Силицен - конкурент графену в области наноматериалов.

Графен, самая большая знаменитость в области наноматериалов, в самое ближайшее время столкнется с новым конкурентом. Этим материалом станет силицен, материал в виде одноатомной пленки, но на этот раз из кремния. На встрече Американского физического общества, состоявшейся в Далласе 24 марта 2011 года, физик Антуан Флеренс (Antoine Fleurence) из института науки и технологий в Ишикаве, Япония, представил новый материал и подробно описал технологию его получения.

Антуан Флеренс и его коллеги выращивали листы силицена на поверхности керамической подложки из диборида циркония. Сделанная затем рентгенография показала, что новый материал имеет такую же шестигранную сотовую структуру, как и графен. Но впервые силиценовую пленку удалось получить не японцам, еще в прошлом году Ги Ле Лэ, физику из университета Прованса в Марселе, Франция, удалось вырастить на поверхности серебряного кристалла полосы силицена, шириной 1.6 нанометра.

Данные, опубликованные японцами и группой Ле Лэ, указывают на то, что помимо похожей структуры, графен и силицен обладают рядом и других сходных свойств, в том числеи электрических. Но в исследованиях, проведенных французскими учеными, не было возможности изучить электрические свойства нового материала, ведь пленка была выращена на поверхности серебра, которое является электрическим проводником. Но изоляционная подложка, на которой были выращены листы силицена японскими учеными, даетвозможность ученым сделать прямые исследования электрических свойств нового материала и определить, работают ли те же самые квантовые эффекты, которые дают стользамечательные свойства графену.

Даже если новый материал, силицен, и будет обладать свойствами, подобными свойствам графена, то он вряд ли сможет стать ему достойным конкурентом. Это будет определяться сложностью и дороговизной процесса его производства, в отличие от процесса производства графена. Ведь известно, что российские ученые, которые получили Нобелевскую премию 2010 года в области физики, получили графен, используя лоскут изоленты и графитовый стержень простого карандаша.

Источник

Новый сверхчувствительный чип-наносенсор может определить любое вещество.

Новый тип сенсора может определить и идентифицировать любое вещество в сверхмалых количествах, начиная от одной единственной молекулы. Этот сенсор, измеряющий уровень и исследующий характеристики света, отраженного от молекулы вещества, может стать основой для датчиков, реагирующий на широкий ряд самых разнообразных веществ, начиная от взрывчатых веществ и заканчивая фармацевтическими препаратами.

Создание этого сенсора проводилось учеными Принстонского университета по заказу и под финансированием Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA. Основой нового сенсора является чип, на котором расположены в строгом порядке крошечные столбики, которые вместе представляют собой наисильнейший усилитель света, усиливающий слабый свет, отражающийся от исследуемого объекта. Чувствительность нового сенсора превышает в миллиард раз чувствительность других сенсоров, созданных на базеэффекта Рамана (Raman scattering).

Это достижение является огромным прорывом для устройств на основе эффекта Рамана, который позволяет по анализу отраженного света определить молекулярный состав вещества. Различные группы ученых и исследователей в течение долгих десятилетий пытались использовать в практических целях этот эффект, но он настолько слаб, что его достаточно трудно использовать, применяя продвинутое лабораторное оборудование.

Как уже упоминалось выше, чип содержит множество крошечных металлических столбиков. Усилителями света эти столбики являются благодаря маленьким полостям, на вершине и у основания этих столбиков. На поверхностях этих полостей находятся еще более крошечные наноточки, выступающие в качестве квантовых точек, усиливающих свет.Молекула исследуемого вещества помещается над кристаллом сенсора и освещается лучем монохроматического лазерного света. Отраженные от молекулы фотоны света попадают в вышеуказанные полости, выступающие в качестве ловушек. За время их нахождения там они неоднократно проходят сквозь области наноточек, вызывая появление дополнительных фотонов лавинообразным способом. Именно так и достигается многократное усиление эффекта Рамана, на несколько порядков превышающее достигнутые ранеезначения.

Это устройство, названное D2PA (disk-coupled dots-on-pillar antenna-array), согласно результатам исследований, опубликованным в журнале Optics Express, достаточно легко и дешево в изготовлении. Поэтому у новых датчиков на основе эффекта Рамана, есть необъятный потенциал для применения в самых различных областях науки, техники и производства.

Источник

Нанотрубки будут использваться в обнаружении дефектов материалов

Технологии производства и использования углеродных нанотрубок не является новыми, но они почти не нашли еще широкого практического применения нигде, кроме как в научных лабораториях. Углеродные нанотрубки состоят из графена - однослойного графита, свернутого в трубку. Диаметр таких трубок не превышает нескольких десятков нанометров, длина же их несколько сантиметров. Благодаря такой структуре нанотрубки имеют большую удельную проводимость, что дает возможность использовать их в качестве проводников электрического тока.

Брайан Л. Вардл (Brian L. Wardle), профессор аэронавтики и астронавтики в Массачусетском технологическом институте, вместе с коллегами разработали технологию позволяющуюиспользовать нанотрубки для обнаружения внутренних дефектов композитных материалов. Принцип работы устройства заключается в создании тонкого луча направленнойэнергии для нагревания исследуемой поверхности из материала, содержащего в своем составе углеродные нанотрубки, с последующим включением термографической камеры для отслеживания изменений температуры материала. Такое точечное нагревание позволяет исследовать поверхность быстрее, так как нет необходимости нагревать весь объект.

Таким образом, производство нанотрубок наконец будет иметь практическое применение. В данное время ВВС и ВМФ США проявляет сильный интерес к данной технологии и разработанным устройствам. С их помощью можно более быстро и более качественно производить диагностику и дефектоскопию состояния конструкций, поверхностей летательных аппаратов и морских судов, вовремя обнаруживая даже микроскопические повреждения, невозможные для обнаружения другими способами.

Источник

Новый научный инструмент может"образмерить"и изучить отдельно взятые экземпляры любых наночастиц.

Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) разработали новый научный инструмент, способный не только обнаружить в общей массе отдельные экземпляры наночастиц, но и измерить их основные характеристики, такие как геометрические размеры, объем и плотность материала. При этом, новый инструмент позволяет выполнять эти прецизионные измерения с наночастицами, размером в несколько десятков нанометров.

"Наш инструмент открывает широчайшие возможности для дальнейшего развития нанотехнологий и анализа наночастиц в микробиологии"-рассказывает Жан-Люк Фрекен (Jean-Luc Fraikin) из лаборатории Soh в отделе машиностроения UCSB.

Новое устройство, по сути, представляет собой сложную полупроводниковую структуру, нанесенную на подложку из изоляционного материала, на которой так же выгравированы каналы, по которым перемещается жидкость, содержащая исследуемые наночастицы. Быстродействие нового инструмента тоже впечатляет, за одну секунду с его помощьюможно выполнить анализ более полумиллиона частиц. Фрекен сравнивает структуру устройства с наноразмерным турникетом, который пропускает поток частиц по одной, проводя все необходимые замеры по мере продвижения частицы сквозь специальный канал.

Помимо измерения характеристик наночастиц, с учетом сложного состава материала из которого они изготовлены, новый инструмент оказался в состоянии обнаружить дажебактерии и вирусы. При этом он сработал одинаково хорошо в тех случаях, когда эти частицы находились и в среде физиологического раствора, и в крови грызуна.

"Измеритель наночастиц"был разработан в лаборатории Эндрю Клелэнда (Andrew Cleland), профессора физики UCSB, при содействии исследовательской группы Эркки Руослати (Erkki Ruoslaht), профессора из медицинского научно-исследовательского института Сэнфорда-Бернэма в UCSB.

Источник

ДНК-бот - программа и исполнитель одновременно.

Новый крошечный робот, изготовленный и цепочек ДНК, может стать родоначальником нового класса минимашин, которые смогут"нырнуть"в пучины человеческого организма и выполнить там заложенную в них программу. Попытки создания микророботов на основе ДНК продолжаются уже достаточно давно, но этот новый робот является первым, который успешно удалось запрограммировать на выполнение конкретных действий. Программа, в виде последовательности инструкций, закодированная в виде последовательностей цепочек ДНК, позволяет этому роботу действовать совершенно самостоятельно, без какой-либо помощи извне, согласно Эндрю Терберфилду (Andrew Turberfield), ведущему исследователю этого проекта и профессору Оксфордского университета.

Как роботы на основе ДНК, которые были сделаны Терберфилдом в прошлом, новый робот состоит из последовательностей цепочек ДНК, имеющих различное информационное и функциональное назначение. Ключевым моментом нового робота является так называемая"топливная цепочка",молекула, содержащая инструкции программы этого робота. Эта"топливная цепочка"является так же источником химической энергии, которая используется для движения этого робота к заданной точке и для выполнения других операций.

Способность точно управлять перемещением такого робота означает, что этот метод может стать основой для транспортировки фармацевтических препаратов или других материалов в человеческом организме, для выполнения микрохирургических вмешательств и многого другого. Но пока эта технология приобретет такой широкий потенциал,должны быть преодолены множество других, пока еще не решенных, проблем. Основной такой проблемой является окончательная сборка сложного робота из различных элементов на основе цепочек ДНК. Эти элементы, представляющие собой"управляющий компьютер",инструментарий и двигатель, уже существуют и функционируют по отдельности, но в единое целое собрать их не удавалось еще никому. Второй нерешенной проблемой является защита сложного ДНК-механизма от воздействия других материалов и химикатов, находящихся внутри организма, которые могут привести к искажению генетической информации (программы) робота, что в лучшем случае, приведет к полному выходу последнего из строя, а в худшем случае - к совершенно непрогнозируемым последствиям.

Ученые опубликовали детальные результаты своих исследований в выпуске журнала Nano Letters от 9 марта.

Источник

Новая"наносмазка"уменьшит трение в автомобильных двигателях более чем в два раза.

В любом механизме с движущимися частями, будь то двигатель автомобиля, промышленное оборудование или бытовая техника, некоторая часть энергии тратится на преодоление трения, выделяясь в виде тепла в районе трущихся поверхностей. Эти потери, в большинстве случаев не очень значительные, умноженные на общее количество автомобилей и другой техники, выражаются в весьма внушительных цифрах. Новая машинная смазка, изготовленная с применением нанотехнологий, может сократить эти цифры в два раза, снизив затраты на преодоление трения на 55 процентов.

Доктор Гуоджун Луи (Guojun Liu), профессор химии в университете Квинса (Queen's University), изготовил новую чудо-смазку, смешивая лучшие сорта автомобильных смазочных материалов с полимерными наночастицами, размерами около 10 нанометров. Как показало первоначальное компьютерное моделирование и последующие испытания новой смазки в автомобильных двигателях, использование полимерных наночастиц позволило уменьшить трение между трущимися металлическими поверхностями, и затрачиваемую на это энергию, более чем наполовину.

Учитывая обширное применение механизмов с трущимися металлическими поверхностями не только в транспортной отрасли, но и в обрабатывающей промышленности, в лабораториях и исследовательских учреждениях, в строительстве и в сельском хозяйстве, применение новых наносмазок может привести к существенной экономии потребляемой энергии и горюче-смазочных материалов.

Учитывая возможные перспективы применения этой новой технологии и ее высокую эффективность, доктор Гуоджун Луибыл удостоен премии ассоциации инженеров Society of Tribologists and Lubrication Engineers' Captain Alfred E. Hunt Memorial, что вообщем-то, уже говорит само за себя.

Источник