Ciekawostki nanoświata

Małe, jadalne butelki wody

Ooho czyli jadalna butelka wody została „wyprodukowana” przez firmę Skipping Rocks Lab. Wydaje się to być niemożliwe, aby zjadać butelkę, a jednak! Jadalna butelka powstałą przez zanurzenie zamarzniętej kulki cieczy w mieszaninie z alg, która tworzy membranę wokół lodu.  Błona jest jadalna i biodegradowalna. Aby skosztować wody wystarczy przegryźć bezsmakową membranę i wypić ją lub po prostu zjeść całą kulkę. Wady, jakie Ooho posiada to fakt tego, iż membrana jest bardzo delikatna i z pewnością nie uda się nikomu jej wrzucić w torbę lub plecak. Ze względu na to, że powłokę można konsumować, „jadalna butelka” będzie mogła być sprzedawana w sklepach spożywczych tylko w opakowaniu zewnętrznym, przez co całkowicie będzie to wykluczać  misję „bez opakowania”. Ooho jest ciekawym pomysłem i w przyszłości może stać się podstawowym obiektem zainteresowań wielu ekologicznych firm. Badania nadal trwają. Poprzez zastosowanie jadanych butelek nie tylko produkacja plastikowych butelek zmaleje, ale również łatwiej będzie oczyścić świat. 


Bardziej czarny niż czarny

"To jest fascynująca technologia - nasze odkrycie pozwoli zwiększyć sprawność absorpcji światła jak również sprawność konwersji promieniowania na energię elektryczną w pełnym zakresie pasma" - poinformował szef projektu, Shawn-Yu Lin, profesor fizyki z Rensselear Polytechnic. Naukowcy z Rice University oraz Polytechnic Rensselaer Institute  pomyślnie zakończyli projekt nt. odkrycia najczarniejszego materiału, jaki kiedykolwiek udało się stworzyć. Materiał ten składa się z cienkiej warstwy węglowych nanorurek, które rozlokowane są pionowo względem siebie. W ten sposób surowiec ten absorbuje więcej niż 99.9% padającego na niego promieniowania świetlnego. Najciemniejszy surowiec,jaki dotąd uzyskano posiadał współczynnik odbicia w granicach 0.16 do 0.18% i wykorzystano w nim warstwę ze stopu niklowo-fosforowego. Nowy materiał, który został odkryty przez naukowców pod nadzorem profesora Lina  ma bardzo niski współczynnik odbicia, który wynosi zaledwie 0.045%. Naukowcy twierdzą, że poprzez luźne wypełnienie materiału węglowymi nanorurkami, surowiec ten będzie „chwytał światło” i nada materiałowi unikalne cechy. Najciemniejszy materiał, jaki odkryto posiada bardzo dobre własności. W przyszłości może znaleźć zastosowanie chociażby w elektrooptyce czy nawet branży solarnej. 


SpongeGrafen- przyszłość  nanoświata

Grafen to odrębna (pojedyncza) płaszczyzna atomów węgla, tzw. materiał dwuwymiarowy. We właściwych warunkach powierzchnia grafenu może połączyć się i uporządkować, stwarzając przy tym trójwymiarową strukturę w postaci gąbki lub pianki, zawierającą puste w środku przestrzenie. Do syntezy takiej gąbki wykorzystuję się tlenek grafenu, tak powstaje SpongeGrafen. Materiał ten ma wewnątrz mnóstwo pustych obszarów, tzw. porów, które mają rozmiar rzędu  mikro-, a nawet nanometrów. Jakie zalety posiada SpongeGrafen? Otóż ma bardzo dobre właściwości elektryczne, jest niedrogi w produkcji. Można go wykorzystać do budowy elektrod w setkach urządzeń, np.: w bateriach,  ogniwach paliwowych  a nawet superkondensatorach. Prawdopodobnie, w przyszłości mógłby on wyprzeć stosowane obecnie materiały węglowe. W medycynie może znaleźć zastosowanie, np. w rozrusznikach serca (jest on całkowicie bezpieczny dla zdrowia). SpongeGrafen nieprzerwanie jest badany i ulepszany. W trakcie realizacji są obecnie prace nad polepszeniem jego odporności na zużycie, a także zsynchronizowaniu rozmiaru powstających porów. Materiał można wzmocnić dodając związki np. polimery. Już wiadomo, że SpongeGrafen w niedługim czasie podbije nanoświat.

 

Więcej informacji na stronie internetowej: https://prenumeruj.forumakademickie.pl/fa/2016/06/spongegrafen-podbija-n...


Nanorurki w produkcji układów scalonych

Pamięć NRAM (Nonvolatitle RAM), w której wykorzystywane są nanorurki węglowe mogą za kilka lat zastąpić istniejące pamięci DRAM oraz NAND/Flash.

Technologia opracowana przez firmę Nantero pozwala na produkcje układów scalonych, które pracują setki razy szybciej od już istniejących pamięci NAND/ Flash oraz nie potrzebują podtrzymywania zasilania podczas przechowywania danych w porównaniu do pamięci DRAM.

Głównymi zaletami tego typu pamięci jest energooszczędność, co powoduje, że pobiera dużo mniej prądu. Dzięki temu urządzenia przenośne wykorzystujące pamięć NRAM będą mogły dłużej pracować bez konieczności ładowania. Pamięci NRAM oprócz tego, że są długo żywotne to mogą także pracować w niekorzystnym otoczeniu. Okazało się, że pracując w ekstremalnych warunkach, jeśli chodzi o temperaturę oraz wysoki poziom promieniowania, pamięci pracowały stabilnie i nie uległy uszkodzeniu.


Niesamowite własności wody wewnątrz nanorurek

Naukowcy z MIT odkryli niespodziewane zachowanie wody w nanorurkach. Jeżeli umieścimy wodę w małych przestrzeniach zmienia ona swoją temperaturę wrzenia oraz zamarzania. Natomiast, gdy umieścimy wodę w nanorurkach woda zaczyna zamarzać w temperaturze, gdzie w normalnych warunkach powinna wrzeć Początkowo naukowcy twierdzili, że nanoprzestrzeń może obniżyć a nie podnieść punkt zamarzania wody.

Zadziwiający był już sam fakt, że do nanorurek można wprowadzić wodę, gdyż nanorurki uchodzą za materiał hydrofobowy. Pomiary zostały dokonane za pomocą spektroskopii wibracyjnej, dzięki której możliwe jest śledzenie molekuł wody wewnątrz nanorurek węglowych. Dzięki tej metodzie możliwe było nie tylko potwierdzenie, że woda znajduje się w nanorurkach a też na określenie jej fazy. Badania te pokazują, że materiały ulegają zmianom, jeżeli umieścimy je w strukturach nanometrowych.  


Nanorurki wykorzystane w przemyśle energetycznym

Naukowcy z Rice University w Houston opracowali nową metodę produkcji nanorurek zwaną amplifikacją. Metoda ta polega na wybraniu krótkich nanorurek z czystego metalu i nałożeniu na nich katalizatora. Nanorurki przygotowuje się w komorze wysokiego ciśnienia. W komorze tej unosi się mieszanina gazów oraz wysoka temperatura, dzięki czemu na końcach nanorurek narastają nanorurki węglowe lub metaliczne. Metoda amplifikacji pozwala na otrzymanie nanorurek węglowych i metalicznych o dokładnie określonym kształcie i rozmiarze oraz zaplanowanym przewodnictwie, co pozwoli w przyszłości wykorzystać tą metodę w przemyśle energetycznym.


Technologia HDR z wykorzystaniem kropek kwantowych

Technologia HDR jest rozwiązaniem, które lepiej poprawia realizm wyświetlanego obrazu.  Rozszerzany jest zakres dynamiczny to znaczy, że większa jest różnica między czernią a bielą, a co za tym idzie otrzymujemy szerszą paletę możliwych kolorów. Poprawia się także jasność, która wynosi nawet 1000 nitów. Na chwilę obecną jest to najwyższa intensywność luminancji.

Kropki kwantowe dostarczają wierne odwzorowanie kolorów, co po części łączy się z faktem, że sąsiadujące barwy się nie mieszają. Telewizory te są w stanie wyświetlić nawet miliard kolorów. Technologia Quantum Dot polega na wykorzystaniu nanokryształów. Światło pochodzące z diod LED przechodzi przez nie, po czym jest przetwarzane w taki sposób, by zmienić długość fali i przekazać żywszy kolor. Barwy są w efekcie bardziej naturalne i lepiej nasycone.Zarówno jedno, jak i drugie rozwiązanie zdecydowanie poprawiają jakość odbieranych barw w telewizorach.


Drukarka 3D działająca według technologii „litografii dwufotonowej”

Drukarka wynaleziona przez Naukowców z University of Technology w Wiedniu wykorzystuje ciekłą żywicę, która skapuje maleńkimi kropelkami precyzyjnie w miejscu wyznaczonym promieniem lasera. Położenia lasera jest kontrolowane przez system poruszających się luster. Materiał zastyga w kilka sekund i umożliwia położenie kolejnych warstw. Wysoka rozdzielczość pozwala na tworzenie bardzo skomplikowanych struktur z dbałością o najmniejsze szczegół. Szybkość drukowania jest mierzona w milimetrach na sekundę. Urządzenie może drukować 5 metrów w ciągu sekundy. Na chwile obecną w litografii dwufontonowej jest to najlepszy wynik jaki kiedykolwiek uzyskano. Nowoczesną drukarką 3D zainteresował się już przemysł, zwłaszcza farmaceutyczny, który dostrzegł nowe zastosowania żywic np. do produkcji rusztowań dla tkanek, potrzebnych podczas przeszczepiania skóry.


Okrzemki – naturalne nanomateriały

Nanomateriały inżynierskie są wytworem działalności inżynierów, ale to natura jest jednym
z najdoskonalszych „wytwórców” nanomateriałów. Przykładem takiego naturalnego nanomateiału są diatomity czyli okrzemki. Są to jednokomórkowe organizmy roślinne, których rozmiary wynoszą od 1,5 do 500 µm, czasem osiągają 2-5 mm. Okrzemki mają krzemionkowe szkielety składające się
z dwóch niezrośniętych ze sobą połówek, czyli okryw, zwykle zachodzących jedna na drugą jak denko i wieczko w pudełku. Szkielety okrzemek mają bardzo symetryczna budowę najczęściej klasyfikowaną do dwóch grup: o kształcie wydłużonym i centrycznym. Okrywy mają ornamentację charakterystyczną dla danego gatunku w postaci otworków, prążków, żeberek i wyrostków
o rozmiarach nanometrycznych.

Szkielety okrzemek są wykorzystywane ze względu na krzemionkę, która je buduje, a także ze względu na ich małą gęstość, twardość i wysoką temperaturę topnienia. Są powszechnie stosowane jako wypełniacze do materiałów stosowanych, np. w budownictwie, jako materiał filtrujący oraz izolujący.Kształt diatomitów, dwóch połówek ze sobą złączonych, tworzy gotowe kapsułki, które mogą być wykorzystane jako transportery, w tym jako nośniki leków.

Ze względu na ich bardzo regularną, symetryczną morfologię szkielety okrzemek o nanometrycznych rozmiarach porów w stosunkowo prosty sposób można zaadaptować jako membrany do procesu nanofiltracji i osmozy.

Inne wykorzystanie diatomitów to użycie ich jako pojedynczych elementów – wzorców dla urządzeń MEMS (ang. Micro Electro-Mechanical Systems), czyli układów elektrycznych i mechanicznych,

w których co najmniej jeden wymiar szczególny znajduje się w skali mikro (0,1-100 µm).

Więcej informacji w książce „Nanomateriały inżynierskie, konstrukcyjne i funkcjonalne”.


Wykorzystanie kropek kwantowych w współczesnych telewizorach

Dzięki zastosowaniu kropek kwantowych otrzymujemy nową jakość kolorów, które znalazły zastosowanie w najnowszych telewizorach. Jak wiadomo kropki kwantowe to niewielki obszar przestrzeni ograniczony w trzech wymiarach barierami potencjału. Kropki kwantowe umieszcza się pomiędzy diodami LED telewizora a filtrami kolorów. Następnie z diod LED pada niebieskie światło na kropki, które przepuszczają część tego światła w niezmienionej postaci, a część światła zmieniają na inną długość fali, gdzie później reemitują. Przy tej metodzie wykorzystywane są kropki kwantowe o dwóch średnicach: emitujące światło w kolorze zielonym kropki o wielkości 3nm oraz światło w kolorze czerwonym o średnicy 7nm. Dzięki kropkom kwantowym otrzymujemy bardzo nasycone podstawowe kolory RGB, z których później można złożyć pozostałe kolory, które telewizor może wyświetlić. Dzięki wykorzystaniu kropek kwantowych otrzymujemy praktycznie 100% pokrycia przestrzeni barw, które są bardziej nasycone i precyzyjne.


Niezwykle wytrzymała bateria dzięki wykorzystaniu nanodrutów

Nanodruty są używane od lat do budowy baterii litowo-jonowych. Niestety struktura ma tendencję do pękania w wyniku intensywnej eksploatacji akumulatorów.

Naukowcy z University of California odkryli, że baterie wyposażone w nanodruty oraz specjalną powłokę mogą zwiększyć swoją żywotność do 200 000 cykli ładowania, gdzie obecne baterie litowo- jonowe mogą zapewnić średnio do 7000 cykli ładowania. Wszystko dzięki przypadkowemu odkryciu. Nanodruty wykonane ze złota pokryto cienką warstwą dwutlenku manganu, dzięki czemu nie ulegają one z czasem degradacji oraz zatopiono je w żelu typu pleksi. Badania pokazały, że taka bateria może być ładowana beż utraty swoich właściwości oraz bez pojawiania się pęknięć na nanodrutach.

Więcej informacji na stronie: http://komorkomania.pl/33089,smartfony-z-zywotnymi-bateriami


Nanorurki węglowe

Struktury nad cząsteczkowe mające postać pustych w środku walców Współcześnie najlepiej poznane są nanorurki węglowe, których ścianki zbudowane są ze zwiniętego grafenu (jednoatomowej warstwy (grafitu). Istnieją jednak także nie węglowe nanorurki (m.in. utworzone z siarczku wolframu) oraz nanorurki utworzone z DNA.

Najcieńsze nanorurki węglowe mają średnicę rzędu jednego nanometra, a ich długość może być miliony razy większa. Wykazują niezwykłą wytrzymałość na rozciąganie i unikalne własności elektryczne, oraz są znakomitymi przewodnikami ciepła.. Te własności sprawiają, że są badane jako obiecujące materiały do zastosowań w nanotechnologii, elektronice, optyce i badań materiałowych.

Z punktu widzenia chemii kwantowej, nanorurki węglowe zbudowane są wyłącznie z wiązań. Wiązania te są mocniejsze od wiązań tworzących diament, co pozwala nanorurkom uzyskiwać większą wytrzymałość. Nanorurki samoczynnie zlepiają się we włókna za pomocą ddziaływań Var der Waalsa. Pod dużym ciśnieniem można przekształcić część wiązań, tworząc z nich niezwykle wytrzymałe materiały takie jak ADNR.

 

Robot-chirurg poruszający skalpelem z precyzją człowieka albo sensor nieustannie monitorujący oddech noworodka - to wszystko, a z pewnością i wiele więcej da się osiągnąć dzięki nowo utworzonemu nanotechnologicznemu sensorowi analizującemu ruch ludzkiego ciała - donosi "Nature Nanotechnology". (…)

Z pomocą nowo opracowanego sensora ruchu zbudowano rękawicę naszpikowaną czujnikami ruchu, która w niedalekiej przyszłości będzie tworzyć układy pozwalające na programowanie ruchów precyzyjnego robota prowadzącego skomplikowane operacje chirurgiczne. Inna możliwość praktycznego wykorzystania nanotechnologicznego sensora ruchu to tworzenie urządzeń monitorujących oddech niemowlęcia, w celu uniknięcia tzw. śmierci łóżeczkowej, czyli zespołu nagłego zgonu niemowląt.(PAP)

 

Więcej informacji na stronie: http://odkrywcy.pl/kat,111398,title,Nanorurki-dzieki-nim-roboty-sa-jak-ludzie,wid,13296212,wiadomosc.html


HEMT

Tranzystory HEMT (High Electron Mobility Transistors) wytwarzane na bazie azotku galu (GaN) są obecnie najlepszymi półprzewodnikowymi elementami aktywnymi do przetwarzania sygnałów wielkiej częstotliwości i dużej mocy. Od momentu pojawienia się na rynku znajdują one zastosowania przede wszystkim w mikrofalowych urządzeniach nadawczych, a w ostatnich latach – także
w impulsowych przekształtnikach mocy.

Tranzystory HEMT są tranzystorami polowymi złączowymi, należącymi do grupy tranzystorów „normalnie załączonych” z kanałem n. Specyfika budowy tranzystora HEMT polega na wykorzystaniu heterozłącza (stąd inna nazwa: HFET – heterojunction field effect transistor). Najczęściej jest to złącze AlGaN-GaN. Unikalne cechy tranzystorów HEMT wynikają stąd, że w zaporowo spolaryzowanym heterozłączu tworzy się bardzo wąska studnia potencjału dla elektronów, odpowiadająca położeniu dna pasma przewodnictwa w rejonie styku dwóch materiałów o różnych szerokościach pasma energii zabronionych. Możliwości ruchu elektronów o energiach odpowiadających tej studni są praktycznie ograniczone do dwóch wymiarów (z wyłączeniem wymiaru prostopadłego do powierzchni złącza), co jest efektem typowo kwantowym. W odniesieniu do tych elektronów używa się określenia „dwuwymiarowy gaz elektronowy” (two-dimensional electron gas, 2-DEG). Strukturę tranzystora HEMT wykonuje się tak, że rejon, w którym powstaje dwuwymiarowy gaz elektronowy jest bardzo słabo domieszkowany (lub niedomieszkowany), co znacznie redukuje efekt rozpraszania nośników
i umożliwia uzyskiwanie bardzo dużych ruchliwości elektronów.

 

Więcej informacji na stronie: http://pe.org.pl/articles/2015/9/18.pdf


Kilka słów o czasie

W naszej świadomości teraźniejszość trwa dokładnie 2,7 sekundy. Jest to przedział czasu, w jakim ludzka uwaga może skupić się na jednej rzeczy. Czas jest czymś odmierzanym przez zegar.

Okazuje się jednak, że im szybciej się poruszamy, tym czas płynie wolniej. Jeżeli dokonamy pomiaru czasu w dwóch różnych układach odniesienia, z których jeden przemieszcza się względem drugiego to odkryjemy, że otrzymane wyniki różnią się od siebie. Zjawisko to nosi nazwę dylatacji czasu. Niestety jest ono praktycznie niezauważalne w życiu codziennym. Na przykład dla kogoś jadącego po autostradzie każda sekunda jest o cztery biliardowe dłuższa niż sekunda upływająca komuś stojącemu na parkingu. Mimo że nie jesteśmy w stanie odczuć tak małych różnic w upływie czasu, korzystamy z nich używając np. nawigacji samochodowej (GPS).

Oprócz prędkości na czas wpływa również grawitacja. Oznacza to, że ten sam zegar pokazuje inne wartości w zależności od tego, gdzie się znajduje. Im mocniej na dane miejsce działa siła ciążenia, tym wolniej płynie w nim czas. Jeśli moglibyśmy przebywać bezpośrednio przy czarnej dziurze, to czas upływałby dla nas tak jak zwykle. Jeżeli jednak spojrzelibyśmy przez teleskop na naszą planetę, widzielibyśmy ją w skrajnym przyspieszeniu.

Zauważamy, że czas upływa, ale nie znamy jego natury i nie rozumiemy go. Mimo wielu badań do tej pory nie ma on jednoznacznej naukowej definicji. Jak powiedział Albert Einstein: „Czas jest iluzją”.

 

Powyższe informacje pochodzą z artykułu umieszczonego w kwietniowym wydaniu miesięcznika „Świat wiedzy”.

Polski