Новости Hardware → нанотехнологии

Наночастицы золота превращают свет в электрический ток

Группа исследователей из Университета Пенсильвании под руководством профессора материаловедения Дона Боннела (Dawn Bonnell) предложила оригинальный вариант преобразования солнечного света в электрический ток. По задумке изобретателей, разработанная ими технология может применяться скорее не в составе солнечных батарей, а как компонент, обеспечивающий автономное питание электрических схем, или даже в качестве запоминающей ячейки оптоэлектронного запоминающего устройства.
фотовольтаический элемент из наночастиц золота
Представленный фотовольтаический элемент образован светочувствительными наночастицами золота, помещенными на стеклянную подложку на минимальном расстоянии друг от друга. При стимуляции электронов посредством оптического излучения они начинают перемещаться по поверхности наночастиц золота, образуя так называемые «поверхностные плазмоны», что вызывает протекание электрического тока сквозь молекулы. По словам Боннела, если при масштабировании подобной схемы не встретятся некие неизвестные на сегодняшний день факторы, можно будет создать структуру толщиной с человеческий волос и длиной в один дюйм, способную обеспечивать электрический ток силой 1 А при напряжении 1 В. Кроме того, исследователи полагают, что предложенные ими фотовольтаические цепи можно использовать для кодирования битов, используя для записи не электрический заряд, а световое излучение. Материалы по теме: Источник:

Заряжать мобильники можно будет рубашками и джинсами

Команда инженеров Калифорнийского Университете Беркли вышли на новый виток в развитии пьезоэлектриков. Им удалось создать так называемые «энергосберегающие нановолокна», которые однажды станут переворотом в текстильной промышленности. Эти нановолокна способны вырабатывать электрическую энергию за счет механического стресса, растяжений и изгибов. Ученые утверждают, что новый тип одежды сможет накапливать достаточно энергии для зарядки мобильного телефона или плеера. Цена «энергетической одежды» будет довольно низкой благодаря органическим материалам на базе поливинилиденфторида, которые позволяют производить дешевые нановолокна. К сожалению, пока судьба нового типа одежды остается неясной. Ученые не говорят, можно ли ее стирать, сушить и гладить обычными методами. Материалы по теме:

Источник:

Беспереходные транзисторы могут усовершенствовать чипы

Исследователям из ирландского Национального научно-исследовательского института им. Тиндаля (Tyndall National Institute) удалось создать полупроводниковую структуру, претендующую на ключевую роль для дальнейшего развития электронных компонентов. По словам ученых, представленный ими беспереходный транзистор – первое в мире физически реализованное устройство такого типа. Функционирование структуры основано на возможности управления протеканием тока, вплоть до полного запирания, через тончайший, толщиной всего 10 нм, проводник, посредством «электрического сжатия» со стороны окружающего его слоя, получившего название «обручального кольца».
структура беспереходного транзистора
Согласно данным исследователей, отсутствие традиционных для транзисторов переходов между полупроводниками n- и p-типов позволяет как уменьшить размеры логических вентилей, так и улучшить их характеристики – например, существенно уменьшить токи утечки, а также снизить стоимость чипов. При этом для изготовления микросхем с беспереходными транзисторами могут использоваться те же технологические операции, что и в техпроцессе типа CMOS. Исследователи использовали коммерческие SOI-подложки и электронно-лучевую литографию для создания нанопроводников (или нанолент) шириной приблизительно 30 нм и толщиной 10 нм. После выращивания 10-нм слоя оксида, нанопроводники подвергались легированию мышьяком для получения канала n-типа, или фторидом бора – для p-типа. Окружающий затворный слой управления толщиной 50 нм был сформирован из поликристаллического кремния, и легирован таким образом, чтобы отличаться от типа канала. Созданный беспереходный транзистор напоминает структуру, впервые предложенную еще в 1925 г. и известную под названием устройства Лилиенфильда, по имени его изобретателя, австро-венгерского ученого Юлиуса Эдгара Лилиенфильда (Julius Edgar Lilienfield). Однако реализация устройства стала возможна только сейчас, благодаря появлению технологий, позволивших формировать кремниевые проводники толщиной всего лишь в несколько десятков атомов. Материалы по теме:

Источник:

Представлен усовершенствованный алмазный светодиод

Японский Национальный институт передовой промышленной науки и технологии (National Institute of Advanced Industrial Science and Technologies, AIST) разработал алмазный светодиод мощностью 0,3 Вт и представил его на выставке по нанотехнологиям, прошедшей в этой стране. Кроме AIST, в создании устройства принимали участие также японские компании Iwasaki Electric и Shintec.
алмазный светодиод
Дебютная реализация алмазного светодиода, представленная AIST в марте 2009 г., имела мощность на порядок меньше – всего 30 мкВт. Такие светодиоды имеют две основные отличительные особенности по сравнению с устройствами других типов – светоотдача, продолжающая возрастать при приложении токов даже значительной величины, и сохранение работоспособности при температуре вплоть до нескольких сотен градусов. Впрочем, пока что для практического применения больший интерес вызывает излучаемое светодиодом жесткое ультрафиолетовое излучение, которое можно применять для дезинфекции, за счет его способности угнетать жизнедеятельность таких бактерий, как кишечная палочка и им подобных. Представители AIST подтвердили, что мощности излучения в несколько милливатт уже достаточно для этих целей. Материалы по теме:

Источник:

Новые энергосберегающие лампы на базе нанотехнологий

RTI International разработала революционную технологию освещения, которая более энергоэффективна, чем обычные электрические лампы накаливания, и экологически безопасна благодаря отсутствию ртути. Основой нового изобретения являются нановолокна, которые обеспечивают превосходное управление освещением. Нановолокна – это материалы с диаметром и поверхностью гораздо меньшей, чем человеческий волос. «Использование гибких фотолюминесцентных нановолокон – это настоящий прорыв в осветительных технологиях», - говорит Лин Дэвис (Lynn Davis), руководитель программы Nanoscale Materials. Помимо экономической выгоды, новая технология продуцирует более приятный свет с лучшей цветопередачей. Ожидается, что новые лампы появятся на рынке в ближайшие пять лет. Материалы по теме: Источник:

Алмазная проводка может стать прорывом в квантовом вычислении

Команде ученых университета Гарварда удалось создать устройство на базе алмазных нанопроводов. Устройство является ярким и стабильным источником одиночных фотонов при комнатной температуре. Данное открытие может привести к созданию нового класса наноструктурированных аппаратов, подходящих для квантовой связи. В отчете исследователи во главе с профессором Марком Лонкаром (Marko Loncar) сообщили, что производительность одиночного источника фотонов, базирующаяся на светоизлучающем дефекте, может быть значительно повышена путем наноструктурирования алмазов и внедрения дефекта в алмазную проводку. По сути, ученые впервые начали использовать свойства природных алмазов, узнав, как управлять вращением электрона, связанного с цветовым центром кристалла. Квантовое состояние может быть инициализировано и измерено при помощи света. Цветовой центр «общается», выделяя и поглощая фотоны. Поток фотонов, излучаемый цветовым центром, позволяет переносить результирующую информацию, осуществлять контроль, захватывать и хранить фотоны необходимые для любого типа вычислений или связи. При этом сбор фотонов достаточно трудоемкое занятие, поскольку цветовой центр запрятан глубоко внутри алмаза. «Наше устройство может направлять излучаемые фотоны в нужное русло», - говорит один из разработчиков Том Бабинец (Tom Babinec). Алмазная проводка также создана, чтобы преодолеть препятствия, вызванные устаревшими системами, которые базируются на квантовых точках и углеродных нанотрубках. «Мы рассматриваем это как важный шаг на пути к оптическим системам. Благодаря наноструктурированным алмазам мы уже можем мечтать об алмазных устройствах и системах», - заявил Лонкар. Материалы по теме: Источник:

IBM: эффективная солнечная батарея из доступных компонентов

Компания IBM объявила, что силами одной из ее исследовательских лабораторий был создан достаточно эффективный элемент солнечной батареи, состоящий из широко распространенных на планете и легкодоступных материалов. Ожидается, что такая разработка может привести к значительному снижению стоимости электроэнергии, получаемой из солнечного света.
Увеличенное изображение поперечного разреза слоя солнечного элемента на основе вещества кестерит (kesterite)
Основной слой нового модуля солнечной батареи IBM, поглощающий большую часть света для преобразования в электрический ток, полностью состоит из соединения таких элементов, как медь (Cu), олово (Sn), цинк (Zn), сера (S) и/или селен (Se). При этом его коэффициент полезного действия составляет 9,6%, что на 40% превышает лучшие показатели, полученные для преобразователей на основе подобного набора компонентов. Разработанный исследователями солнечный элемент также отличает от его предшественников то, что он был создан с использованием комбинации решений и подходов, основанных на наночастицах – в отличие от популярного, но дорогостоящего вакуумного метода. Технологические изменения позволят, как ожидается, значительно уменьшить производственные затраты, поскольку эти изменения согласуются с передовыми методами нанесения светопоглощающих слоев – такими как печать, покрытие, наносимое окунанием (погружением) и распылением, литье пленки – которые характеризуются высокой производительностью и высоким коэффициентом использования материалов. «Энергия, которую можно получить из излучения Солнца, поступающего на Землю в течение часа, превышает энергию, которую планета потребляет за год, однако вклад солнечной энергетики в общемировую систему снабжения электроэнергией составляет в настоящее время менее 0,1%, прежде всего из-за высокой стоимости, – пояснил доктор Дэвид Митци (David Mitzi), возглавляющий группу исследователей IBM Research, которые разработали новый солнечный элемент. – Поиск путей создания технологии солнечных батарей, которая по затратам в расчете на ватт сопоставима с традиционными способами выработки электроэнергии, и которая обладает потенциалом выхода на «тераваттный» уровень, стал главным направлением наших исследований, приблизившим нас к окончательному успешному решению проблемы». Существующие в настоящее время тонкопленочные панели солнечных элементов, основанные на сложных полупроводниках, демонстрируют коэффициент полезного действия на уровне 9-11%. В этих элементах наиболее часто применяются два дорогостоящих химических соединения – селенид меди индия и галлия (copper indium gallium selenide) и теллурид кадмия (cadmium telluride). В результате предпринимавшихся попыток создания дешевых солнечных панелей на основе соединений, включающих широко распространенные на Земле химические элементы и не содержащих индия, галлия или кадмия, не удавалось превысить барьер КПД в 6,7% – в сравнении с новым, рекордным показателем эффективности в 9,6%, полученным специалистами IBM Research. Компания заявила, что не намерена самостоятельно заниматься выпуском солнечных батарей, но готова к сотрудничеству с их производителями. Материалы по теме:

Источник:

Жидкое стекло защитит одежду от грязи

Турецким ученым удалось сделать открытие, которое может стать настоящем переворотом в текстильной промышленности. Жидкое стекло позволяет покрывать сверху любую одежду, в результате чего она абсолютно не пачкается. Более того, оно обладает антибактериальным эффектом, поскольку микробы не могут делиться на поверхности стекла. Жидкое стекло состоит из кремниевого диоксида, выработанного из кварцевого песка. В зависимости от типа поверхности, которую требуется покрыть, добавляется вода или этанол. Данную технологию запатентовала немецкая компания Nanopool.
liquid glass.jpg
Спрей наносит тончайший слой стекла на одежду. Он является абсолютно безвредным и нетоксичным. При желании его можно легко счистить. Жидкое стекло не пропускает бактерии, грязь, воду, не отражает тепло и ультрафиолетовые лучи. По словам менеджера компании Nanopool Нейла МакКлелланда (Neil McClelland), совсем скоро каждый продукт будет покрыт жидким стеклом. Данная технология может использоваться и в пищевой промышленности. Жидким стеклом можно покрывать поверхности, которые должны быть всегда стерильными. Также ученые предполагают, что жидким стеклом можно покрывать медицинское оборудование, имплантаты и даже памятники архитектуры. Материалы по теме:

Источник:

Создан улучшенный чип-анализатор вирусов

Группа инженеров и химиков из Университета Бригама Янга создала микрочип, позволяющий с высокой надежностью обнаруживать наличие специфических белков или вирусов даже в небольшом количестве исследуемого образца и при малой концентрации искомых объектов. Принцип работы изобретения в целом напоминает систему для сортировки монет, только реализованную на микроуровне. Ни объем образца, ни концентрация не играют особой роли, поскольку анализируемые частицы улавливаются в соответствии с их размером, а не численностью, и это облегчает процесс обнаружения вирусов.
Аарон Хоукинс с микрочипом
«Большинство тестов имеют низкую достоверность, если только у вас не в самом деле высокая концентрация вирусов» – говорит Аарон Хоукинс (Aaron Hawkins), профессор электроники и вычислительной техники в Университете, руководящий разработкой дизайна чипа. «Одной из целью сообщества «лаборатории на чипе» является попытка уменьшить пределы измерения до единичных частиц, проходящих через трубку или канал». Хоукинс утверждает, что его группе удалось решить одну из наибольших проблем в этом направлении – организовать интерфейс между исследуемыми образцами жидкости в макромире с потоками жидкости в микромире. Он говорит, что им удалось придумать способ использовать макроколичества жидкости в микрочипе, используя прецизионно смещенные друг относительно друга тончайшие каналы. В результате искомые частицы имеют возможность перемещаться вместе с жидкостью по микроканалу до тех пор, пока не натолкнутся на стенку, под которой находится отверстие, меньшего по отношению к ним размера, и скапливаются в этом месте, после чего их можно наблюдать через специальную камеру. На следующем этапе исследователи планируют усложнить систему, создав последовательный каскад каналов с уменьшающимися отверстиями, который бы позволил «рассортировывать» по размерам все более и более мелкие частицы.
Для формирования каналов исследователи нанесли на подложку чипа слой металла толщиной 50 нм, после чего напылили на него стекло. Затем металл вытравили с помощью кислоты, и получили узкое пространство, сквозь которое может протекать жидкость из исследуемого образца. Хоукинс полагает, что после доведения «до ума» первых образцов чипа понадобится всего около года, чтобы развернуть его массовое производство. Материалы по теме: Источник:

"Пьезоэластичные" чипы соберут энергию для телефона при ходьбе

Чтобы собирать практически дармовую энергию, не предпринимая при этом специальных физических усилий, не обязательно дожидаться одежды со встроенными солнечными ячейками – есть более близкая к реальности и не зависящая от капризов погоды технология. В Принстонском Университете (Princeton University) разработаны генерирующие энергию эластичные плёнки, которым нужна лишь двигательная активность – ходьба, дыхание и тому подобное. Созданный учёными материал состоит из встроенных в силиконовые пластины керамических нанолент и при изменении формы конвертирует механическую энергию в электричество. Однажды изготовленные с применением разработки кроссовки смогут обеспечить потребности того же мобильного телефона. А будучи встроенным в кардиостимуляторы, материал избавит от необходимости замены элемента питания.
Пьезоэластичный чип
На верхнем изображении – снятие нанополос и помещение на эластичный материал; на среднем показан пьезоэластичный чип; на нижнем – схематическое представление генерирования электричества
Как заявляет принстонская команда исследователей, она первой успешно объединила силикон и наноленты из цирконата-титаната свинца (lead zirconate titanate, PZT) – керамического материала, являющегося пьезоэлектриком, то есть генерирующим электрический заряд при деформации. Среди всех таких материалов PZT наиболее эффективен, поскольку конвертирует 80% приложенной механической энергии. По словам возглавляющего проект профессора механической и аэрокосмической инженерии Майкла МакЭлпейна (Michael McAlpine), PZT в 100 раз эффективнее кварца. А это исключительно важный параметр, ведь во время ходьбы генерируется немного энергии, и чем большее количество будет трансформировано, тем лучше.
Пьезоэластичный чип
Наноленты настолько малы, что 100 уложенных рядом поместятся в пределах миллиметра. После интегрирования в прозрачные листы силикона получаются устройства, которые исследователи называют "пьезоэластичными чипами". Поскольку силикон биологически совместим, его контакт с телом не грозит никакими последствиями. По оценке МакЭлпейна, новые высокотехнологичные генераторы могут быть имплантированы в тело для постоянного обеспечения питанием медицинских приборов без риска отторжения. Как и свойственно пьезоэлектрикам, существует обратный эффект: внешний источник тока деформирует материал. Это открывает другие перспективы – например, в области микрохирургических инструментов. Ещё одна характерная особенность разработки – это масштабируемость, то есть со временем чипы будут становиться больше. Правда, сроки не называются. Материалы по теме:
window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥