воду, немногореже используются специальные жидкости, имеющие более высокую, чем вода теплоемкость. Ученые из шведского Технологического института (Sweden's Institute of Technology) разработали на основе нанотехнологий новое решение, наножидкость, которая по своим теплотехническим характеристикам значительно превосходит воду и другие охлаждающие составы.

Наножидкость представляет собой воду с некоторым, достаточно небольшим количеством находящихся в ней наночастиц. Наночастицы рассеяны в общей массе воды таким образом, что это совершенно не сказывается на физических свойствах, таких как текучесть и вязкость. Зато теплоемкость такой наножидкости оказывается значительно выше, что означает, что эта жидкость в состоянии более эффективно, на 30-40%, отводить тепло от горячей электроники.

Исследователи, возглавляемые Мэмун Мухаммедом (Mamoun Muhammed), провели сотни экспериментов, в которых использовали наночастицы различных размеров и изготовленных из разных материалов. Как оказалось самый большой эффект увеличения теплоемкости вызывали наночастицы из окисей металлов, цинка и меди. В самом ближайшем времени ученые планируют испытать наножидкости, изготовленные на основе углеродных нанотрубок.

"Благодаря нашей технологии, компании, имеющие собственные суперкомпьютеры или датаценты, смогут существенно экономить средства, затрачиваемые на охлаждение, во-вторых, электронные устройства будут функционировать устойчивей и надежней при более низких температурах, что, вдобавок, положительно скажется на сроке их службы. Ив-третьих, эта технология внесет свой вклад в мировую экологию, позволяя сэкономить некоторое количество энергии"-рассказывает Mamoun Muhammed. -"Нам предстоит решить еще ряд задач, в частности подобрать оптимальную концентрацию наночастиц, содержащихся в жидкости. Когда это произойдет, а это может произойтив течение следующих 3-7 лет, охлаждающие системы на основе наножидкостей могут найти применение, как и в мощных суперкомпьютерах, так и в обычных настольных системах".

Источник

Исследователи создали первый опытный образец искусственной почки, пригодный для имплантации.

Уровень развития нанотехнологий, микроэлектроники и других технологий в последнее время поднялся настолько, что стала возможной реализация идей, которые ранее считались фантастическими. К этому разряду можно отнести и создание искусственных органов, которые с успехом могут заменить органы человеческого организма. Уже былисозданы искусственное сердце, печень и даже искусственные клетки головного мозга. На прошедшей неделе группа ученых из различных научных учреждений, возглавляемая профессором Шуво Роем (Shuvo Roy) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, объявили о создании первой в мире искусственной почки, которая в ближайшем будущемможет стать имплантируемым устройством.

Конечно, первый опытный образец этой искусственной почки, приводимый в действие электромеханической циркуляционной системой, имеет достаточно большие размеры для того, что бы стать имплантируемым устройством. Но такое устройство пока предназначено для клинического применения в случаях особо тяжелых заболеваний. Но разработчики этой искусственной почки считают, что применив технологии производства кремниевых электронных чипов, им удастся сократить размеры устройства для размера маленькой кофейной чашки, что уже сопоставимо с размерами обычной человеческой почки. Новый имплант будет использовать для фильтрации кровяное давление пациента, ане внешнюю циркуляционную систему, как это реализовано в опытном образце. Такой небольшой имплант может избавить тысячи людей с некоторыми заболеваниями почек отнеобходимости использования метода диализа во время ожидания донорской почки или вообще заменить вышедшую из строя почку.

Новая искусственная почка представляет собой двухступенчатую систему, первым очистительным этапом является"Биокатридж"(BioCartridge),состоящий из сотен тысяч наноразмерных фильтров, которые удаляют токсины из состава крови. Биореактор"HemoCartridge",имеющий трубчатую структуру, подражающую структуре почечных тканей, удаляет отходы метаболизма и выполняет балансирующую функцию, подобно настоящей живой почке человеческого организма.

По словам Шуво Роя, решение задачи создания искусственной почки, которая не была решена успешно до последнего момента, стало возможным только благодаря последним достижениям в области нанотехнологий, биотехнологий и других областей науки и техники.

Источник

Сетки из нанотрубок могут скрыть подводные лодки от гидроакустиков и сонаров противника.

Еще два года назад китайские ученые, покрыв одну сторону ткани тонким слоем нанотрубок, заставили эту ткань воспроизводить звуковые волны. Это была демонстрация технологии, позволяющей создавать звук на основе термоакустического эффекта, когда электрические импульсы, проходящие через нанотрубки, заставляли их нагреваться инагревать окружающий их воздух, что, в свою очередь создавало акустические волны. Американские ученые, взяв за основу эту идею, применили ее под водой, неожиданно получив технологию, с помощью которой подводники смогут обнаруживать другие подводные объекты, оставаясь при этом незамеченными.

Исследователь Али Алиев (Ali Aliev) и его коллеги из Техасского университета в Далласе, используя низкочастотные сигналы, созданные листами из нанотрубок, разработалиновую гидролокационную систему, с помощью которой можно определить местоположение, глубину и скорость подводных объектов. Так же эти листы из нанотрубок могут генерировать звуковые волны, которые будут подавлять шумы, вырабатываемые собственно подводной лодкой.

Основным препятствием, с которым пришлось столкнуться ученым, это то, что вода, в особенности морская, окисляет и разрушает нанотрубки, которые, вдобавок, могут бытьпросто порваны потоком воды при движении подводной лодки. Для предотвращения непосредственного контакта с водой ученые поместили листы из нанотрубок в капсулы изакустически прозрачного материала, которые выступили в качестве резонаторов, усиливающих звуковые колебания в 10 раз.

Так же ученые экспериментировали и с многослойными структурами. Как оказалось, наибольшей эффективностью обладает структура из двух слоев, электрические импульсына которые подаются поочередно с небольшой задержкой.

Результаты этих исследований были опубликованы в последнем выпуске журнала Nano Letters.

Источник

Использование плазмонных нанорезонаторов позволило создать дисплей с самой высокой на сегодняшний день разрешающей способностью.

Согласно информации, опубликованной исследователями из Мичиганского университета, тончайшие полоски металла, использованные в качестве плазмонных нанорезонаторов, позволили им создать крошечный дисплей, имеющий самую высокую на сегодняшний момент разрешающую способность. В качестве доказательства этого факта они вывелина этот дисплей логотип Мичиганского университета высотой всего 9 микрон, который можно увидеть на предоставленном снимке.

Каждый пиксел этого плазмонного нанорезонаторного дисплея имеет размер на порядок меньший, чем пикселы обычных дисплеев, так же пиксел нового дисплея в восемь разменьше пиксела одного из наиболее качественных современных дисплеев, дисплея мобильного телефона iPhone 4.

Этот дисплей состоит из двух листов металла, между которыми находится тончайший слой диэлектрика. В этой многослойной структуре с помощью лазера сделаны очень точные разрезы, которые действуют как резонаторы. Свет с любой длиной волны, попадающий в эти резонаторы, преобразуется в свет со строго определенной длиной волны. Длина волны преобразованного резонатором света напрямую зависит от толщины разреза, разрез толщиной в 360 нанометров будет излучать красный свет, а толщиной 270 нанометров, соответственно, зеленый свет. Это устраняет необходимость использования поляризаторов, цветных фильтров, стекла и жидких кристаллов, которые являются основойлюбого жидкокристаллического дисплея.

Новая технология является наиболее подходящей технологией для создания проекционных экранов, миниатюрных экранов для различной электронной техники и микроминиатюрных гибких экранов, которые без труда можно будет встраивать даже прямо в глаз человека.

Я думаю, что не стоит и упоминать о том, что самыми первыми в разработке таких устройств заинтересованы военные. В подтверждение вышесказанного следует сообщить о том, что данные исследования выполнялись учеными под совместным финансированием Управления научных исследований ВВС США (Air Force Office of Scientific Research) и Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA.

Источник

Новая технология производства позволяет придать нанотрубкам практически любую форму.

Углеродные нанотрубки, несмотря на все технические достижения, сделанные с их помощью, выглядят достаточно уныло и однообразно, рассматривая их под микроскопом можно увидеть только темные трубы различной длины. Ученые Мичиганского университета, разработали новый процесс выращивания нанотрубок, названный"капиллярным формированием",используя который можно вырастить углеродные нанотрубки различной формы, напоминающие закрученные шпили, концентрические кольца и изогнутые лепестки. И дело здесь заключается совсем не в эстетике, хотя формы таких нанотрубок выглядят немного фантастически, все дело состоит в том, что нанотрубки, имеющие сложную трехмерную форму могут стать огромным прорывом в области разработки микроустройств и наноматериалов.

"Достаточно просто получать прямые углеродные трубки, это делается весьма простым способом"-рассказывает профессор Мичиганского университета А. Джон Харт (Prof. A. John Hart). -"Ранее было совершенно невозможно придать им произвольную, более сложную, форму. Но ведь создание сложных пространственных структур является одной из главных целейнанотехнологий и нанопроизводства. Метод капиллярного формирования может быть применен к производству различных типов нанотрубок и нанопроводников, не только углеродных, но и из других материалов. А его относительная простота и масштабируемость делает его вполне приемлемым для промышленного производства".

Процесс капиллярного формирования нанотрубок начинается с нанесения на кремниевую подложку рисунка из тонкой металлической пленки, который служит шаблоном и катализатором для выращивания нанотрубки. Форма этого рисунка и определяет форму нанотрубок, которые вырастут на его основании. Затем положка с нанесенным рисунком нагревается в специальной печи до высокой температуры, атмосфера в этой печи представляет собой смесь различных углеводородных соединений. Газообразные углеводороды, под воздействием высокой температуры и каталитического действия металла, распадаются на составные части. Высвобождающийся углерод осаждается на поверхностькатализатора, начиная процесс формирования новой нанотрубки, которая продолжает расти вверх от подложки.

По завершению выращивания нанотрубок до необходимой длины, положка вместе с нанотрубками помещается в среду кипящего ацетона, который под воздействием капиллярных сил проникает внутрь созданных структур, заставляя их сгибаться и скручиваться в сложные трехмерные формы."Мы обнаружили, что изначальная форма шаблона влияет не только на форму выращиваемых нанотрубок, она влияет также на то, каким образом капиллярные силы будут воздействовать на нанотрубки. Одна форма вызовет изгиб, другая форма вызовет скручивание и т.д. А комбинируя формы шаблонов, мы можем создавать очень сложные формы нанотрубок"-поясняет Джон Харт.

Используя новый метод производства можно получать большие партии нанотрубок заданной формы за один раз. Ученые считают, что это позволит сильно двинуть вперед область нанотехнологий и обеспечит появление новых микроустройств, метаматериалов и легких конструкционных материалов для самолетов и космических кораблей будущего.

Подробные результаты этих исследований были опубликованы в последнем выпуске журнала Advanced Materials.

Источник

Ученые разработали метод, с помощью которого можно определить то, как нанотехнологии будут влиять на человеческий организм.

Быстрое развитие области нанотехнологий заставляет задуматься некоторых ученых, в частности медиков, так ли безвредны нанотехнологии для человеческого организма? Ведь наночастицы, нанотрубки и нанопленки с химической точки зрения ведут себя совершенно иначе, чем частицы обычных размеров из того же самого материала. Именнопоэтому достаточно сложно предугадать, что именно может вызвать, и какие последствия будет иметь попадание наноматериалов внутрь биологических систем, включая и организма человека. Решение этой задачи позволит поднять уровень экологической безопасности при производстве и обработке наноматериалов, а так же при использовании наноматериалов в медицинских целях.

Исследователи из университета штата Северная Каролина (North Carolina State University), доктор Джим Ривир (Dr. Jim Riviere), доктор Нэнси Монтейро-Ривир (Dr. Nancy Monteiro-Riviere ) и доктор Ксин-Руй Ксиа (Dr. Xin-Rui Xia) начали разрабатывать метод, с помощью которого можно рассчитать биологические и химические характеристики различных наночастиц и других наноматериалов, инструмент, с помощью которого другие ученые смогут увидеть, как будут действовать различные наноматериалы в случае, если они попадут внутрь человеческогоорганизма.

Доктор Джим Ривир рассказывает:"Мы хотим создать универсальный метод, который достаточно точно с биологической точки зрения сможет определить, как наноматериалы будут влиять на клетки живых организмов. Когда наноматериал попадает внутрь организма, он немедленно связывается с различными белками и аминокислотами, что может привести к коренному изменению свойств наноматериала".Изменения свойств наноматериала могут идти в двух направлениях, уменьшая или увеличивая токсичность материала, положительно или отрицательно влияя на способности наночастиц доставлять лекарственные препараты к месту назначения.

Для создания новой методики исследователи использовали ряд различных химических препаратов для исследования свойств поверхности различных наночастиц, которые проводились по методам, разработанным доктором Ксин-Руй Ксиа. Размеры наночастиц и особенности их поверхности определяют ряд материалов, с которыми эти частицы способны образовать соединения. Как только эти данные стали известны ученые сформировали ряд шаблонов, с помощью которых уже можно достаточно точно сказать как эта наночастица будет взаимодействовать с различными биологическими объектами, включая клетки человеческого организма.

"Такой анализ позволит ученым, какие из наночастиц будут безвредными, и даже полезными, для человеческого организма, и какие из них могут быть опасными для людей и окружающей среды"-добавил доктор Ривир. -"Мы надеемся, что это позволит нам избежать в будущем непредвиденных и разрушительных проблем, связанных с нанотехнологиями".

Более подробно результаты этих исследований будут опубликованы в выпуске журнала Nature Nanotechnology, который увидит свет 23 августа 2010 года.

Источник

Новые литий-ионные аккумуляторы для микроустройств будут меньше кристаллика соли.

Разработка разнообразных электрических и электромеханических устройств микро- и наноуровня в последнее время благодаря использованию новейших технологий приобретает лавинообразных характер. Но, представьте себе миниатюрное устройство скрытого наблюдения, размером с муху, которое для функционирования требует наличия часовой аккумуляторной батареи, согласитесь, такое устройство имеет очень мало шансов на успешное будущее. Именно поэтому Управление перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA финансирует научно-исследовательский проект, конечной целью которого является разработка крошечной аккумуляторной батареи, имеющей существенную электрическую емкость и по размерам не превышающую крупицу мелкой соли.

Создание такого аккумулятора становится возможной благодаря разработке Джейн Чанга (Jane Chang), ученой и инженера из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которая является новым типом электролита, физически текучего, благодаря чему он может использоваться в крошечных батареях."С новым электролитом мы пытаемся достигнуть таких же значений плотности энергии, какие присутствуют в современных литий-ионных аккумуляторах"-рассказала Джейн Чанг. Новые аккумуляторные батареи представляют собой упорядоченную структуру, состоящую из микростолбиков и нанопроводников, заполненную алюмосиликатом лития, который является электролитическим материалом. Структура материала рассчитана таким образом, кто получается максимальное отношение общей площади к объему аккумулятора. Токопроводящим основанием, соединяющим воедино все эти микростолбики, является слой лития, толщиной всего в несколько атомов, нанесенный на материал подложки диффузионным методом.

Можно сказать, что один этап процесса создания миниатюрных аккумуляторов уже пройден, создан подходящий для таких аккумуляторов электролит и разработана конструкция электродов аккумулятора. Но до создания первого функционирующего прототипа ученым еще предстоит решить ряд проблем, заключающихся в миниатюрности конструкции аккумулятора в целом.

Результаты этой работы были представлены на проходившем на прошлой неделе в Альбукерке международном научном симпозиуме AVS 57th International Symposium&Exhibition.

Источник

"Чайный пакетик",изготовленный на основе нанотехнологий - новое средство для очистки воды.

Проблема чистой воды известна многим людям, которым по долгу службы приходится работать в удаленных районах с дефицитом воды, к таким людям можно отнести ученых-геологов, археологов и многих других. Да и в некоторых районах земного шара чистая питьевая вода ценится буквально на вес золота. За все время уже было придумано множество различных методов очистки воды, начиная от химических методов и заканчивая механической фильтрацией, но все эти методы далеки от совершенства и наносят вред организму человека за счет активных химических веществ, попадающих в воду, или требуют достаточно громоздкого оборудования. Исследователи из университета Штелленбоша в Южной Африке создали уникальный очиститель воды, своеобразный"чайный пакетик",изготовленный на основе нанотехнологий, который может очистить воду от бактерий и загрязнителей, сделав ее пригодной для питья.

В качестве оболочки этого пакетика используется такой же материал, как и в обычных пакетах для заваривания чая. Но начинка пакетика-фильтра совершенно иная, пакетик начинен смесью ультратонких углеродных волокон и нанотрубок с крошечными углеродными гранулами. Углеродные нанотрубки и волокна,обладающие ярко выраженными антисептическими свойствами,убивают болезнетворные бактерии и другие микроорганизмы, находящиеся в воде, а угольные гранулы выполняют роль фильтра, сорбирующего механические и химические примеси, растворенные в воде.

Все, что должен сделать человек - просто поместить пакетик в бутылку с водой, закупорив им горлышко бутылки, создав таким образом своеобразный фильтр, сквозь который будет проходить вода. Один такой пакетик, стоимостью в половину американского цента, может качественно отфильтровать около одного литра воды. Так что, будем надеяться, что нанотехнологии, которые все шире внедряются в нашу жизнь, помогут облегчить участь миллионов людей на земном шаре, снабдив их безопасной питьевой водой.

Источник

Самокалибрующиеся электромеханические устройства - основа для создания сверхточных датчиков прямо на электронном чипе.

Микроэлектромеханические системы и устройства (Micro Electromechanical Systems, MEMS) являются очень перспективным направлением, которое сможет преобразить некоторые области высоких технологий будущего. Но, MEMS имеют один существенный недостаток, в настоящее время являющийся основным тормозом применения этой технологии. Этим недостатком MEMS является их невысокая точность, вытекающая из того, что в настоящее время еще нет технологий, с помощью которых можно производить микроскопические объекты однойи той же формы, сохраняя при этом заданные размеры. Так же невысокой точности датчиков на основе MEMS способствует тот факт, что сейчас еще не найдены или не реализованы методы измерения микроскопических значений, таких как сила, расстояние, скорость, что влечет за собой отсутствие единых стандартов. Теперь же, благодаря работе группы исследователей из университета Пурду, эта ситуация может измениться. Ученым удалось разработать и изготовить первые образцы MEMS, которые обладают функцией самокалибровки. Такая уникальная функция позволит этим MEMS стать основой для создания широкого спектра различных сверточных датчиков, которые найдут применение в самых различных областях, от медицинских до военных разработок.

Погрешность и точность MEMS определяется их миниатюрными размерами и точностью технологий, с помощью которых они были изготовлены. В таких микроскопических масштабах, размеры MEMS обычно равны нескольким миллиардным частям метра, при производстве невозможно гарантировать, что все экземпляры MEMS имеют одинаковую форму и размеры. Таким образом, измерительные устройства, в качестве датчиков которых выступают различные MEMS, должны использовать функцию калибровки, с помощью чего будет производиться компенсация измеряемого значения в зависимости от особенностей каждого экземпляра MEMS. Но, как уже упоминалось ранее, в настоящее время еще нет стандартов иметодик, с помощью которых можно оказать на MEMS воздействие заданной величины и измерить получаемый результат.

Первым шагом технологии, называемой микроэлектро метрологией (electro micro metrology, EMM), стала методика, разработанная учеными университета Пурду, с помощью которой можно очень точно измерить значение силы, прикладываемой к MEMS, что в свою очередь, позволяет выполнять калибровку измерительного устройства. В состав EMM так же будут входить методики измерения электрических характеристик MEMS, времени хранения электрического заряда и другие механические и электрические свойства MEMS. При этом, такие измерительные и калибровочные устройства могут располагаться прямо на электронном чипе в непосредственной близости от MEMS для того, что бы постоянно выполнять калибровку датчика MEMS, характеристики которого могут изменяться в течение времени под влиянием факторов окружающей среды, среди которых такие факторы, как температура,давление, освещенность и другие.

Такой симбиоз MEMS и системы калибровки станет основой для создания дешевых датчиков прямо на кристалле чипа, которые будут обладать сверхвысокой точностью. Такие датчики станут основой для создания различного рода химических и биологических детекторов, мощных научных лабораторных инструментов, с помощью которых такие области как биотехнологии и нанотехнологии станут развиваться более быстрыми темпами.

Источник

С помощью углеродных трубок удалось создать водяную систему охлаждения для компьютеров, не использующую насос или помпу.

Проблема нагрева компьютерных чипов известна практически всем, так же известно, что при повышении тактовых частот уровень тепловыделения значительно растет и дляохлаждения таких чипов уже используют системы водяного охлаждения, которые имеют большую эффективность, чем воздушные системы. Исследователи университета Пурду(Purdue University) разработали систему водяного охлаждения горячей электроники, основой которой являются углеродные нанотрубки. Благодаря использованию нанотрубок, представляющих собой микроскопические капилляры, по которым движется вода, новая система охлаждения не нуждается в насосе или помпе, которые заставляют циркулироватьводу в традиционных системах водяного охлаждения.

В разработанной конструкции охладителя вода играет роль хладагента, подобно фреону в холодильных установках. Из-за малого диаметра капилляров, около 50 нм, в роли которых выступают углеродные нанотрубки, вода, проходящая сквозь них, полностью испаряется, снимая с чипа, таким образом, большее количество тепла. Избыточное давление получившегося пара, который затем конденсируется в холодильнике, и является той движущей силой, которая заставляет циркулировать воду по всей системе охлаждения.

Эта система охлаждения является уже не первой системой, разработанной учеными университета Пурду для охлаждения горячей электроники. Некоторое время назад уже была разработана система воздушного охлаждения, поверхность радиаторов которого представляла собой"лес"из углеродных нанотрубок. Благодаря этому эффективная площадь радиаторов увеличивалась в несколько сотен раз, позволяя системе сбрасывать в воздух большое количество тепла и повышая тем самым ее эффективность.

Ученые из университета Пурду проводят вышеуказанные исследования по заказу и под финансированием Управления перспективных исследовательских программ ПентагонаDARPA. Вместе с учеными над созданием высокоэффективных систем охлаждения работают специалисты известных оборонных компаний, таких как Raytheon, Thermacore Inc. и Georgia Tech

Источник

Напряжения в графеновой пленке позволят создать магнитные поля, более сильные чем созданные когда-либо ранее.

Ученые, изучающие свойства экзотического материала, графена, в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, сделали открытие, которое проливает новый свет на явление электромагнетизма, не говоря уже о новых неизвестных ранее свойствах графена. Согласно данным, опубликованным в последнем издании журнала Science, механические напряжения, искусственно создаваемые в структуре графена, приводят к появлению локальных сильнейших магнитных полей, напряженность которых во много раз превышает напряженность магнитных полей, получаемых когда-либо ранее в лабораторных условиях.

Когда графеновая пленка подвергается растяжению таким образом, что в ее структуре формируются крошечные вздутия наноразмера, электроны в этих областях ведут себятаким образом, будто они находятся под воздействием сильнейшего магнитного поля. Майкл Кромми (Michael Crommie), старший научный сотрудник подразделения материаловедения Национальной лаборатории Лоуренса и преподаватель физики в Калифорнийском университете в Беркли, утверждает, что обнаруженный ими эффект является совершенно новым физическим явлением, не имеющим аналога при использовании других плотных материалов.

Магнитные поля изучаются учеными уже более ста лет, рекорд напряженности искусственно созданного магнитного поля в настоящий момент составляет 85Тесла(единица измерения напряженности магнитного поля, названная в честь ученого Николы Теслы), полученных в течении всего нескольких тысячных долей секунды.

В новых исследования, проводимых под руководством Майкла Кромми, электроны в графене вели себя таким образом, будто бы на них воздействовало магнитное поле напряженностью в 300 Тесла. Полученный эффект настолько силен, что он наблюдается даже при комнатной температуре. На сайте лаборатории Лоуренса можно ознакомиться сболее подробным описанием сделанного открытия.

Ученые, сделавшие это открытие считают, что оно может привести к появлению совершенно новых видов электронных и магнитных устройств, использующих механические напряжения в графене для управления движением электронов и прохождения электрического тока.

Источник

Квантовый торнадо будет крутить колеса наномеханизмов и наноустройств.

Охотникам за ураганами, ищущим следующий объект для изучения, торнадо, вероятно, придется покинуть долину Tornado Alley и выдвинуться в направлении ближайшего электронного микроскопа. Ведь команде ученых из Антверпенского университета (University of Antwerpen) и Венского технического университета (TU Vienna) удалось получить миниатюрный квантовый торнадо, заставив вращаться луч электронов, подобный лучу, используемому в электронных микроскопах. Подробные результаты этих исследований были опубликованыв последнем выпуске журнала Nature.

До последнего времени еще никому не удавалось создать"вихревые"лучи света или другого излучения, несмотря на то, что исследования в этой области проводились различными группами ученых. Для чего же это нужно? Ответ прост - вращающийся поток, подобно вращающемуся потоку воздуха торнадо, может использоваться для того, что бы привести в движение наночастицы или крутить крошечные колеса микроскопических двигателей наномеханизмов.

Команда ученых, возглавляемая профессором Петером Шатчнайдером (Peter Schattschneider), создала квантовый торнадо, пропуская плоский электронный луч сквозь платиновый экран специальной формы, размером всего в несколько миллионных долей милиметра. Когда луч проходил сквозь решетку он распадался, дифрагировал, на три луча, один из которых вращался направо, второй - налево, а третий не вращался совсем. После этого, сложив снова эти три луча, ученым удалось получить вихрящийся электронный луч. Изменяя форму и шаг дифракционной решетки, ученым удалось добиться того, что можно было управлять интенсивностью каждого из трех результирующих лучей, делая его сильнее,чем остальные два.

Источник

Новый тип энергонезависимой памяти - гибкие мемристоры на основе графена.

Согласно информации, опубликованной в онлайн-издании Nano Letters, южнокорейские ученые из научно-исследовательского института электроники и телекоммуникаций в Тэджоне, создали новый вид энергонезависимой памяти на основе мемристоров, при этом процесс изготовления и структура элементов таких мемристоров позволяю наносить их нагибкую подложку. Только, в отличие отпредыдущих подобных образцов гибкой памяти на основе мемристоров,мемристоры новой памяти изготовлены не из оксида титана, а из пленки оксида графена. Использование мемристоров в качестве ячеек хранения информации позволит разработать новые устройства хранения информации, с большей плотностью записи, более дешевые и потребляющее незначительное количество энергии, а гибкость новых устройств позволит использовать их в составе электронных устройств, являющихся частью бытовых предметов или одежды.

Мемристор представляет собой электронный элемент, который меняет свое сопротивление при прохождении через него электрического тока определенной величины. Свойство мемристоров сохранять значение сопротивления после того, как подача тока прекращена, делает его идеальным элементом для хранения дискретной информации. Впервые идея мемристоров была предложена еще в 1971 году, но только два года назад компания Hewlett Packard воплотила эту идею в жизнь, изготовив первый образец энергонезависимойпамяти на их основе. Компания Hewlett Packard планирует доработать свою технологию и выпустить первые коммерческие образцы мемристорной памяти через три года.

Конструкция памяти на основе мемристоров компании Hewlett Packard представляет собой решетку их тонких проводников. Пересечения этой решетки, заполненные оксидом титана, и являются собственно мемристорами. Корейская память имеет подобную структуру, только с одним отличием, окись титана заменена на тончайшие пленки из окиси графена, зажатые между алюминиевыми проводниками шириной 50 микрометров. Опытный образец, продемонстрированный учеными содержал 25 мемристоров, расположенных в пересечениях решетки, составленной из 5 вертикальных и 5 горизонтальных проводников.

Несмотря на то, что размеры мемристоров, разработанных корейцами, превышают размеры мемристоров компании Hewlett Packard приблизительно в 1000 раз, они более просты в производстве, которое, к тому же, использует доступные и дешевые материалы. Поэтому новые мемристоры вряд ли будут использоваться для создания устройств энергонезависимой памяти с высокой плотность записти, их намного практичней будет использовать в составе недорогих и простых гибких электронных устройств, которые в ближайшем времени станут неотъемлемой частью многих бытовых предметов и одежды.

Источник

С помощью лазера и крошечных графеновых пластин был установлен рекорд скорости вращения - 60 миллионов оборотов в минуту.

Ученым из Университета Мэриленда в Колледж-Парке (University of Maryland at College Park) с помощью лазера удалось заставить вращаться плавающие в вакууме крошечные частицы графена. При этом, измеренная скорость вращения составила невероятное значение - 60 миллионов оборотов в минуту, это самая быстрая скорость вращения макроскопических объектов, когда-либо измеренная учеными. Принимая во внимание высокую прочность графена, ученые рассчитали, что достигнутая скорость вращения составляет всего тысячнуючасть от максимальной скорости, с которой можно заставить вращаться графеновые частицы, не разрушив их при этом центробежными силами.

Графен является углеродом, имеющим кристаллическую структуру толщиной всего в один атом. Немного повторяясь, напомню, что графен обладает рядом уникальных электрических, химических и физических свойств. Он проводит электричество гораздо лучше некоторых металлов при комнатной температуре и обладает потрясающей физической прочностью. К примеру, для того, что бы пробить графеновую пленку толщиной с лист бумаги потребуется усилие в 2.5 тонны. Графену уже пророчат использование в качествеантибактериального материала, в аккумуляторных батареях, способных заряжаться за несколько секунд, в инновационных осветительных приборах и во многих других областях.

Для установления рекорда скорости вращения ученый Брюс Кэйн (Bruce Kane) использовал графеновые частицы по форме приближенные к диску, размером около одного микрометра. Эти частицы были подвешены в пространстве под воздействием электрического поля внутри вакуумной камеры. После этого на них было оказано воздействие модулированным и поляризованным лучом лазерного света, который выполнял роль двигателя, раскручивающего эти частицы. Измеряя частоту биений между частотой модуляции лазерного света и частотой отраженного от частиц света, ученым удалось достаточно точно определить скорость вращения частиц графена в вакууме, которая и составила рекордное на настоящий момент значение.

Конечно, пока еще совершенно не ясно, какое же может быть практическое применение у результатов данных исследований. Но, принимая во внимание тот факт, что практическое использование графена как материала только начинается, подобные исследования и их результаты могут натолкнуть ученых на изобретение чего-нибудь более практичного.

Источник

Micronium -музыка целого оркестра на микроскопическом уровне.

Microniumявляется самым миниатюрным музыкальным инструментом в настоящее время, его размеры настолько малы, что лилипуты из"Путешествия Гулливера"тоже не смогли бы взять этот инструмент в свои крошечные руки. Этот музыкальный инструмент состоит из микроскопических струн, которые, активизируясь специальнымигребнями, могут воспроизвести звук слышимого диапазона. Один мини-чип содержит шесть звуковых систем, способных воспроизводить определенную тональность, а сотни таких мини-чипов, объединенные на одном кремниевом кристалле, могут воспроизводить звук в диапазоне, воспроизводимом целым оркестром музыкальных инструментов.

Microniumпредставляет собой сложную микроэлектромеханическую систему (Micro-Electromechanical Systems, MEMS), его создателями является группа студентов из Института нанотехнологий MESA+ университета Твенте (MESA+ Institute for Nanotechnology at the University of Twente). Травление крошечных струн, диаметром в десятки раз тоньше человеческого волоса, и дальнейшее изготовление этих устройств производилось внутри"чистой комнаты",там же собранное устройство было помещено внутрь вакуумного сосуда для того, что бы никакие пылинки или частицы, находящиеся в воздухе, не могли повлиять на качество воспроизводимого звука.

Колебания струн устройства, имеющих различную длину, составляют всего порядка нескольких микрометров. Для дальнейшего воспроизведения снимаемые сигналы усиливаются в несколько тысяч раз, превращаясь в звук, который уже можно услышать через обычные динамики. Собранное устройство подключается к компьютеру через стандартныйинтерфейс MIDI, таким образом, используя компьютер и клавиатуру синтезатора можно запрограммировать и заставить это устройство воспроизвести музыку любого уровнясложности, от простейших мелодий, до сложнейших классических композиций в исполнении симфонического оркестра.

Впервые этот миниатюрный музыкальный инструмент, Micronium, был продемонстрирован на конференции по микромеханике, проходившей две недели назад в Энсхеде (conference on micromechanics in the Atak music venue in Enschede). Никто из разработчиков системы не рискнул похвастаться своими музыкальными навыками перед публикой. Зато, под управлением компьютера с помощью Micronium было исполнено музыкальное произведение"Impromptu No. 1 for Micronium",написанное одним из студентов-музыкантов.

Источник

Нано-гироскопы позволят работать мобильным программам навигации под землей и в закрытых помещениях.

Израильские ученые создали миниатюрные оптические гироскопы, которые по размеру являются самыми маленькими из гироскопов, когда-либо создаваемых людьми. Помимо того, что размер этих устройств сопоставим с размерами песчинки, их точность в сотни раз выше, чем точность твердотельных полупроводниковых гироскопов, установленных в некоторых моделях мобильных телефонов, в частности iPhone. Оптические гироскопы - понятие не новое, они уже достаточно широко используются в навигации судов, самолетов и космических аппаратов. Благодаря использованию принципа инерционной навигации, измеряя вращение, скорость и линейное ускорение движущегося объекта с помощью оптического гироскопа, системы инерционной навигации способны очень точно определить текущее положение объекта независимо от наличия внешних точек привязки,таких как спутники GPS. Но, современные оптические гироскопы достаточно громоздки, весят порядка 1-1.5 кг. и потребляют относительно большое количество энергии.

"Создание миниатюрных оптических гироскопов стало возможным благодаря изобретению полупроводниковых лазеров, имеющих размеры в несколько микрометров"-рассказывает Коби Шеуер (Koby Scheuer), преподаватель из Тель-авивского университета и один из разработчиков. -"Новые гироскопы настолько компактны, что их без всякого труда можно интегрировать внутрь любых мобильных устройств и даже в кристаллы электронных чипов. Использование гироскопов позволит работать навигационной системе даже в том случае, если вы находитесь под землей, в закрытом помещении, везде, где невозможен прием сигналов спутников GPS. А это, согласитесь, гораздо проще и дешевле, чем отслеживать удары молний и по ним определять свое местоположение, как этособираются делать американские военные".

Означает ли появление таких устройств реализацию мечты руководства американских ВВС, которые собираются полностью отказаться от использования GPS? Конечно, нет, одним из недостатков принципа инерционной навигации является необходимость определения точного местоположения начальной точки, точки, от которой начинается расчетпути с помощью гироскопов. Но, появление таких гироскопов в смартфонах и навигаторах, которые не заменяют, а дополняют систему GPS, позволят существенно улучшить функции навигационных систем.

Источник