Будоражащий ветер нано-новшеств/ Новости нанотехнологий

Выпуски «новости нанотехнологий» уже несколько лет готовятся для журнала «Экология и жизнь.» В этом выпуске — самочищающаяся ткань, применение кубитов, использование квантовых эффектов в нанопроводах для микросхем, нанодатчики давления в шинах автомобиля, внутриклеточная «подсветка»  с помощью наносветоводов.

Китайские ученые  Мингц Лонг и Дайонг Ву создали хлопчатобумажную ткань, которая очищается под воздействием солнечных лучей. Уникальные
возможности новой ткани обеспечиваются нанопокрытием из диоксида
титана, который используется как пищевой краситель и добавка в
косметических средствах, например в солнцезащитных лосьонах. Как
оказалось, диоксид титана расщепляет грязь и убивает микробы при
облучении светом определенного спектра. Благодаря этому диоксид
титана уже начинают использовать в самоочищающихся стеклах,
кухонном оборудовании и сантехнике. Самоочищающиеся
хлопчатобумажные ткани разрабатывали и ранее, но они могли
очищаться только под воздействием мощного ультрафиолетового
излучения. Китайским ученым впервые удалось создать ткань,
которую можно повесить на балконе и очистить с помощью простого
солнечного света. Их хлопчатобумажная ткань покрыта
наночастицами из соединений диоксида титана и азота. В свою
очередь, наночастицы серебра и йода ускоряют процесс
восстановления цвета ткани. В ходе экспериментов она легко
избавлялась от пятен оранжевой краски и бактерий, которые
вызывают неприятный запах.

Исследователи из Центра квантовой фотоники Университета Бристоля разработали первый в мире многоцелевой программируемый квантовый процессор, в котором используется «квантовая запутанность», или явление, при котором два или более объектов имеют взаимосвязанные квантовые состояния.
Разработанный процессор представляет собой структуру из нескольких электродов и волноводов, которые изготавливаются из диоксида кремния. Квантовые состояния воспроизводятся путем программирования электродов. Вычислительное устройство способно выполнять действия с двумя квантовыми битами (кубитами), на
которые наложена ненаблюдаемая связь. Процессор достаточно
компактен относительно своих сородичей (размеры корпуса
составляют всего 70 х 3 миллиметра), и ученые уже говорят о
возможности использования решения в мобильных устройствах
различного рода. Также разработчики подчеркивают, что структура
их творения во многом повторяет структуру кремниевых процессоров, но вместо электричества для осуществления операций используется свет. Инженеры верят, что их квантовый процессор в скором времени найдет применение в «реальных» устройствах, но некоторые аналитики не разделяют оптимизма ученых.
Предполагается, что переход на квантовые процессоры в корне
изменит парадигму компьютерных вычислений, а такая революция без
поддержки лидеров индустрии попросту невозможна.

Группа ученых во главе с Джиллемом Жерво с физического факультета университета Макгилла и Майком Лилли из SandiaNationalLaboratories разработала одну из наименьших электросхем. Она состоит из двух проводов, разделенных примерно 150 атомами или 15 нанометрами. Это открытие может оказать существенный эффект на скорость и мощность наименьших интегральных схем будущего во всем, от смартфонов до настольных компьютеров, телевизоров и сиcтем GPS. В данном случае провода впервые были расположены столь близко друг к другу. Авторы исследования установили, что воздействие одного провода на
другой может быть либо положительным, либо отрицательным. Это
значит, что ток в одном проводе способен производить ток и в
другом проводе, причем как в том же, так и в другом направлении.  Данное
открытие, основанное на принципах квантовой физики, формирует
необходимость пересмотра нашего представления того, как даже
самые простые электронные схемы поведут себя в наномасштабе.
Помимо влияния на скорость и эффективность будущих электросхем,
данное открытие способно помочь также решить одну из основных
проблем, стоящих перед будущими компьютерными разработками. Речь идет о повышении температуры в работающих электросхемах. Известный теоретик Маркус Бюттикер считает, что можно использовать тепловую энергию, рассеянную одним проводом при использовании поблизости других проводов.

Исследователи из бельгийского центра микро- и наноэлектроники IMEC (InteruniversityMicroelectronicsCentre) создали MEMS – чип, способный питать датчики системы контроля давления в шинах автомобиля. MEMS – генератор преобразует энергию вибраций в электрическую для питания встраиваемого в золотник колеса датчика. Максимальную мощность генератора разработчики оценивают в 489 микроватт при резонансной частоте колебаний 1011 гц. Естественно, что на практике колебания колеса автомобиля не достигают таких величин, и потому результаты у MEMS – генератора скромнее. При скорости 70 км/ч чип выдает около 40 мкВт, которых тем не менее достаточно для
питания датчика и передающей схемы. Конструктивно MEMS – генератор представляет собой пьезоэлектрическую пластину из нитрида алюминия, помещенную между электродами, которые, в свою очередь, образуют
конденсатор. Простая конструкция и технологичность позволяют
применять чип во многих областях, где замена источника питания
невозможна или нецелесообразна.

Международная группа ученых из Швеции, США
и Кореи использовала в своих интересах то, что в обычных
обстоятельствах можно было бы считать дефектом процесса
нанопроизводства многослойной кремниевой структуры, которая
удерживает воду в течение года и более. Известно, что блестящие
синие крылья бабочки PapilioUlysses легко отражают воду
благодаря ультракрошечным структурам в крыльях, которые
удерживают воздух и создают воздушную подушку между водой и
крылом. Ученые использовали травление, чтобы вырезать микроразмерные поры и
сваять крошечные кремниевые конусы. Исследователи обнаружили,
что особенности получающейся структуры, которые вполне можно
было бы считать дефектами, улучшили водоотталкивающие свойства
кремния, создав многослойную систему воздушных резервуаров.
Запутанная структура пор, конусов, неровностей и углублений, как
выяснилось, также хорошо улавливает свет, абсорбируя волны длины
чуть выше видимого диапазона. Применение открытия возможно в
электрооптических устройствах, а также в инфракрасных и
химических сенсорах.

Группа ученых из университета Монаш
(Австралия) и их коллеги из CSIRO разработали многообещающую и легкую в изготовлении замену пластикам – аморфное массивное металлическое стекло (АВМ). Из таких сплавов формируются аморфные материалы, по свойствам во
многом похожие на стекло. Полевые эмиссионные устройства,
вырабатывающие стабильный поток электронов, имеют множество
потребительских, промышленных и исследовательских применений.
Ученые использовали сплав, сделанный из магния, меди и
гадолиния. Это металлическое стекло обладает многими из желаемых
свойств  пластиков. Оно может производиться оптом и в любой форме, а также служить эффективной матрицей для нанотрубок. Помимо высокой проводимости тепловые свойства металлического стекла означают, что ему нипочем высокие
температуры. По словам ученых, эти преимущества нового материала
вкупе с превосходными электронными эмиссионными свойствами
делают его одним из лучших вариантов в этой области.
Исследователи впервые решили использовать его в функциональном
эмиссионном устройстве. Примеры потенциального применения
инновационной технологии – электронные микроскопы, микроволновая
печь, наноэлектроника и современные сканирующие устройства.

Группа ученых из LawrenceBerkeleyNationalLab(США) создала новый
оптический инструмент с помощью присоединения тонкого волновода,
представляющего собой нанопровод из оксида олова, к концу
оптического волокна, таким образом, что свет, распространяющийся
внутри волокна, может легко «переходить» в нанопровод за счет
эффекта спаривания. При достижении кончика нанопровода, свет
переизлучается, вследствие чего он может использоваться для
получения  оптических изображений внутриклеточного пространства с высоким разрешением (если конец нанопровода вставляется в биологическую клетку). Разработчики провели испытания своего инструмента на клетках HeLa и обнаружили, что свет, излучаемый кончиком нанопровода, был в значительной степени локализован в пространстве. Это позволит создавать на базе нового инструмента средства для узконаправленного освещения объектов внутри
биологических клеток. Созданный таким образом эндоскоп, в
отличие от обычного флуоресцентного зондирования на основе
относительно толстых субмикронных конусообразных оптических
волокон, является неинвазивным, т.к. он может быть безопасно
внедрен в цитоплазму клетки без ее повреждения. При этом синий
свет, излучаемый нанопроводом, не опасен для клетки, т.к. объем
освещенного пространства в отличие от упомянутого
флуоресцентного зондирования, очень мал (имеет порядок
пиколитров). Предложенные устройства могут доставлять малые дозы
лекарства, белков или генов внутрь клетки. В будущем ученые
планируют использовать подобное устройство для оптической и
электрической  стимуляции биологических
клеток с одновременным оптическим наблюдением за процессом.

Хотелось бы верить, что в России пойдут
проверенным путем (то ли американским, то ли китайским), что
ведущие российские университеты, в том числе не из Москвы и
Петербурга, займут достойное место в рейтингах, а российские
нанотехнологии не будут только для внутреннего рынка.

 

Запись опубликована в рубрике Без рубрики. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Один комментарий: Будоражащий ветер нано-новшеств/ Новости нанотехнологий

  1. A.Samsonov говорит:

    «Авторы исследования установили, что воздействие одного провода на
    другой может быть либо положительным, либо отрицательным. Это
    значит, что ток в одном проводе способен производить ток и в
    другом проводе, причем как в том же, так и в другом направлении.» А в чем собственно открытие? Разве это не известная со времен Фарадея индукция?

Добавить комментарий

Читать ecolife_ru в Твиттере