Новости Hardware → нанотехнологии
Главная новость

Графен стал ближе к электронике – новые прорывы в получении материала

Международная группа исследователей совершила ряд прорывов в области технологии получения графена. Благодаря новым шагам в этой достаточно молодой сфере знаний времена, когда быстродействующая электроника, включая чипы и сенсорные экраны, будет базироваться на графеновых нанотехнологиях, значительно приблизились. Несмотря на то, что изучением графена занимаются многие коллективы учёных по всему миру, до сих пор удавалось изготовить лишь небольшие образцы, сильно ограничивавшие понимание, измерение свойств и наблюдение за графеном. Но время не стоит на месте, и впервые "на руках" у исследователей есть структура достаточного размера, чтобы можно было проводить практическое изучение – например, электрических характеристик. По сути, преодолены два препятствия, являвшиеся помехой для масштабирования технологии. В наших материалах мы неоднократно упоминали о графене, представляющем собой одноатомный углеродный слой из двумерных шестиугольных "сот". Несмотря на химическую простоту и минимально возможную толщину, материал исключительно прочен и обладает высокой проводимостью, поэтому идеально подходит для высокопроизводительной электроники, фотоники и многих других областей. В частности, графен рассматривается как кандидат на замену нынешних технологий полупроводниковых чипов. Согласно Закону Мура, плотность размещения транзисторов в интегральных схемах удваивается приблизительно каждые два года, однако возможности кремния и других применяемых при изготовлении чипов материалов не бесконечны – постоянная миниатюризация подводит индустрию к пределам их эффективности. Графеновые же транзисторы потенциально способны работать на более высокой скорости и выдерживать большую температуру. Такие гиганты, как IBM и Intel проявляют открытый интерес к этой углеродной структуре как вероятному будущему вычислений. Кроме процессоров, графен должен усовершенствовать и сенсорные экраны, ЖК-дисплеи и солнечные ячейки. Его прочность, проводимость и прозрачность – это более чем выигрышная комбинация. До настоящего времени размер получаемого в лабораториях графена достаточного качества в форме "хлопьев" составлял доли миллиметра, а методы не отличались удобством и подразумевали снятие слоёв с кристаллов графита с помощью клейкой плёнки. Понятно, что для практического применения и особенно изучения площадь материала должна быть несколько большей. Группе учёных, в том числе из британской Национальной лаборатории физики (National Physical Laboratory, NPL), удалось впервые "вырастить" слои графена площадью около 50 мм2 и использовать их в электронных устройствах. Образцы изготовлены эпитаксиальным способом, когда один слой кристаллов формируется на другом. Основой выступил карбид кремния. Достижение доказывает, что масштабирование графена реализуемо на практике. Второй прорыв заключается в измерении электрических свойств графена с беспрецедентной точностью, что прокладывает путь к установлению стандартов. Для эффективности и коммерческой привлекательности таких устройств, как полупроводниковые элементы в компьютерах, производители должны иметь возможность осуществлять измерения их характеристик в соответствии с международными стандартами. Применительно к сопротивлению одним из них является квантовый эффект Холла – явление, при котором электрические свойства двумерного материала могут быть установлены только на основании фундаментальных постоянных. До сих пор эффект наблюдался лишь в небольшом количестве обычных полупроводников. Более того, измерения требуют условий с близкой к абсолютному нулю температурой и сильным магнитным полем, что могут обеспечить немногие лаборатории. Квантовый эффект Холла проявляется, когда ток проходит через двумерный материал в перпендикулярном магнитном поле, а напряжение измеряется перпендикулярно и к току, и к полю. В пределах определённых интервалов поля отношение этого напряжения к току, известное как холловское сопротивление, зависит только от комбинации фундаментальных констант – постоянной Планка и заряда электрона. Из-за универсальности квантовый эффект Холла является базисом для стандарта сопротивления, независимого от конкретного изучаемого образца. Достаточно крупные слои графена с продемонстрированным учёными холловским сопротивлением должны заменить традиционные полупроводники в массовом масштабе. Поскольку квантовый эффект Холла достижим при более высоких температурах, основанный на нём стандарт доступен многим лабораториям, а значит стоимость производства графеновой электроники будет ниже, а объём – больше. На впечатляющих результатах работа не останавливается – учёные надеются на финансовую поддержку со стороны ЕС для дальнейшего продвижения в точности измерений и повышении необходимой для этого температуры.

Быстрый переход

Что отмечать в 2010: 25-летний юбилей технологических и научных событий

Примечательные открытия и разработки в мире технологий и науки совершаются ежегодно и в немалом количестве, хотя современный темп развития соответствующих сфер знаний и прикладного применения последних, вероятно, более стремителен. Однако некоторые события выбиваются из общего ряда как сегодня, так и среди достижений прошлого. Безусловно, любой составляемый рейтинг будет в некоторой мере неполноценен – критерии отбора не могут быть универсальными одновременно для всех точек зрения. Издание TechWorld предлагает оценить 1985 год и представляет свою подборку 25-летних годовщин, связанных с технологиями, компьютерами и наукой. 1. Радио в часах
Citizen AM/FM
В 1985 году компания Citizen выпустила на рынок электронные часы с радиоприёмником AM/FM-сигналов. Насколько продвинулись технологии – демонстрирует хотя бы устройство WigiTel W3, являющееся часами-телефоном с OLED-экраном, VGA-камерой и Bluetooth. 2. Персональный компьютер Amiga 1000
Amiga 1000
В нынешнем году 25 лет исполняется персональному компьютеру Commodore Amiga 1000, обладавшему 13" ЭЛТ-монитором, 256 Кб оперативной памяти (дополнительные 256 Кб поставлялись на отдельном картридже) и процессором Motorola 68000, работавшем на тактовой частоте 7,16 МГц. 3. Лазерный принтер Apple
LaserWriter
Apple выпустила первый лазерный принтер LaserWriter для компьютеров Mac. Разрешение печати составляло 300 точек на дюйм, скорость – 8 страниц в минуту. Стоимость поражает даже по сегодняшним меркам – $6995. Устройство имело встроенный интерпретатор PostScript и обладало большей вычислительной мощностью "железа", чем сами компьютеры Apple. LaserWriter оснащался 12-МГц процессором Motorola 68000, 512 Кб памяти потреблял 760 Вт. Весил принтер 35 кг. 4. Фуллерены
C60
Роберт Кёрл (Robert Curl), Харольд Крото (Harold Kroto) и Ричард Смолли (Richard Smalley) открыли молекулу бакминстерфуллерен C60 (названа по имени использовавшего в строительстве архитектурных объектов пяти и –шестиугольники Бакминстера Фуллера). За свои труды учёные стали в 1996 году лауреатами Нобелевской премии по химии. В природе фуллеренов не существует, поэтому они могут быть только синтезированы. Молекула C60 состоит из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников. В настоящее время фуллерены применяются, например, при создании наномашин – недавно техасские учёные разработали "нанодрагстер" с колёсами из C60. 5. Суперкомпьютер Cray-2
Cray-2
Cray Research представила суперкомпьютер Cray-2, заменивший мейнфрейм X-MP на вершине списка самых высокопроизводительных вычислительных систем того времени. Его вычислительная мощность составляла 1,9 Гфлопс и была превышена только в 1990 году машиной ETA-10G. Для сравнения: производительность устанавливаемого в приставку PlayStation 3 процессора Cell составляет 204 Гфлопс при операциях с плавающей запятой (15 Гфлопс – с двойной точностью), а возглавляющего сегодня Топ-500 суперкомпьютера Jaguar - 2,3 Пфлопс (пиковая теоретическая мощность). 6. Discovery
Discovery
Получив $5 млн от BBC и американских инвесторов, Джон Хендрикс (John Hendricks) запустил вещание телеканала Discovery, известного сегодня во всём мире по документальным передачам о науке, технологиях и истории. Телесеть доступна в 170 странах и включает несколько десятков каналов на нескольких языках. Помимо развития медиабизнеса, Discovery строит собственный 4,2-м телескоп. 7. Первое доменное имя в зоне ".com"
Symbolics.com
В доменной зоне ".com" было зарегистрировано первое доменное имя – Symbolics.com. Это произошло 15 марта, вскоре последовали такие адреса, как HP.com, IBM.com, Intel.com и другие. Компания Symbolics использовала Интернет для продвижения компьютеров Lisp. В прошлом году адрес был продан. 8. Открытое ПО
Ричард Столлман (Richard Stallman)
В марте ратующий за открытое программное обеспечение Ричард Столлман (Richard Stallman) опубликовал в издании Journal of Software Tools манифест GNU Manifesto, в 4 октября основал некоммерческую организацию Free Software Foundation. 9. NeXT
NeXT
После ухода из Apple Стив Джобс (Steve Jobs) основал новую компанию NeXT, выпускавшую компьютеры. Продажи систем были очень ограничены, но разработанная NeXT объектно-ориентированная операционная система Nextstep являлась инновационной. В 1996 году за $429 млн компания была приобретена Apple. 10. Nintendo
Nintendo Entertainment System (NES)
В глобальной продаже появилась 8-битная консоль Nintendo Entertainment System (NES). В различных странах приставка также была представлена под брендами Family Computer, Hyundai Comboy, Dendy и Tata Famicom. Всего продано более 60 млн устройств, самая популярная игра – серия Super Mario Bros. 11. Дыра в озоновом слое
Дыра в озоновом слое
Три британских учёных опубликовали в мае статью в издании Nature, где сообщили о существовании над Антарктикой области атмосферы с очень низкой концентрацией трёхатомного кислорода в озоновом слое. Дыра периодически исчезала и появлялась вновь. Озон (O3) защищает жизнь на Земле от опасного ультрафиолетового излучения. 12. Титаник
Titanic
Роберт Баллард (Robert Ballard) со своей командой 1 сентября обнаружил местоположение затонувшего в 1912 году британского парохода Титаник. 13. Windows
Windows 1.0
20 ноября Microsoft выпустила операционную систему Windows 1.0 (1.01) – через два года после анонса. Материалы по теме: - Технологии, за которые нужно благодарить 1970-е;
- CES 2010: самые яркие и значимые события выставки;
- Самые знаковые гаджеты десятилетия.

Созданный учёными "нанодрагстер" приближает время наномашин

Техасские учёные сообщают о разработке "нанодрагстера", который может ускорить появление нового поколения футуристических молекулярных машин. "Транспортное средство" тоньше человеческого волоса в 50 тыс. раз и повторяет в общих чертах форму этого типа гоночных автомобилей. Как отмечают Джеймс Тур (James Tour), Кевин Келли (Kevin Kelly) и другие исследователи, возможность управления движением небольших молекул является крайне необходимой для создания многообещающих молекулярных устройств. Некоторым из них могут найти применение в производстве будущих компьютерных чипов и других электронных компонентов. Ранее уже удавалось получить "наноавтомобиль" с колёсами в виде сфер из 60 атомов углерода.
Нанодрагстер
Такая машина может скользить по покрытой золотом поверхности под действием тепла или электрического поля. Но контроль за процессом ограничен, что не позволяет применять подобные структуры более широко. Наиболее лимитирующий фактор – это инструменты с наномасштабным разрешением, используемые для изучения поведения и свойств молекулярных устройств. Новый "нанодрагстер" решает некоторые из проблем. Его передняя часть имеет меньшую ось, колёса на ней сделаны из материалов, которые легче перемещаются. Задние колёса крепятся к длинной оси, а их сферическая форма создаёт достаточно сильное сцепление с поверхностью. В результате эта машина действует при более низких температурах и возможно обладает лучшей подвижностью. Материалы по теме: - Научные прорывы 2009 года;
- Контактные линзы с наночастицами покажут диабетикам уровень сахара;
- IT-байки: 4D наномикроскоп - Виват, атомное кино!.

Источник:

"Деформированный" кремний – будущее высокопроизводительных чипов

С уменьшением размеров транзисторов в чипах производительность вычислительных систем постоянно повышается, однако без модификации конструкции этих элементов, которая оставалась практически неизменной уже в течение 40 лет, индустрия рано или поздно встретится с большими сложностями. Один из многообещающих методов разрешения проблемы – это кремниевые нанопроводники, представляющие собой крошечные нити из кремния, натянутые словно струны гитары между проводящими электричество площадками. Но если их габариты позволяют говорить о продолжении миниатюризации компьютерных схем, то относительно их способности пропускать нужное количество зарядов высказывались некоторые сомнения.
strainingfor.jpg
Тестовые структуры из нанопроводников с разным количеством уровней
В 2008 году исследователи из Лаборатории технологий микросистем Массачусетского технологического института (MIT’s Microsystems Technology Laboratories) продемонстрировали кремниевые нанопроводники с удвоенной электронной мобильностью по сравнению с предшествующими материалами. Теперь та же группа показала возможность создания чипов, где до пяти высокопроизводительных напопроводников расположены друг над другом. Благодаря этому нанотранзисторы смогут пропускать, соответственно, в пять раз больший ток без увеличения занимаемой на чипе площади – значительный шаг на пути к получению пригодных для продолжения следования известному Закону Мура электронных компонентов. По сути, транзистор – это переключатель: когда он находится во включённом состоянии, заряды проходят, когда он выключен – нет. Для изменения состоянии часть транзистора – затвор – должна получить некоторый заряд. В применяющейся сегодня конструкции он расположен в верхней области элемента, но при пересечении некоторого предела в снижении его размеров будет происходить утечка тока в обход затвора вне зависимости от того, заряжен ли он. Таким образом, выключение станет невозможным. Поскольку кремниевые нанопроводники подвешены в воздухе, затвор может быть словно обёрнут вокруг них, как изолирующий материал вокруг электрического провода. Однако толщина нанопроводников ограничивает количество проходящего через них тока. Профессор электронной инженерии Джуди Хойт (Judy Hoyt) и её аспиранты Пойя Хашеми (Pouya Hashemi) и Леонардо Гомес (Leonardo Gomez) смогли улучшить характеристики транзисторов из кремниевых нанопроводников путём расположения атомов кремния немного дальше друг от друга, чем в естественной структуре, поэтому электроны перемещаются в таких проводниках более свободно. "Растянутый" кремний считается приемлемым методом совершенствования обычных транзисторов с 2003 года, Хойт же – одна из первых, кто занялся исследованиями в данной области. По словам возглавляющего направление технологий транзисторов и интеграции в Intel Таира Гани (Tahir Ghani), она объединила ключевые элементы – производительность и пространственную эффективность.
strainsil.jpg
Сверху вниз: пластина с чипами; увеличенный вид четырёх чипов; поперечное сечение двух нанопроводников в транзисторе (точки в центрах, окружённые затворами); нанопроводник
Чтобы создать нанотранзисторы со слоистой структурой, учёные начали с обычной кремниевой пластины, где разместили кремниево-германиевый состав. Атомы германия больше атомов кремния, поэтому дистанция между частицами в слое из двух материалов превышает таковую в чистом кремнии. Когда на смеси расположили слой из этого элемента без других примесей, атомы кремния начали выстраиваться в соответствии с аналогичными атомами в нижнем слое ("равняться" на них), и расстояние между ними также увеличилось. "Растянутый" кремний поместили на вторую пластину, и получилась подложка с более совершенными характеристиками. Затем сверху базы были уложены новые слои из комбинаций тех же материалов, которым передавалась структура основания. На этом "бутерброде" при помощи электронно-лучевой литографии создали узкие линии, а материал между ними удалили. В итоге остались только слои подвешенных кремниевых нанопроводников с диаметром 8 нм. Для сравнения: величина компонентов сегодняшних компьютерных чипов составляет 45 нм. По словам Хойт, её группа может создать вдвое более "растянутый" кремний, чем в коммерческих чипах: "Мы увеличили количество германия в первоначальном слое и получили больший эффект". "Мы являемся единственными в мире, кто показал, что возможно сохранить расстояние между атомами после удаления нижних слоёв", - говорит Хашеми. На данный момент через транзисторы с нанопроводниками заряды переносят электроны, но для максимизации эффективности в обычных чипах используются также квазичастицы, называемые дырками – пустующие без электронов места в кристаллической решётке. Электрон занимает одно из них, освобождая собственное место, занимаемое следующей частицей, и дырка будто перемещается по проводнику. Увеличение мобильности дырок требует иного типа деформации кремния: атомы должны быть ближе друг к другу, чем в естественных условиях. Над этим и работают сейчас исследователи. Материалы по теме: - Создан первый в мире транзистор из одной молекулы;
- Первые трёхмерные интегральные схемы из нанотрубок;
- Нанотранзисторы «с четкими границами» обещают новые возможности.

Производством биотоплива займутся наночастицы

Исследователи из университета Оклахомы (University of Oklahoma) объявили о разработке нового типа твёрдого катализатора для производства биотоплива, значительно увеличивающего скорость реакции и при этом легко - всего лишь двумя фильтрациями, отделяемого от конечного продукта. Производство основных видов биотоплива на современном этапе подразумевает смешивание ряда гидрофильных и гидрофобных жидкостей с одним или несколькими катализаторами. В случае с биодизелем типично используются растительные масла (гидрофобность), метанол (гидрофильность) и щелочной катализатор (как правило щелок).
Биотопливо станет дешевле
Получение соответствующей смеси, поддержание ее оптимального состава и отделение получаемого топлива от побочных продуктов представляет трудоемкий и длительный процесс (от нескольких дней до недели в зависимости от технологии). Для ускорения и упрощения процесса исследователи предлагают использовать новый материал в виде углеродных нанотрубок, выращенных на поверхности микроскопических шариков из оксидов металлов, с добавлением достаточного количества палладия для катализации процессов. Благодаря совмещению двух исходных компонентов с различными свойствами, шарики катализатора одновременно обладают как гидрофобными, так и гидрофильными свойствами, что позволяет использовать их для создания разделительного слоя между гидрофильными спиртами и гидрофобными маслами. Это, по мнению учёных, позволит не только ускорить процесс производства за счет сокращения времени на очистку, но также упростит управление реакцией. Отделение катализатора и отходов от полученного биотоплива осуществляется с помощью обычного бумажного фильтра. Наночастицы, всё же прошедшие через бумажный фильтр, улавливаются на втором этапе фильтрации тефлоновым фильтром. Материалы по теме: - О биотопливе: маленький шаг для технологии;
- IT-Байки: Ода биотопливу в разгар кризиса;
- Биотопливо заменит собой 33% всего потребляемого в мире бензина.

Создан первый в мире транзистор из одной молекулы

Команда в составе учёных из Йельского университета (Yale University) и Кванджуйского института наук и технологий (Gwangju Institute of Science and Technology), Южная Корея, успешно создала первый транзистор из единственной молекулы. Исследователи продемонстрировали, что присоединённая к золотым контактам молекула бензола ведёт себя как кремниевый транзистор. Различные энергетические состояния объединения атомов контролируются приложенным к контактам напряжением. В свою очередь, управление состояниями позволило менять проходящий через молекулу ток.
Первый в мире молекулярный транзистор
Как объясняет Марк Рид (Mark Reed), это схоже с перебрасыванием мяча через холм, если принять, что мяч является аналогом электрического тока, а высота холма – энергетических состояний. Учёным удалось регулировать высоту, пропуская ток или останавливая его. Работа базируется на предыдущем исследовании Рида, проводившемся в 1990-е годы, когда была доказана возможность помещения отдельной молекулы между электрическими контактами. С тех пор он совместно с профессором Таки Ли (Takhee Lee) разработал дополнительные техники, позволившие "видеть" происходящее на молекулярном уровне. Ключевым элементами также стали изготовление контактов столь малого масштаба, идентификация идеальных молекул для экспериментов и определение способа их подключения. Молекулы в электронных схемах представляют интерес, поскольку обычные транзисторы подобных размеров пока получить не удаётся. Но Рид подчёркивает чисто научную ценность достижения – практическое применение технологии в виде быстродействующих молекулярных компьютеров, если такое вообще возможно, – это вопрос десятков лет исследований. Тем не менее, огромная часть работы уже сделана и показана принципиальная возможность применения молекул вместе с электроникой. Материалы по теме: - Toshiba представила спинтронный транзистор;
- Intel усовершенствовала транзисторы следующего поколения;
- IT-Байки: Электроника-2020 – жизнь после смерти кремния.

Трёхмерные чипы памяти – новые конкуренты жёстким дискам

Учёные из Университета Аризоны (Arizona State University) разработали элегантный метод существенного повышения емкости электронных чипов компьютерной памяти. Возглавляемая профессором инженерии электронных систем и директором Центра прикладной наноионики (Center for Applied Nanoionics) Михаэлем Козики (Michael Kozicki) группа сотрудников продемонстрировала "технологию ионной памяти", которая является одним из кандидатов на использование в будущих устройствах хранения информации. Дополнительное преимущество разработки – это отсутствие потребности в экзотических материалах для производственного процесса.
Трёхмерные чипы памяти
Как объясняет Козики, его работа открывает путь к недорогим, ёмким устройствам хранения, что достигается укладкой слоёв памяти друг на друга внутри одного чипа. Методика в конечном итоге позволит размещать в единственной микросхеме столько же данных, сколько способны хранить жёсткие диски. Портативная электроника при этом станет ещё более компактной, стойкой к воздействию нагрузок и будет экономнее расходовать заряд батарей. Технология является усовершенствованным вариантом разработки двухлетней давности, способной заменить флеш-память с использованием материалов, повсеместно применяемых полупроводниковой индустрией. В последних экспериментах исследователи добавили к ячейкам памяти не менее распространённый кремний. Новый чип уже был продемонстрирован на международном симпозиуме по электронным материалам, прошедшем на Тайване. Козики считает, что с текущими технологиями производства индустрия стремительно приближается к физическому пределу для устройств хранения. Это побуждает учёных искать новые технологии, и один из вариантов – укладка слоёв ячеек памяти. Концепцию можно описать по аналогии с коробками в небольшой комнате. Количество таких "ячеек" значительно возрастает для той же площади, если использовать преимущества трёх измерений и располагать коробки также в вертикальной плоскости. Идея довольно проста, и нечто подобное также предлагается для процессоров, где друг на друге должны размещаться вычислительные ядра, образуя многоядерный трёхмерный чип. До сих пор методика для памяти не применялась в связи с невозможностью изолировать накладываемые слои. Каждая ячейка содержит элемент хранения и компоненты, обеспечивающие доступ к нему для чтения и записи. "Ранее при совмещении ячеек памяти вместе невозможно было получить доступ к одной без одновременного затрагивания других, поскольку они имели электрическое соединение. Мы же добавили изоляторы, разделяющие все ячейки, – поясняет Козики. До сих пор компоненты доступа встраивались в кремниевую подложку. – Но если сделать это для одного слоя памяти и затем добавить следующий, негде разместить схемы доступа. Кремний уже использован для первого слоя, получается единственный кристалл". Команда Козики пыталась найти способ встроить изолирующий диод в ячейку памяти. Исследователям удалось достичь цели без обычного для таких случаев включения в состав схемы нескольких слоёв материалов, а лишь заменой одного на другой. Теперь вместо встраивания компонентов доступа для ячеек в подложку они помещаются в располагающиеся друг на друге слои памяти, куда включены разные типы кремния. "Вместо одного транзистора в подложке, контролирующего каждую ячейку, у нас есть ячейка со встроенным диодом для доступа, что и позволяет укладывать столько слоёв памяти, сколько возможно для данной конструкции. Всё решилось устранением нижнего электрода и заменой его кремнием", - говорит Козики. Таким образом, ёмкость памяти существенно увеличивается. По мнению ученого, подобная технология – единственная для полупроводниковой памяти, способная конкурировать с жёсткими дисками в плане стоимости и объёма хранимых данных. Материалы по теме: - Самые перспективные технологии 2009-2010 гг.;
- Будущее компьютерной памяти: 5 революционных технологий;
- Есть ли у жестких дисков реальные конкуренты?.

Шестиугольные солнечные микроячейки для одежды-батарейки

Учёные из Национальной лаборатории корпорации Sandia (Sandia National Laboratories) разработали крошечные фотоэлектрические ячейки, которые потенциально могут революционизировать способ сбора и использования солнечной энергии. Например, эти микроскопические ячейки превратят человека в передвижное "зарядное устройство", если их закрепить на гибкой основе, перенесённой на одежду. Изготовленные из кристаллического кремния солнечные частицы помимо многообещающего потенциала должны быть более эффективными и дешевыми, чем существующие ячейки. Производятся новые устройства с использованием микроэлектронных и микроэлектромеханических систем (MEMS).
Шестиугольные ячейки
Возглавляемая Грегом Нильсоном (Greg Nielson) группа исследователей идентифицировала более 20 преимуществ малого масштаба своих микроячеек. Как объясняет Нильсон, в конечном итоге массово выпускаемые фотоэлектрические устройства могут встраиваться в здания, палатки и одежду. Охотники, путешественники и военный персонал получат решения для подзарядки мобильных телефонов, камер и другой электроники, действующие без необходимости развёртывания на местности солнечных панелей с большой площадью. "Фотоэлектрические модули из микроячеек для крыш домов могут иметь интеллектуальный контроль, преобразователи тока и даже устройства хранения энергии, интегрированные на уровне чипа. Такое решение значительно упростит конструкцию, снизит стоимость и процесс установки сетей из солнечных элементов", - говорит инженер лаборатории Випин Гупта (Vipin Gupta). Частично стоимость снижается вследствие относительно небольшого количества материала, требуемого для формирования хорошо контролируемых микроустройств. Толщина новых ячеек составляет 14-20 мкм, а диаметр – от 0,25-1 мм. На изготовление солнечной панели площадью 232 см2 (6" х 6") требуется в 100 раз меньше кремния в случае использования этих микроэлементов по сравнению с обычными кремниевыми панелями. Количество генерируемой энергии при этом такое же, а допустимая механическая нагрузка – больше. Дополнительное преимущество также заключается в возможности производства микроячеек из коммерческих пластин любого размера, в том числе из 300-мм (12") подложек и будущих 450-мм (18"). Более того, если при производстве одна ячейка будет повреждена, это не приведёт к отбраковке всей пластины, тогда как при изготовлении обычных панелей непригодной становится вся подложка. А панели большей чем стандартная (6" х 6") площади из подложек большего размера будут нуждаться в увеличении толщины проводников, поднимая стоимость ещё выше. Этой проблемы не существует с микроячейками и индивидуальной разводкой проводников для них.
Модуль с ячейками и линзами
Лучше переносит разработка и тень. В условиях частичного затенения, где обычная солнечная панель перестанет функционировать, устройство из микроячеек продолжит генерировать электричество. Поскольку гибкую основу достаточно легко получить, высокоэффективные фотоэлектрические преобразователи для широкого использования в повседневных задачах становятся более реальными. Коммерческий шаг к микромасштабным солнечным элементам, как рассчитывают исследователи, станет значительной переменой по сравнению с модулями из массивов 6" панелей. Благодаря распространённым в индустриях MEMS, электроники и LED-диодов технологиям производственный переход будет относительно безболезненным. Например, электрические контакты для каждой ячейки шестиугольной формы, формируемой на кремниевой подложке, получаются с использованием техники производства интегральных схем. В данный момент эффективность преобразования солнечной энергии микроячейками достигает 14,9%. Для присутствующих на рынке коммерческих решений характерен показатель 13-20%. Стандартное производственное оборудование для переноса и установки компонентов (pick-and-place machine), применяемое в массовой сборке электроники, может разместить до 130 тыс. ячеек в час на подготовленных площадках с электрическими контактами, процесс проходит при низкой температуре. Стоимость - $0,001 за один микроэлемент, а их количество в модуле определяется уровнем оптической концентрации и размером кристалла и варьируется от 10 тыс. до 50 тыс. на 1 м2. В разработке находится альтернативная технология самосборки, которая ещё больше снизит стоимость. Солнечные концентраторы – дешёвые массивы микролинз – могут быть помещены непосредственно на каждую ячейку для повышения количества собираемых фотонов. Помимо уже упомянутых прикладных сфер, разработчики видят применение микроячейкам в спутниках и беспроводных сенсорах. Материалы по теме: - Гибкие солнечные ячейки восстановят зрение;
- Солнечные батареи на перчатках и шапке;
- /editorial/it_photocarbon.

Рынок оборудования для выпуска наноматериалов вырастет до $90 млрд

Среднегодовой темп роста индустрии оборудования для производства наноматериалов составит 10,4% в период между 2009 и 2014 гг. По оценке компании Innovative Research and Products, объём рынка к тому времени достигнет $90,4 млрд. Сектор полупроводниковых пластин будет испытывать подъём на 14% ежегодно, и через пять лет достигнет $20,6 млрд. В то же время в течение последних лет оба рынка падали. Продажи пластин составили $12,1 млрд, $11,4 млрд и $10,7 млрд в 2007, 2008 и 2009 гг. соответственно. В следующем же году рост возобновится, и продажи согласно прогнозам увеличатся на 9,3% до $11,7 млрд.
Beneq TFS-500 ALD
В течение трёх последних лет рынок оборудования снижался с $67,9 млрд в 2007 году до $62,1 млрд в 2008 и $55,1 млрд в 2009. В следующем году должен быть зафиксирован рост на 10,7% до $61 млрд. В целом производители полупроводников и электроники потратили около $80 млрд в 2007 г. и $74 млрд в следующем на кремниевые пластины, материалы и оборудование. Установки для размещения материалов на пластинах занимали в 2008 г. 19% долю рынка "нанопроизводственных" продуктов, оцениваемую в $11,4 млрд. Пятая часть поставок принадлежала литографическому оборудованию ($12,4 млрд), излучающим технологиям – 9% рынка и $5,6 млрд, решениям для тестирования компонентов и процессов – 17% и $10,56 млрд. Продажи в метрологическом сегменте составили $6,83 млрд (11% "нанорынка"). Затраты на исследования и разработки для совершенствования технологий производства наноматериалов превысили $7 млрд в год на уровне корпораций. В настоящее время 30-40% стоимости полупроводникового производства – это затраты на литографию, включая маски, резисты и метрологические техники. Цифры зависят преимущественно от количества интегральных схем на один заказ их разработки и возраста производственного оборудования. Материалы по теме: - Первые трёхмерные интегральные схемы из нанотрубок;
- Пружины из нанотрубок избавят человечество от аккумуляторов;
- IT-байки: Графан - сын графена, дедушка электроники будущего.

Источник:

Контактные линзы с наночастицами покажут диабетикам уровень сахара

Страдающие диабетом люди вскоре могут получить технологию, с которой, как надеется разработчик, их жизнь станет легче. Диабетики вынуждены непрерывно контролировать уровень сахара в крови, и обычно это делается путём забора и анализа крови. Профессор в области химической и биохимической инженерии Жин Женг (Jin Zhang) из Университета Западного Онтарио (University of Western Ontario) предлагает инновационное решение проблемы: его "неразрушающая" технология предполагает использование контактных линз, которые в соответствии с изменением уровня глюкозы меняют цвет.
Контактная линза
Ответом на вызов болезни стали наночастицы. Помещённые в линзы из гидрогеля, они взаимодействуют с молекулами глюкозы в появляющихся естественным путём слезах. Химическая реакция вызывает изменение цвета. В детали Женг не вдаётся. Учёный уже получил $216 тыс. от Канадского фонда инноваций (Canada Foundation for Innovation) для дальнейшей работы с многофункциональными нанокомпозитами, потенциал которых простирается далеко за пределы биомедицины. Например, плёнки из них могут предотвратить порчу пищевых продуктов, закрывая доступ кислороду, углекислому газу и влаге к органической материи. Технология также позволяет создать разлагаемую под действием бактерий упаковку. Материалы по теме: - USB-чехол для дезинфекции зубных щеток;
- Электронные контактные линзы – очередной шаг к добавленной реальности;
- Гибкие солнечные ячейки восстановят зрение.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥