donmigel_62: (кот - учёный)

Киберрастения заполнят городские парки и полетят на Марс?

Киберрастения заполнят городские парки?

Ученые создали бионические растения, которые способны контролировать состояние окружающей среды и активно поглощать солнечный свет. В будущем усовершенствованные с помощью нанотехнологий и электроники растения смогут выполнять массу функций, в том числе очищать воздух и вырабатывать электричество.



Ученые из Массачусетского технологического института в статье, опубликованной в Nature Materials, заявляют о безграничных возможностях, которые открывает интеграция электроники и наноматериалов в живые растения. Растения имеют много ценных качеств, например они дают нам пищу и топливо, вырабатывают кислород, а также просто добавляют эстетики окружающей среде, в которой мы живем. Ученые из MIT хотят сделать растения еще более полезными с помощью добавления наноматериалов, которые существенно увеличивают производительность растений и придают им совершенно новые функции, например возможность вести мониторинг загрязнения окружающей среды.




Чтобы продемонстрировать перспективность своей идеи, ученые провели серию экспериментов с широко распространенным растением семейства капустных: Arabidopsis thaliana.

Исследователи внедрили в хлоропласты (органеллы в которых происходит фотосинтез) углеродные нанотрубки, которые повысили способность растений к захвату световой энергии на 30%. Также, с помощью другого типа нанотрубок удалось «научить» растение обнаруживать один из основных загрязнителей воздуха – оксид азота.


Модернизированные с помощью наноматериалов растения приобретают необычные функции

Изначально идея бионических растений выросла из проекта по созданию самовосстанавливающихся солнечных панелей, похожих на растительные клетки. В ходе исследований, ученые попытались усилить функции фотосинтеза хлоропластов, выделенных из растений, чтобы использовать их в солнечных ячейках.

Хлоропласты – это природные машины, которые имеют все необходимое для фотосинтеза. На первом этапе фотосинтеза пигмент хлорофилл поглощает свет, который возбуждает электроны. В свою очередь, электроны проходят через тилакоидные мембраны хлоропластов. Растение использует эту электрическую энергию для обеспечения второго этапа фотосинтеза - производства сахара.

При удалении из растения, хлоропласты сохраняют свою работоспособность на протяжении нескольких часов, после чего они разрушаются из-за повреждения белков светом и кислородом. Чтобы продлить функционирование хлоропластов в пробирке, ученые ввели в них наночастицы оксида церия. Эти частицы являются очень сильными антиоксидантами, которые поглощают активные формы кислорода и других веществ, повреждающих хлоропласты. Наночастицы были помещены в хлоропласты с помощью новой технологии LEEP. Суть данной технологии заключается в упаковке наночастиц в напряженные молекулы полиакриловой кислоты, которая легко проникает через гидрофобную мембрану хлоропластов. Благодаря введению наночастиц оксида церия, количество вредных молекул, разрушающих хлоропласты, резко сократилось.

Используя LEEP, исследователи также встроили в хлоропласты полупроводниковые углеродные нанотрубки, которые резко повысили эффективность использования солнечного света. Обычно хлоропласты утилизируют лишь 10% солнечного света, но благодаря повышенной электропроводимости углеродных нанотрубок, хлоропласты смогли захватить свет на длинах волн, которые ранее им были недоступны, например ультрафиолетовый, зеленый и ближний инфракрасный части спектра.

После опытов в пробирке, ученые обратились к живым растениям. Ученые насытили хлоропласты растения наночастицами и нанотрубками, что это увеличило поток электронов в процессе фотосинтеза на 30%.

Пока ученые еще не обнаружили увеличения количества сахара и других полезных химических веществ в бионических растениях. Тем не менее, добавление углеродных нанотрубок позволило превратить растения в детекторы оксида азота: особое полимерное покрытие нанотрубок взаимодействует с загрязнителем и дает слабую флуоресценцию. Ранее ученые MIT уже разработали на основе нанотрубок различные датчики, реагирующие на опасные загрязнители, такие как перекись водорода, тринитротолуол и нервнопаралитический газ зарин. Таким образом бионические растения могут стать надежным детектором опасных веществ, а «лишние» электроны можно использовать для питания микроэлектроники.

В настоящее время ученые работают над созданием бионических растений, которые можно использовать для мониторинга окружающей среды, в том числе для обнаружения пестицидов, грибковых и бактериальных инфекций. Также ученые пытаются интегрировать в растения другие наноматериалы, такие как графен.

donmigel_62: (кот - учёный)

Создан самый маленький в мире светодиод, имеющий толщину всего в три атома

Структура светодиода


Практически в любой современной электронике, начиная от телевизоров, планшетных компьютеров, смартфонов и заканчивая крошечными носимыми электронными устройствами, используются светодиодные источники света, светодиоды (Light-Emitting Diode, LED). Светодиод является полупроводниковым устройством, которые излучает свет определенной длины волны под воздействием протекающего через него электрического тока. Поскольку в последнее время все более явно прослеживается тенденция к дальнейшей миниатюризации электроники, появляется больший спрос на полупроводниковые приборы меньшего размера, потребляющие меньше энергии, но обладающие характеристиками, сопоставимыми с характеристиками "полноразмерных" приборов. Двигаясь в этом направлении, ученые из Вашингтонского университета разработали сверхминиатюрный светодиод, который является самым маленьким источником света на сегодняшний день и толщина которого составляет всего три атома.


"Нам удалось создать самый маленький светодиод, толщина которого составляет всего три атома. Структура этого светодиода обладает гибкостью, сохраняя при этом высокую механическую прочность. Мы считаем, что нам удалось достигнуть самых минимальных размеров, которые возможно получить с учетом существующего уровня развития технологий. Такие тонкие, гибкие и миниатюрные светодиоды предназначены для использования в гибких компьютерах и других электронных устройствах будущего" - рассказывает Ксиэодонг Ксу (Xiaodong Xu), профессор материаловедения и физики из Вашингтонского университета.

Следует заметить, что самые миниатюрные светодиоды, уже используемые в современной электронике, имеют толщину в 10-20 раз превосходящую толщину светодиодов, разработанных вашингтонскими учеными. "Наши светодиоды в 10 тысяч раз тоньше, чем человеческий волос, но излучаемый ими свет, хоть и не виден человеческим глазом, но может быть зарегистрирован при помощи достаточно обычных светочувствительных датчиков. Это огромный скачек вперед в направлении миниатюризации современной электроники, ведь при помощи миниатюрного светодиода можно сделать все то, что позволяют сделать современные кремниевые "трехмерные" светодиоды".

Миниатюрный светодиод изготовлен из пленок "двухмерного" материала, диселинида вольфрама, который относиться к группе двухмерных полупроводниковых материалов. Пленки диселинида вольфрама были изготовлены учеными при помощи обычной изоляционной ленты и метода, за который Андрею Гейму и Константину Новоселову была присуждена Нобелевская премия по физике 2010 года.

Основной областью применения миниатюрных светодиодов исследователи считают реализацию технологии оптических коммуникаций в пределах одного чипа, которая должна заменить традиционную передачу сигналов в виде электрического тока, распространяющегося по металлическим проводникам. "Крошечный светодиодный источник света является идеальным кандидатом на замену электрического соединения оптическим каналом. Такие оптические каналы будут иметь большую пропускную способность, но расходовать при этом гораздо меньше энергии".

В настоящее время группа ученых работает в направлении повышения эффективности миниатюрных светодиодов, пробуя различные комбинации двухмерных полупроводниковых материалов. Кроме этого параллельно ведется разработка технологии, при помощи которой можно будет изготавливать миниатюрные светодиоды прямо на кристаллах полупроводниковых чипов или наносить их матрицы на тонкопленочные основания.
http://esciencenews.com/articles/2014/03/10/scientists.build.thinnest.possible.leds.be.stronger.more.energy.efficient
donmigel_62: (кот - учёный)

«Вечный» генератор питается излучением Земли

«Вечный» генератор питается излучением Земли

Ученые предложили способ использования простого выпрямителя тока для поглощения и переизлучения инфракрасного света, который испускает наша планета. Расчеты показывают работоспособность идеи, предлагающей новый способ генерации чистой энергии.



Физики из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук (SEAS) предложили устройство, которое может превращать энергию ИК-излучения в электричество. Как известно, наша планета нагревается Солнцем, и по сравнению с окружающим космическим пространством она очень горячая. Благодаря последним технологическим достижениям, эта разница температур может быть преобразована в постоянный ток (DC). По-сути, излучение Земли – это огромный неиспользованный источник энергии, и ученые нашли возможность извлечь из него пользу.



«На первый взгляд звучит странно: получать энергию, излучая тепло в космос, но наше устройство работает именно так, - рассказывает изобретатель новой технологии физик Федерико Капассо. – Наш прибор является промежуточным звеном на пути ИК-излучения в космос и превращает часть этого излучения в электроэнергию».

Группа Капассо предполагает два различных вида генератора, работающих на принципе захвата ИК-излучения: один, макроразмерный, является аналогом солнечного коллектора, а второй, наноразмерный, - аналогом фотоэлектрчисекой панели.

Устройство, созданное Федерико Капассо, использует средний ИК-диапазон, который до изобретения квантового каскадного лазера оставался вне внимания ученых. Капассо предлагает использовать это излучение для работы оригинальных фотоэлектрических панелей, которые вырабатывают электроэнергию, не поглощая видимый свет, а излучая инфракрасный.

На первый взгляд – это абсурд, солнечная панель излучающая свет, однако расчеты показывают, что она действительно выдает ток. Суть макроразмерного «эмиссионного комбайна» Федерико Капассо в использовании термоэлектрического эффекта: выработки электричества под воздействием разницы температур. Устройство представляет собой две соединенные пластины: одна («горячая») направлена к земле и поглощает ИК-излучение, а вторая («холодная») направлена вверх и сделана из материала, эффективно отдающего тепло.

Ученые измерили ИК-излучение поверхности Земли в городе Ламонт, штат Оклахома, США, и подсчитали, что разница температуры между пластинами позволит генерировать несколько ватт на квадратный метр. Надо отметить, что удельная мощность солнечного излучения в безоблачный день может доходить до 1400 ватт на кв. м, тогда как современные солнечные панели могут преобразовать в электричество лишь 10-20% этой энергии, причем только днем, в то время, как устройство Капассо выдает электричество днем и ночью и не требует наведения на Солнце.


Электрическая схема устройств Федерико Капассо очень проста, однако требует компонентов с уникальными для современной техники характеристиками. На фото три генераторные цепи с разной входящей температурой. Цепь А в равновесии и не вырабатывает ток; цепь В – обычный выпрямитель тока; цепь С – устройство Капассо, вырабатывающее ток

Федерико Капассо также предложил и второй, более эффективный нанотехнологичный, тип круглосуточной солнечной панели, основанной на принципе диода Ганна, предложенного в 1968 году и используемого в полицейских радарах. Суть термоэлектрического генератора второго типа заключается использовании способности электрической цепи самопроизвольно «толкать» ток в любом направлении. Так, если компонент электросхемы, например простой диод, нагрет больше, чем резистор, цепь создает электрический шум, производя положительное напряжение. Федерико Капассо полагает, что роль резистора может выполнить микроскопическая наноантенна, способная эффективно излучать ИК-лучи. Таким образом диод в сочетании с нанотехнологичными антеннами составят термоэлектрическую пару, вырабатывающую ток.

Оба устройства Капассо, на базе макропластин и наноантенн, могут быть созданы с помощью новейших достижений в области плазмоники, микроэлектроники и новых материалов, таких как графен. Возможно, уже в ближайшие годы удастся разработать микроскопические диоды, которые могут работать на низких напряжениях и переключаться с частотой 30 трлн раз. В случае успеха, станет возможным создание высокоэффективных нанотехнологичных термоэлектрических панелей Капассо, которые в буквальном слове будут впитывать энергию из окружающей среды.

donmigel_62: (кот - учёный)

Губка оказалась лучшим нанотехнологом, чем человек


Эффективность химических процессов или фармацевтических средств нередко зависит от площади их поверхности. В этом смысле пористые структуры с отверстиями от 2 до 50 нм считаются самыми перспективными.

…Их называют мезопорами, чтобы отличить от микропористых и макропористых, с соответственно разными размерами пор. И именно они обещают самые перспективные прорывы в области неструктурированных материалов.

Некоторое время назад Игорь Злотников и Петер Фратцль (Peter Fratzl) из Института коллоидов и поверхностей Общества Макса Планка (Германия) с некоторыми удивлением обнаружили мезопористый материал, созданный не инженерами, но самой эволюцией — видом Monorhaphis chuni из класса шестилучевых (стеклянных) губок.




k1_7.jpg
Рис. 1. Сегмент примерно сантиметровой стеклянной спикулы, используемой молодой Monorhaphis chuni для крепления к океанскому дну. (Здесь и ниже иллюстрации Igor Zlotnikov / MPI of Colloids and Interfaces).

Эти губки живут на дне Индийского и Тихих океанов, формируя на нижней поверхности сантиметровый столбик-спикулу. При его помощи губка прикрепляет себя к океанской тверди. По мере роста существа столбик тоже увеличивается в размерах, достигая иногда трёх метров.

В середине столбика проходит стеклянная «нить», пронизанная порами диаметром около 5 нм. Каждая пора занята яйцеообразной протеиновой молекулой, известной как силикатеин (этот белок участвует в осаждении биогенного кремнезёма). И именно нахождение в центре каждой поры такой молекулы делало размеры пор совершенно одинаковыми, а их структуру — вполне упорядоченной.

Что особенно важно, одинаковые размеры силикатеиновых молекул — гарантия высокой повторяемости размеров пор, причём, как подчёркивают исследователи, более высокой, чем у синтетических мезопористых материалов. Само собой, поскольку размер пор в искусственный структурах колеблется, они не могут формировать упорядоченные повторяющиеся объекты, что плохо сказывается на их качестве.

k2_4.jpg
Рис. 2. Внутренняя структура стеклянной спикулы напоминает картонную упаковку для яиц: в роли яиц — молекулы силикатеина, вокруг которых происходит отложение материала.



«С силикатеином или его аналогами можно будет производить мезопористые материалы со стопроцентно однородными порами и исключительно периодической структурой, — говорит Игорь Злотников. — Это чрезвычайно ценная черта». Сейчас учёные, используя те же методы, намерены изучить структуры опорных стеклянных спикул на масштабах, превышающих 100-микрометровые фрагменты.


Отчёт об исследовании опубликован в журнале Advanced Materials.
http://www.mpg.de/7950046/glass_sponge_mesoporous_glass

donmigel_62: (кот - учёный)

Как из химического «супа» появились живые организмы?

Эксперимент, в котором вращение наночастиц привело к их самогруппировке в «живые кристаллы», поможет прояснить загадку появления жизни на Земле.



Наночастица в представлении художника ©DIGIZYME, INC.

Исследователи назвали образовавшиеся кристаллы «живыми», поскольку они фактически начали самостоятельно жить, после того как наночастицы сгруппировались согласно нескольким простым правилам.





 Шэрон Глотцер и ее группа из Мичиганского университета обнаружили в процессе компьютерного эксперимента, что стоит привести отдельные наночастицы в круговое движение ˗ по или против часовой стрелки ˗ как они начинают собираться подобно кирпичикам в своеобразный архитектурный ансамбль.

Свое открытие ученые сделали пытаясь найти новые методы самоорганизации наночастиц ˗ одно из важнейших направлений современной науки. Когда речь идет об объектах размерами в тысячи раз меньше песчинок, обычная техника построения сложных структур перестает действовать.


Поэтому специалисты по нанонаукам пытаются создать порядок из хаоса, примерно как это сделала природа миллиарды лет назад, создав из неорганических веществ основу современной жизни.

Умение составлять сложные структуры из наночастиц откроет не только новые пути в создании революционных материалов и устройств, но и позволит понять, каким образом из химического супа образовались первые живые организмы.

˗ Шэрон Глотцер, профессор Мичиганского университета

Специалисты считают, что в биологии сложные структуры образуются в первую очередь благодаря энергии, постоянно поступающей в систему. Именно это было проделано и с наночастицами.

Недавно другая группа исследователей обнаружила, что если давать наночастицам энергию для поступательного движения, они начинают самостоятельно группироваться. Шэрон Глотцер и ее коллеги сделали следующий шаг и заставили частицы при этом вращаться.

Оказалось, что при этом развивается коллективная динамика, которая приводит к образованию сложных структур.

Результаты группы Шэрон Глотцер опубликованы в виде статьи в онлайн-издании журнала Physical Review Letters.


donmigel_62: (кот - учёный)

Как продлить срок службы кибернетической ткани, в основу которой положены нановолокна

Многие считают, что появление кибернетических организмов – это перспектива отдалённого будущего, тем не менее есть и те, кто полагает, что ввиду последних инновационных разработок, киборги могут появиться намного раньше.

В рамках исследования, результаты которого были представлены в статье последнего выпуска Nano Letters, учёные установили, что наноэлектроника может были более стабильной в условиях, максимально имитирующих условия внутри человеческого организма. Это факт может существенно помочь в создании чрезвычайной маленьких имплантатов.

Charles Lieber и его коллеги отмечают, что наноэлектронные устройства с компонентами нановолокон обладают уникальной способностью «уживаться» с живыми клетками. К тому же они в разы меньше используемых сегодня имплантатов.


Например, кардиостимулятор, который контролирует работу сердца, размером с 50-центовую монету, а альтернативное наноэлектронное устройство в сотни раз меньше.

Лабораторные образцы, состоящие из кремниевых нановолокон, способны обнаружить биомаркеры болезни и даже единичные вирусные клетки.

Команда Lieber интегрировала наноэлектронику с живыми тканями, создав «кибернетические ткани».

Единственный недостаток практического, длительного использования этих устройств заключается в том, что они, как правило, разваливаются в течении нескольких дней или недель после имплантации. В рамках нынешнего исследования, учёные намерены повысить их надёжность.

В частности, было установлено, что покрытие кремниевых нановолокон оболочкой из оксида металла позволит продлить их срок службы до нескольких месяцев. Исследования проводились в условиях, максимально приближенных к условиям внутри человеческого организма.

donmigel_62: (кот - учёный)

Разработан метод преобразования кремниевых микросхем


Различные изображения созданного учеными гибкого и оптически прозрачного кремниевого "полотна"

Группа ученых из Саудовской Аравии придумала простой и экономически эффективный способ преобразования традиционных жестких электронных компонент из кремния (к примеру, из устаревших электронных устройств) в механически-гибкие и прозрачные образцы. Это технология позволит открыть много новых приложений в области потребительской электроники, кроме того, решит проблему переработки старых электронных устройств.



90% современной электроники, к примеру, компьютеры и мобильные телефоны, состоят из миллиардов высокопроизводительных устройств со сверхнизким энергопотреблением, интегрированных на крошечные пластины из твердого и хрупкого объемного монокристаллического кремния. В своей последней работе группа ученых из Integrated Nanotechnology Lab в King Abdullah University of Science and Technology (KAUST, Саудовская Аравия) предложила новый универсальный и недорогой регенеративный процесс, позволяющий превратить эти устройства в тонкие механически-гибкие и оптически прозрачные фрагменты так называемого кремниевого «полотна».

Процесс включает в себя несколько микропроизводственных шагов, которые, грубо говоря, позволяют ученым «отшелушить» тонкий верхний слой жесткой кремниевой пластины (на которой в самом начале были сформированы отдельные компоненты). Последующая полировка подготавливает остаток объемного фрагмента кремния таким образом, чтобы получить больше гибких пластин, что сводит к минимуму объем отходов.

Универсальный метод для преобразования обычной кремниевой электроники в гибкую и полупрозрачную. рис.ACS Nano

По словам ученых, сейчас они исследуют некоторые стандартные CMOS-совместимые процессы, пытаясь построить различные устройства на основе создаваемых в результате переработки устаревших устройств гибких пластин. В частности, рассматриваются варианты создания элементов памяти, логических элементов, термоэлектрических генераторов и литий-ионных батарей микроскопического размера.

После формирования подобных устройств на поверхности отшелушенных гибких пластин, ученые выявляют неиспользуемые площади на пластинах и на этих местах создают в них зазоры (поря) за счет применения методики реактивного ионного травления. Далее на границах зазоров создается изолирующий слой. И на последнем шаге верхняя часть пластины (толщиной порядка 10 мкм) высвобождается от остальной подложки за счет использования реакции на основе дифторида ксенона. В результате получается гибкая схема на основе кремния.

По словам команды исследователей, в данный момент они заняты дальнейшим развитием своей идеи, в частности, разработкой CMOS-схем, запоминающих устройств и систем связи на основе гибких пластин. Кроме того, в перспективе они планируют обратиться к изготовлению высокопроизводительных микропроцессоров, биомедицинских устройств и других полезных приспособлений. В частности, они хотели бы помочь развитию так называемой «умной одежды» за счет использования своих гибких пленок.

Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале ACS Nano.
http://nanotechweb.org/cws/article/tech/56259
donmigel_62: (кот - учёный)

Батарейка размером с зерно риса, показала рекордную ёмкость

Очень часто заряд батареи, нужной для тех или иных научных целей, просто не получается уместить в требуемый объём. И это проблема: даже слежение за обычным лососем в воде становится крайне сложным, ибо при прохождении порогов любой наружный прибор может разбиться. В идеале он должен быть внутри организма, но как его туда поместить?

Электроника нужной миниатюрности — давно не проблема, чего не скажешь об аккумуляторах. Чтобы изменить положение, Цзе Сяо (Jie Xiao) из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (США) совместила катод из фторида углерода и анод из лития и затем соединила их ламинированием в очень тонкую «скатку». Получилось что-то вроде цилиндрического «ролла» малого диаметра.

Новая батарея на фоне рисовых зёрнышек (здесь и ниже фото PNNL).

Ну а чтобы иметь максимально высокую внутреннюю площадь батареи (а именно её нехватка не позволяла пиковой мощности микроаккумулятора быть большой), исследовательница свернула слоёную пластину много раз — оборачивая внешние слои вокруг внутренних.


При этом полное внутренне сопротивление батареи за счёт большой рабочей поверхности удалось удержать в разумных пределах. Обычно высокое полное сопротивление является результатом «заторов» в движении электронов внутри батареи, и чем меньше аккумулятор, тем оно выше. Именно поэтому создать маленькие накопители с удельной ёмкостью больших считается почти невозможным.

В данном же случае — за счёт создания аккумулирующего «ролла» — электроны двигались сравнительно свободно, и, несмотря на очень малые размеры, ёмкость на единицу объёма поднялась вдвое выше, чем у устройств-аналогов.

В итоге аккумулятор весит какие-то 70 мг, то есть он в два раза легче нынешних батарей, используемых для подпитки акустических меток, которые применяются биологами для отслеживания той же рыбы. 6-миллиметровая длина и 3-миллиметровая ширина позволяют изделию легко «проникать» в организм не только взрослой рыбы, но и молоди, что раньше и вовсе было недоступно, а ёмкость в 240 Вт•ч/кг (выше, чем у больших литиевых!) даёт возможность долгое время держать метку активной и хорошо различимой даже в окрестностях больших плотин, где звуки турбин обычно мешают «услышать» рыбу.

Акустическая метка с новой микробатарейкой может посылать стандартный сигнал длиной в 744 мс каждые три секунды в течение трёх недель — или же каждые пять секунд на протяжении месяца.

Цзе Сяо со своей супербатарейкой.

Использование фторида углерода позволяет батарее не терять ёмкость даже в очень холодной воде, которую предпочитают лососи, что опять же настоящая находка для ихтиологов, и не только.

Устойчивые к холоду микробатарейки высокой ёмкости могут пригодиться во множестве приложений — от бытовой электроники до малозаметной следящей аппаратуры. Технология уже запатентована.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Scientific Reports (доступен полный текст).

Подготовлено по материалам Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.

donmigel_62: (кот - учёный)

Линзы с наноалмазами автоматически поборются с глаукомой

...А ещё они прочнее обычных, что может быть полезным в том случае, когда глаукома вам не очень страшна.

Медики уверены, что в 2020 году в мире будет 20 млн человек, больных глаукомой — глазным расстройством, которое без лечения может повредить зрительный нерв и легко довести до слепоты. Недуг приводит к росту давления внутри глаза и — если этому не противодействовать — к повреждению его тканей. Обычно проблему снимают глазными каплями, позволяющими либо уменьшить наработку новой жидкости, либо улучшить её отвод.

Однако такое лечение не всегда вполне соблюдается самим пациентом, который обязан строго следовать определённой схеме приёма. Кроме того, глазные капли имеют побочные эффекты, которые тоже не упрощают жизнь больного.

Контактные линзы с нанесёнными на них наноалмазами по прозрачности не отличаются от обычных, зато заметно прочнее. (Здесь и ниже иллюстрации Dean Ho.)

Как же быть? Учёные из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) во главе с Дином Хо (Dean Ho) задумались: а что если ввод глазных капель будет осуществляться автоматически — с помощью специальной контактной линзы?


Задумано — сделано, для чего в ход пошли наноалмазы, в диаметре имеющие около 5 нм и являющиеся побочным продуктом обычных процессов обработки и добычи алмазов. Они способны связать препараты широкого спектра и через определённое, весьма длительное время «освободить» их.

В качестве лекарства учёные выбрали тимолола малеат, широко используемое антиглаукомное средство. Входя в контакт с наноалмазными линзами, оно связывается ими, а при взаимодействии с лизоцимом, ферментом слёзной жидкости, — напротив, освобождается. Иными словами, как только линза надевается, её наноалмазы начинают потихоньку выпускать лекарство с нужной интенсивностью.

Две белые области — кусочки геля из тимолола, связанного наноалмазами.

В отличие от привычного способа приёма этого лекарства, здесь нет залпового применения в виде капель и удаления их слезами и моргающим веком, из-за которых в среднем лишь 5% препарата достигают пункта назначения. А поскольку нет избытка лекарства — нет и риска его «утечки» из глаза, характерного для одномоментного приёма.

Что интересно, прозрачность контактных линз и пропускание ими воздуха из-за нанесения на них наноалмазов никак не изменились, зато механическая прочность заметно возросла, что намекает на больший срок жизни линз.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале ACS Nano.

Подготовлено по материалам Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

donmigel_62: (кот - учёный)

Живые клетки перемешали изнутри

Содержимое клетки можно превратить в гомогенный суп с помощью внутриклеточных наномешалок, управляемых ультразвуком и магнитным полем.

Исследователям из Университета штата Пенсильвания (США) удалось поместить в живую клетку... наномешалку и всё в ней перемешать. Под мешалкой в данном случае надо понимать не какое-то сложное устройство, а простую металлическую наночастицу, движением которой управляют с помощью внешнего электромагнитного поля.

Рутениево-золотые наночастицы в живой клетке HeLa (фото Mallouk lab / Penn State University).

Такие частицы, которые ещё называют наномоторами, изобрели 10 лет назад, но у самых первых «моделей» движение зависело от химической реакции, и ни с какой живой клеткой их совместить было нельзя. Но потом учёные обнаружили, что заставить наночастицы двигаться может ультразвук, причём на таких частотах, которые оставят клетки неповреждёнными.


Наностержни, состоящие из рутения и золота, вводили в клетки HeLa, после чего наномешалку начинали гонять внутри клетки с помощью ультразвука. Повышая мощность ультразвука, можно было добиться того, что внутренности клетки полностью гомогенизировались.



Впрочем, с помощью ультразвука наностержни можно было или подтолкнуть в каком-то одном направлении, или заставлять вертеться на месте. А вот магнитное поле позволяло управлять частицами точнее, с более предсказуемым результатом. С их помощью можно, к примеру, разрушить какой-нибудь внутриклеточный комплекс молекул, некую органеллу, и посмотреть, как клетка отреагирует на такой стресс. В перспективе можно будет осуществлять что-то вроде внутриклеточных операций, но для этого придётся научиться управлять такими наночастицами с прецизионной точностью.

А пока авторы работы говорят, что их внутриклеточные наномешалки-наномоторы можно направить на борьбу с раком. Порция таких частиц способна в буквальном смысле превратить раковые клетки в фарш: главное, чтобы их действие не распространялось на здоровые клетки.

Подготовлено по материалам Университета штата Пенсильвания.
donmigel_62: (кот - учёный)

Ученые научились выращивать "мохнатые" материалы

Поверхность мохнатого материала


Ученые из Национальной лаборатории Аргонна (Argonne National Laboratory) американского Министерства энергетики разработали технологию, при помощи которой можно вырастить материалы, поверхность которых сплошь покрыта густым лесом микроскопических волосинок. Варьируя некоторые параметры процесса выращивания материала, ученые могут добиться различной густоты создаваемого "микролеса", высоты и толщины получаемых ворсинок, которая может находиться в диапазоне от одного до 100 микрометров.



"Мохнатая" поверхность материала выращивается при помощи полимерного материала, подобного эпоксидной смоле, которая смешивается с отвердителем и специальным растворителем-пластификатором. Но чудо прорастания микроскопического леса начинается в тот момент, когда на этот материал подается переменный высокочастотный электрический потенциал с достаточно большим напряжением. Возникающие при этом электростатические силы моментально начинают вытягивать вверх волоски из не успевшего затвердеть полимерного материала.

Поверхность мохнатого материала #2


Варьируя напряжение электрического потенциала, его частоту и форму импульсов, исследователи могут добиться того, что лес из микроволосков будет принимать совершенно различную форму. При одной комбинации волоски получаются тонкими, гибкими и волнистыми, наподобие волокон шерстяных тканей, а при более жестких условиях прорастает лес из более толстых, прямых и прочных волосков.

Следует отметить, что ученые занимаются подобными исследованиями далеко не ради забавы. Ведь "мохнатые" материалы, которые имеют достаточно большую площадь эффективной поверхности, могут использоваться в самых различных областях. Материалы, покрытые лесом жестких ворсинок, демонстрируют превосходные гидрофобные (водоотталкивающие) способности, а материалы, покрытые очень густым лесом из тонких ворсинок, могут выступать в качестве электродов суперконденсаторов и аккумуляторных батарей большой емкости.

donmigel_62: (кот - учёный)

Искусственная кость легче воды и прочнее стали

Искусственная кость легче воды и прочнее стали

Ученые создали материал, похожий на кость, но более легкий, чем вода и более прочный, чем сталь. Технология наносборки позволила разработать материал, не имеющий аналогов в природе по своим характеристикам. Материал выдерживает давление в 280 мегапаскаль.



Команда Йенса Бауэра из Технологического института Карлсруэ разработала необычный материал: менее плотный, чем вода, но по прочности сравнимый с некоторыми марками стали. До сих пор возможность изготовления таких материалов подвергалась сомнению, но ученые доказали, что современные технологию уже позволяют работать на наноуровне с достаточной точностью. Таким образом, открывается дорога для разработки и производства материалов с уникальными свойствами.


Новый материал легче воды, но по прочности сравним со сталью. В ближайшем будущем подобные материалы сделают нашу жизнь безопаснее и легче, причем в прямом смысле этого слова

Научно-технический прогресс неразрывно связан с разработкой и использованием новых материалов – это доказывает человеческая история со времен каменного века, до нынешней эпохи композитов.


Человечество добилось большого прогресса в создании материалов, которые в природе не встречаются, однако до сих пор не удалось преодолеть ключевую дилемму: любой материал является компромиссом между прочностью и гибкостью. Проще говоря, чем прочнее материал, тем он более хрупкий, а чем гибче – тем меньше нагрузки может выдержать.


Все известные материалы могут быть представлены в одном графике, где каждое деление означает увеличение прочности (ось y) и плотности (ось x) материала в 10 раз

Линия в середине на 1000 кг/м3 является плотностью воды, соответственно все материалы слева легче воды, а те, что справа - тяжелее. Получается, что твердый материал не может быть легче воды, если он не является пористым. Пористые материалы, такие как дерево и кости, обладают сложной структурой и могут удачно сочетать прочность, гибкость и малый вес.

На протяжении многих лет ученые искали гипотетические материалы, которые могли бы заполнить пустые участки на графике плотности. К счастью, современное компьютерное моделирование может подсказать, какая микроструктура материала может обеспечить требуемые характеристики. К тому же, у ученых впервые появились инструменты, с помощью которых можно работать над созданием микроструктур в масштабе толщины человеческого волоса.

Йенс Бауэр и его коллеги попытались создать похожий на кость сверхпрочный материал с помощью новейшей немецкой технологии Nanoscribe, которая использует сочетание лазерной фотолитографии и 3D-печати.

В лаборатории процесс изготовления нового материала происходит следующим образом: каплю фоточувствительного полимера помещают на предметное стекло и включают лазер. Система автоматизированного проектирования с высочайшей точностью наводит лазерный луч на конкретные участки, которые должны стать твердыми. После завершения обработки, неотвердевший полимер вымывают, оставляя твердый каркас со сложными внутренними структурами, спроектированными компьютером.

Однако на этом процесс не заканчивается, так как получившаяся полимерная пористая «кость» недостаточно прочна. Для ее упрочнения на полимер наносится сверхтонкий слой оксида алюминия толщиной 50 нанометров (миллиардная часть метра).

Получившийся материал легче воды, но при этом превосходит по прочности все природные и искусственные материалы, с плотностью меньше 1000 кг/м3. Так, он в состоянии выдерживать нагрузку 280 MПa, то есть сравним по прочности с некоторыми марками стали.

К сожалению, в ближайшие несколько лет мы не получим массу полезных вещей, сделанных из новейших материалов, спроектированных на компьютере и собранных на наноуровне. Проблема в том, что современные лабораторные методы позволяют создавать предметы из таких материалов размером всего в несколько миллиметров.

Тем не менее, быстрый прогресс в области 3D-печати, лазерной технике и создании новых полимеров позволяет надеяться, что через 10-15 лет на рынок выйдут новые уникальные материалы. Они найдут широкое применение повсеместно: от создания обуви и спортинвентаря, до самолетов и космической техники.

donmigel_62: (кот - учёный)

Ученые изучили поведение электронов в цепных молекулах




Изображение цепочки полимера, полученное различными методиками.

Полупроводниковые пи-сопряженные полимеры благодаря их легко перестраиваемым электрическим, оптическим и магнитным свойствам являются перспективными материалами для таких практических приложений, как светоизлучающие диоды, полевые транзисторы, а также в сегментах солнечной энергетики и создания оптоэлектронных устройств. В своей последней работе группа ученых из США предложила новый способ производства подобных полимеров, а также проанализировала отдельные олигомерные цепочки с использованием передовых технологий сканирующей зондовой микроскопии. Исследования показали, что олигомерные цепи полимеров дают возможность по-новому взглянуть на связь между химической структурой и электронными свойствам цепных молекул. Ученые уверены, что их работа в перспективе поможет в разработке устройств на основе электропроводящих полимеров с заданными электронными свойствами. Кроме того, предложенная методика производства потенциально может быть перенесена на новые графеновые наноструктуры (на подложках из изолятора).


В рамках своей работы группа ученых из University of California и Lawrence Berkeley National Laboratory (США) создавала отдельные олигомерные цепи полимеров с помощью нагревания прекурсора (энедиина), за которым следовала радикальная полимеризация. Надо отметить, что подобная реакция для производства размещенных на поверхности производных полиацетилена использовалась впервые. Далее ученые использовали методики сканирующей туннельной микроскопии и бесконтактной атомно-силовой микроскопии для подробного изучения полученного полупроводникового полимера.

Обе методики основаны на использовании очень острого зонда или металлического наконечника, который подводится непосредственно к образцу (на расстояние менее нескольких атомных диаметров). С помощью сканирующего туннельного микроскопа, измеряя квантово-механический туннельный ток между зондом и образцом, ученые смогли получить информацию об электронных состояниях полимера. В свою очередь бесконтактная атомно-силовая микроскопия была использована для непосредственного отображения химической структуры молекул на поверхности образца. Правда, чтобы обе методики работали должным образом, необходимо было их немного скорректировать, в частности, использовать модифицированные зонды, а также контролировать дополнительные параметры, к примеру, расстояние между зондом и образцом. Благодаря этим ухищрениям ученым удалось получить детальную картину процесса образования полимерных цепей. Они смогли наблюдать электронные состояния, возникающие в олигомерных цепях; кроме того, определили, что энергия этих состояний коррелирует с длиной цепи.

Как поясняют исследователи, упомянутые выше низкоэнергетические электронные состояния формируются благодаря эффективному перекрытию пи-орбиталей мономерных строительных блоков. Соответственно, повышение пространственной делокализации тесно связано с уменьшением электронной энергии олигомеров, что было также подтверждено теоретическим моделированием.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.

В ближайшем будущем группа ученых планирует аналогичным образом наблюдать за синтезом графеновых нанолент на подложках из изолятора (в ходе синтеза планируется применять схожий производственный процесс). Графеновые наноленты, по мнению исследователей, - это уникальные структуры, которые изменяют свои свойства от полуметаллических до полупроводниковых, по мере того как их ширина уменьшается. Подробные исследования их синтеза, как ожидается, должны продемонстрировать множество интересных и технологически полезных особенностей. В перспективе эти особенности могут использоваться в высокоэффективных наноэлектронных устройствах, таких как высокочастотные транзисторы и датчики. Кроме того, они могут быть идеальными соединительными элементами в наноэлектронных схемах.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl403791q
http://nanotechweb.org/cws/article/tech/56049
donmigel_62: (кот - учёный)

Новая технология микроскопической съемки позволяет получить высококачественные изображения на уровне атомов


Снимки атомов материала


При проведении съемки на атомарном уровне даже крошечные движения образца снимаемого материала могут привести к искажению и размыванию получаемого изображения. И, к сожалению, эти движения практически невозможно предотвратить. Исследователи из Университета Северной Каролины разработали новую технологию микросъемки, которая позволяет измерить движения образца и компенсировать их позже при окончательной сборке, в результате которой получается высококачественное изображение. Разработанная технология работает совместно с растровыми просвечивающими электронными микроскопами (Transmission Electron Microscopes, TEM), одним из немногих видов микроскопов, которые позволяют получать изображения отдельно взятых атомов вещества. Область, которую может охватить модернизированный TEM-микроскоп, имеет размер в 25 нанометров, а на проведение процедуры съемки требуются десятки секунд времени.

Образец снимаемого материала упирается в тонкий прут из специального материала, который расширяется или сокращается в соответствии с даже самыми малыми изменениями температуры окружающей среды. Эти изменения габаритов прута практически незаметны ни для глаза, ни для микроскопа, но они заставляют передвигаться образец материала на какие-то доли нанометра. Именно этот температурный дрейф, который компенсирован таким незамысловатым образом, является бичом традиционных технологий съемки при помощи TEM-микроскопов, который приводит к значительному искажению результирующих изображений.


"Наш подход позволяет эффективно устранить эффекты влияния температурного дрейфа при проведении достаточно длительного процесса съемки с помощью TEM-микроскопов" - рассказывает доктор Джеймс Лебо (Dr. James LeBeau).

Кроме компенсации температурного дрейфа с помощью прута, исследователи запрограммировали микроскоп таким образом, что он постоянно вращал направление, в котором он сканирует образец материала. Одно изображение микроскоп снимал, двигаясь сверху вниз, второе - двигаясь слева направо, третье - от одного угла к другом, и т.д. Каждое направление съемки позволило получить изображение с соответствующими искажениями, вызванными остаточным температурным дрейфом.

По окончанию съемки набор полученных изображений загружался в специализированную программу, которая, учитывая особенности движения для каждого снимка, с высокой точностью определяла направление и значение температурного дрейфа. Эти данные впоследствии были использованы для проведения окончательной коррекции результирующего снимка, который весьма точно передает все особенности структуры исследуемого материала, позволяя ученым увидеть даже соединения между отдельными атомами.

"Исторически сложилось так, что каждое наноразмерное изображение сопровождалось набором дополнительных данных и справочных материалов, позволявших выяснить величину температурного дрейфа для того, чтобы можно было сказать насколько сильно изображение было искажено" - рассказывает доктор Лебо, - "С нашим методом необходимость в этом полностью отпадает. Это означает, что мы можем взять абсолютно любые образцы материалов, даже те, для которых не существует табличных справочных данных, и очень подробно изучить их внутреннюю структуру. Такая возможность является ключевым моментом для изучения новых материалов и для разработки технологий управления физическими свойствами этих материалов".

http://esciencenews.com/articles/2014/01/23/new.microscopy.technique.improves.imaging.atomic.scale
donmigel_62: (кот - учёный)

Компьютер будущего: «нейроны» из нанопроводов

Компьютер будущего: «нейроны» из нанопроводов

Ученые разработали невероятно маленький энергонезависимый процессор, который открывает путь к сверхпроизводительной компактной электронике.

Междисциплинарная группа ученых и инженеров из MITRE Corporation и Гарвардского университета сделала ключевой шаг к созданию сверхкомпактных электронных вычислительных систем, которые разрешат проблему закона Мура. Как известно, этот закон гласит, что вычислительная мощность компьютеров удваивается каждые 2-3 года. По мнению экспертов, из-за ограниченных возможностей обычных литографических методов изготовления транзисторов, через 5 лет закон Мура перестанет работать. Проще говоря, совсем скоро современные компьютеры достигнут потолка производительности.

Чтобы решить эту проблему, ученые разработали и собрали крохотное наноэлектронное управляющее устройство, с самой плотной компоновкой из когда-либо созданных процессоров. Новое устройство, названное nanoFSM, имеет очень низкое энергопотребление и по размеру меньше, чем человеческая нервная клетка.


Устройство nanoFSM состоит из сотен нанопроводов-транзисторов, каждый из которых является переключателем толщиной в 10 тыс. раз меньше толщины человеческого волоса. Транзисторы из нанопроводов используют очень мало энергии, к тому же они являются энергонезависимыми, то есть сохраняют положение «вкл» или «выкл» при отключении питания.


Крохотный процессор nanoFSM состоит из нанопроводов-транзисторов, каждый из которых в 10 000 тоньше волоса. Подобная технология позволит резко уменьшить габариты электроники, ее энергопотребление и одновременно повысить производительность

В процессоре nanoFSM нанопровода-транзисторы собраны в цепи на нескольких «плитках», которые могут выполнять вычисления. Подобные устройства могут использоваться в крохотных вычислительных устройствах, например медицинских сенсорах, роботах-насекомых, сенсорах и т.п.

В 2011 году команда ученых и инженеров из MITRE Corporation и Гарвардского университета продемонстрировала одну «плитку» nanoFSM, способную выполнять простые логические операции. Теперь, удалось объединить несколько плиток в одно устройство, то есть, фактически, создать программируемый нанокомпьютер.

Сборка такого нанокомпьютера стала возможна благодаря значительному прогрессу в технологиях высокоточной сборки плотных массивов из элементов наноразмерной величины. Кроме того, ученые научились изготавливать несколько копий nanoFSM за один раз, используя технологию так называемой сборки «снизу-вверх», то есть группируя отдельные атомы или молекулы в готовое изделие.

Современные технологии производства процессоров используют другую технологию, сборку «сверху-вниз», то есть изготовление миниатюрных цепей из крупной заготовки. В отличие от нее, технология сборки «снизу-вверх» имеет массу преимуществ, не удивительно, что ее использует и живая природа - для построения живых клеток.

Разработчики полагают, что технология nanoFSM поступит в массовое производство через 5-10 лет, как раз ко времени, когда текущая электроника достигнет предела своего совершенства. Переход на наноэлектронику позволит существенно снизить энергопотребление и повысить вычислительную мощь современных электронных устройств. Также будет открыта дорога для многих перспективных направлений, например микророботов, имплантируемых сенсоров, нейроинтерфейсов и др.

http://phys.org/news/2014-01-law-nanocomputing-nanowire-tiles.html
Proceedings of the National Academy of Sciences
search and more info
donmigel_62: (кот - учёный)
Ученые сообщили о старте нового космического проекта "Нанокосмос".

Группа европейских астрономов начала амбициозный и дорогой новый проект. В течение шести лет будут построены три лаборатории космического моделирования, две в Испании и одна во Франции.

Три новые махины по пять метров в длину, работающие с водородом, углеродом, азотом, кислородом, кремнием, титаном, железом и другими металлами при температуре 1500 градусов C (2732 F), дадут ученым возможность создать в лабораторных условиях и изучить умирающие звезды.

Это не первый раз, когда астрономы создают "звездный материал", чтобы разгадать астрономические тайны. Астрономы уже пытаются создать белых карликов в пустыне на Земле. Лаборатория Z - самый большой генератор по созданию звездного материала в мире. Она разработана, чтобы проверить материалы в условиях чрезвычайной температуры и давления.

Теперь, пора изучить красных гигантов!

В проекте под названием Nanocosmos примет участие 40 инженеров и астрономов во всем мире, а также телескоп ALMA в Чили и различные радио-телескопы во всем мире.


Впервые, в ходе проекта Нанокосмос будет построена специальная лаборатория, в которой можно будет создать межзвездные зерна пыли, подражающие физическим и химическим условиям внешних слоев умирающих звезд - красных гигантов.

Звезды преобразовывают водород в гелий, чтобы произвести свет и другую радиацию.

Стоимость проекта составляет 15 миллионов евро.

Ученые надеются, что проект Nanocosmos окажет значительное влияние на область астрофизики, нанонаук, химии.

donmigel_62: (кот - учёный)

Рисунки на бумаге лягут в основу инновационной технологии

Иногда для решения проблемы не требуются высокотехнологичные инструменты — достаточно посмотреть на свой письменный стол.

Три студенты из школы Маккормика Северо-западного университета доказали, что простые карандаши и обычная офисная бумага могут использоваться для создания функциональных устройств, способных измерять напряжение и выявлять опасные химические пары.

Результаты работы опубликованы в издании Scientific Reports. Проект стартовал в 2011 году, во время обсуждения проводимости графена, который можно выделить в обычном карандашном грифеле.



«Когда мы проводим карандашом на бумаге линию, графит оставляет на ней многочисленные листы графена», сообщил доцент материаловедения и инжиниринга Цзяцин Юань. „Студенты поинтересовались, нельзя ли как-то использовать этот графен. Так и было положено начало исследованию того, что можно сделать с карандашными линиями“.





Следы простого карандаша на обычной бумаге сформировали графеновую сетьГруппа студентов, включая ведущих авторов Чен Вей Линя и Жи Бо Жао, начала с измерения проводимости карандашного следа на бумаге, а затем использовала следы для создания элементарного электрода. Исследователи выяснили, что закручивание бумаги в одном направлении повышает проводимость грифельных следов за счет сжатия проводящих частиц графена. Закручивание бумаги в другом направлении ослабляет графеновую сеть и сокращает проводимость.

Студенты обратились к следам, оставляемым гнущимся игрушечным карандашом, чья гибкость обусловлена тем, что в грифель подмешивается не глина, а полимер. И вновь проводимость можно было повышать и уменьшать, манипулируя бумагой, однако студенты установили также влияние наличия летучих химических паров, таких как выделения токсичных промышленных растворителей.

При наличии химиката полимер поглощает пары и расширяется, выталкивая графеновую сеть и сокращая ее проводимость. Особенно сокращение проводимости было заметным в присутствии паров, которые с большей готовностью поглощаются полимером.

Такой тип химического датчика, называемый также хемирезистором, является ключевым элементом «электронного носа», используемого для выявления токсичных химических паров. При создании таких хемирезисторов часто используются более дорогие материалы, такие как сети углеродных нанотрубок или металлических наночастиц, которые необходимо рассеивать в полимерную матрицу для формирования сети.



«Наши студенты показали, что добиться этого можно с простым карандашом и обычной бумагой», отметил Юань. „Это пример того, как любопытство приводит к инновационной работе“.


Другие применения технологии на основе карандаша и бумаги могут оказаться менее традиционными.

«Возможно, с их помощью можно будет создавать умные и интерактивные рисунки, способные реагировать на окружающую среду», заключил Юань.

donmigel_62: (кот - учёный)

Электронные вибриссы: новые органы чувств для роботов

Разработка американских учёных может пригодиться не только в робототехнике, но и при создании датчиков нового поколения, а также человеко-машинных интерфейсов.

Многие читали о достижениях исследователей из Калифорнийского университета в Беркли (США) в разработке электронной «кожи». Особый гибкий материал на основе неорганических монокристаллических полупроводников чувствителен к давлению, благодаря чему может использоваться в протезах нового поколения и робототехнике.

Теперь учёные из названного университета вместе со специалистами Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) представили ещё одну инновационную разработку — электронные вибриссы.

Фото Image Source / Corbis.

Вибриссы — это осязательные механочувствительные длинные жёсткие волосы многих млекопитающих (например, усы у кошачьих), выступающие над поверхностью шёрстного покрова. Они выполняют тактильную функцию, дополняя другие органы чувств вроде зрения и слуха.



Похожим образом работают электронные вибриссы: они улавливают малейшие изменения давления, передавая информацию на обработку в электронную систему.

Нанотехнологичные электронные вибриссы (здесь и ниже изображения Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли).

При создании представленного изделия использовались углеродные нанотрубки для формирования особой проводящей матрицы с хорошей гибкостью. Затем на неё была нанесена тончайшая плёнка серебряных наночастиц, что позволило добиться очень высокой чувствительности к механическим воздействиям. В качестве структурного компонента электронные вибриссы используют эластичное волокно с низкой динамической жёсткостью.


Разработчики сообщают, что их детище способно регистрировать давление всего в один паскаль. По сравнению с существующими ёмкостными и резистивными сенсорами чувствительность увеличена на порядок. Исследователям уже удалось получить при помощи своих датчиков высокоточную трёхмерную карту движения воздушных потоков.


Разработка может найти самое широкое применение. Электронные вибриссы, к примеру, могли бы использоваться в качестве органов чувств для роботов или в новых человеко-машинных интерфейсах. На основе таких датчиков могут создаваться высокоточные системы мониторинга окружающей среды и носимые устройства для измерения показателей жизнедеятельности организма (кровяного давления и сердечного ритма).

Отчёт о работе опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Подготовлено по материалам Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.

donmigel_62: (кот - учёный)

Пластиковые кристаллы могут сменить жидкие в наших мониторах

Специалисты из нидерландского Фонда фундаментальных исследований научились создавать пластиковые кристаллы при помощи нитеподобных частиц. И те вполне могут быть использованы в цветных дисплеях, основанных на электронных чернилах.

Пластиковые кристаллы чем-то похожи на обычные жидкие, то есть они находятся где-то посередине между истинной жидкостью и истинным твёрдым телом. Разница сводится к тому, что в пластиковых кристаллах (ПК) структуры дальнего порядка довольно сильны, а в жидких — наоборот. При этом физически ПК мягки, примерно как воск, поскольку их молекулы, хотя и закреплены в кристаллической решётке, могут вращаться на месте, как это бывает в жидкостях.

Пластиковые кристаллы до приложения электрического поля...

Так вот, учёные, ведомые Альфонсом ван Блаадереном (Alfons van Blaaderen), впервые получили такие материалы на базе коллоидов, частицы которых находятся в размерном диапазоне 1–1 000 нм.

Среди прочего, новое исследование сделало возможным создание пластиков в стеклообразном состоянии: молекулы ПК всё ещё могут вращаться в них на месте, но уже не находятся в упорядоченной кристаллической решётке. И тем мне менее материал в целом ведёт себя как твёрдое тело.


Приложение к такой экзотической фазе внешнего электрического поля помогло учёным превратить её в трёхмерный кристалл, в котором существует строгая внутренняя упорядоченность, образующаяся за счёт того, что электрическое поле прекращает свободное вращение молекул на месте. Неожиданным последствием оказалось и то, что нити, из которых состоит материал, застывают в правильной 3D-решётке. Процесс обратим, и как только поле исчезает, новинка снова становится «пластиковым стеклом».

...И после. (Здесь и выше иллюстрации FOM.)

Подобное переключаемое поведение пластикового стекла не только способно значительно продвинуть теоретическое понимание перехода в стеклообразное состояние и обратно, но и интересно для использования в дисплеях компьютерных мониторов — так же, как это некогда произошло с жидкими кристаллами. Как подчёркивают разработчики, пластиковые кристаллы могут быть использованы для создания цветных экранов на электронных чернилах.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Communications (полный текст).

Подготовлено по материалам Фонда фундаментальных исследований.

donmigel_62: (кот - учёный)

Наночастицы помогли физикам МИТ создать прозрачный проекционный экран


Американские физики создали крайне необычное устройство, которое представляет собой первый в мире полностью прозрачный проекционный экран из смеси стекла и особых наночастиц, пропускающих обычный свет и являющийся непроницаемым для синих лучей лазера, и опубликовали «инструкции» по его сборке в журнале Nature Communications.

В последние годы ученые активно используют наночастицы-плазмоны для создания «невозможных» с точки зрения классической оптики устройств, способных манипулировать свойствами света.



Так, в январе 2012 года физики создали микроволновый «плащ-невидимку», а в августе — научились использовать плазмоны для печати цветных изображений с рекордным разрешением и качеством.

Чиа Вэй Сюй из Массачусетского технологического института (США) и его коллеги использовали подобные наночастицы для создания футуристического проекционного экрана, экспериментируя с плазмонами, которые взаимодействуют только с лучами определенного цвета.

Изучая их свойства, ученые предположили, что подобные частицы можно вставить в прозрачный материал, такой как стекло, и при этом сохранить его проницаемость для света Солнца или ламп.

Руководствуясь этой идеей, группа Сюя изготовила небольшое количество наночастиц из серебра и покрыла ими лист из обычного стекла. Эти микроскопические кусочки металла были устроены таким образом, что они пропускали весь свет, кроме лучей синего лазера с определенной частотой волны.

Благодаря этому лист стекла оставался прозрачным в нормальных условиях, но при этом он был «зеркалом» для лучей лазера.

Затем ученые собрали особый «лазерный» проектор, который выводил изображение на экран, и успешно проверили его в действии.



«В принципе, мы можем создать цветной дисплей, используя три типа наночастиц, поглощающих лучи красного, зеленого и синего цвета. С другой стороны, можно объединить все эти свойства в одной частице, однако нам тогда придется бороться за прозрачность стекла», — заключает другой автор статьи, Марин Сольячич.



Profile

donmigel_62: (Default)
donmigel_62

March 2014

S M T W T F S
       1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 1819202122
23242526272829
3031     

Syndicate

RSS Atom

Page Summary

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags