Znajdź zawartość

Naukowcy z University of Nottingham odkryli, że możliwe jest przeprowadzenie w samej nanorurce reakcji chemicznej zmieniającej jej strukturę. To z kolei zaprzecza dotychczasowym przypuszczeniom uczonych, którzy sądzili, iż wewnętrzna powierzchnia nanorurki jest neutralna pod względem chemicznym. Od pewnego czasu sądzono, że wnętrze nanorurek jest neutralne, a nam udało się je wykorzystać w roli nanorektora. Przy okazji dokonaliśmy niespodziewanego odkrycia, iż w obecności metali przejściowych wykorzystanych w roli katalizatora wewnątrz nanorurki, sama nanorurka zostaje zaangażowana w reakcję chemiczną - mówi doktor Andrei Khlobystov, który stał na czele grupy badawczej. Uczony wraz z kolegami odkryli, że pojedynczy atom renu rozpoczyna reakcję, w wyniku której dochodzi do zmian w wewnętrznej ścianie nanorurki. Najpierw, wskutek obecności renu, pojawia się niewielki defekt w strukturze ściany, który z czasem się powiększa, pojawia się w końcu wybrzuszenie, które uczeni nazwali „nanopączkiem". Takie struktury obserwowano już wcześniej, jednak sądzono, że są one wynikiem reakcji zachodzącej na zewnątrz nanorurek.

Fizycy z Universytetu Harvarda odkryli, że nanorurki poddane działaniu prądu elektrycznego o wysokim napięciu powodują, że schłodzone atomy znaczynają poruszać się po spirali, bardzo gwałtownie przyspieszają, a w końcu dochodzi do ich dezintegracji. To pierwszy tego typu eksperyment, który pokazał zjawisko podobne do czarnych dziur w skali atomowej. W skali liczonej w nanometrach jesteśmy w stanie wytworzyć olbrzymie, niszczące przyciąganie, podobne do działania czarnej dziury. Bardzo ważny dla naukowców jest też fakt, iż było to pierwsze połączenie zimnych atomów i urządzeń w nanoskali, co otwiera drogę do nowego rodzaju eksperymentów - mówi profesor Lene Vestergaard Hau z Harvardu. Profesor Hau oraz jej współpracownicy, Anne Goodsell, Trygve Ristroph i Jene A. Golovchenko, schłodzili za pomocą lasera milion atomów rubidu do temperatury niewiele wyższej od zera absolutnego. Następnie chmura atomów została wysłana w kierunku znajdującej się 2 centymetry dalej nanorurki, która została potraktowana prądem o napięciu setek woltów. Zdecydowana większość atomów przeszła przez uzwojenie nanorurki, ale 10 z nich, które w nie nie trafiły, zostały przyciągnięte przez samą nanorurkę i, osiągając dużą prędkość, spadły na nią po spirali. Z prędkości około 5 metrów na sekundę, zimne atomy przyspieszyły do 1200 m/s. W związku z tak olbrzymim zwiększeniem się prędkości, temperatura, związana z energią kinetyczną atomów, wzrosła z 0,1 kelwina do tysięcy kelwinów w czasie krótszym niż mikrosekunda - mówi Goodsell. Wówczas atomy rozpadły się na elektrony i jony wirujące wokół uzwojenia. Elektrony zostały wessane przez nanorurkę za pomocą zjawiska tunelowania kwantowego, a towarzyszące im jony zostały z olbrzymią siłą odepchnięte przez naładowaną nanorurkę, osiągając prędkość 26 kilometrów na sekundę.

Zbudowany z nanorurek skaner jest w stanie wykryć raka płuc na podstawie prostej analizy wydychanego powietrza. Autorami tego interesującego wynalazku są specjaliści z Izraelskiego Instytutu Technologii. Prototyp urządzenia, który zaprezentowano na łamach czasopisma Nano Letters, powstał dzięki zespołowi kierowanemu przez dr. Hossama Haicka. Sercem maszyny jest matryca złożona z dziesięciu grup węglowych nanorurek o jednowarstwowych ściankach. W każdej grupie rurki są pokryte innym rodzajem związku organicznego, umożliwiającego wykrywanie określonej puli substancji obecnych w powietrzu wydychanym przez osoby podejrzewane o występowanie u nich raka płuc. Urządzenie pozwala łącznie na wykrywanie ponad dwustu różnych lotnych związków organicznych. Prototyp detektora wyprodukowano dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii stosowanych przy produkcji mikroprocesorów. Został on przetestowany na piętnastu zdrowych, niepalących osobach, a zebrane informacje porównano z wynikami uzyskanymi u tej samej liczby pacjentów cierpiących na raka płuc w czwartym, najcięższym stadium rozwoju. Powietrze wydychane przez poszczególne osoby analizowano równolegle za pomocą wynalazku izraelskich badaczy i z wykorzystaniem połączonych ze sobą superczułych urządzeń: chromatografu gazowego oraz spektrometru mas. Analizy z wykorzystaniem tych ostatnich są co prawda niezwykle czułe i precyzyjne, lecz ich koszt uniemożliwia wprowadzenie ich do rutynowej diagnostyki. Celem testu było więc stwierdzenie, czy detektor oparty na nanorurkach jest w stanie zastąpić te ultranowoczesne metody. Analiza przepływu elektryczności przez rurki należące do każdego z dziesięciu sensorów pozwoliła na określenie ilości wychwyconych związków z poszczególnych grup. Eksperyment pokazał wyraźnie, że istnieją ogromne różnice pomiędzy powietrzem wydychanym przez osoby zdrowe i chore, co pozwala przypuszczać, że możliwe jest diagnozowanie niektórych przypadków raka płuc na podstawie prostego badania wydychanego powietrza. Grupa trzydziestu osób to oczywiście zbyt mało, by wyniki można było uznać za pewne. W związku z tym badacze z Izraela planują przeprowadzenie dalszych badań, tym razem na znacznie liczniejszej grupie osób ochotników. Od ich wyników będzie zależało ewentualne dopuszczenie urządzenia do stosowania w diagnostyce medycznej.

O węglowych nanorurkach mówi się bardzo dużo, jednak dotąd ich zastosowanie na skalę przemysłową było niemożliwe. Nikt nie potrafił tanio i szybko wytworzyć odpowiedniej ich ilości, a główną przeszkodą było wyhodowanie nanorurek odpowiedniej długości. Nowo powstała firma Nanocomp Technologies mówi, że te czasy odeszły w przeszłość. Przedsiębiorstwo już w tej chwili potrafi produkować z nanorurek płachty materiału o wymiarach 3x6 stóp (91,5x183 cm). Do końca września mają powstać płachty o powierzchni 100 stóp kwadratowych (9,3 m2). Kluczem do sukcesu było wyhodowanie długich, 1-milimetrowych, nanorurek. Nanocomp Technologies nie zdradza, w jaki sposób udało jej się to osiągnąć. Specjaliści przypuszczają, że firma używa jakiegoś źródła węgla (może to być np. metanol lub etanol) i przepuszcza je przez katalizator nanocząsteczek (być może tlenek niklu, kobaltu lub żelaza). Molekuły węgla reagują z katalizatorem i tworzą nanorurki, a ich rozmiar jest regulowany wielkością katalizatora. Olbrzymią trudność sprawia kontrolowanie i utrzymanie w stanie stabilnym katalizatora. Przedstawiciele Nanocomp zdradzają, że zajmuje się tym specjalny system komputerowy, który ma wpływ na 30 różnych parametrów procesu produkcyjnego. Dba on nie tylko o temperaturę i jej zmiany, ale również przepływy gazu czy skład chemiczny całości. Wytrzymałość na rozciąganie nowego materiału wynosi od 200 do 500 megapaskali. Dla porównania, wytrzymałość aluminium to około 500 megapaskali. Trzeba przy tym pamiętać, że w obecnie produkowanych płachtach nanorurki są ułożone przypadkowo. Jeśli uda się kontrolować sposób ułożenia nanorurek, to wytrzymałość płachty na rozciąganie wzrośnie do 1200 megapaskali. Peter Antoinette mówi, że nowy materiał został zaprezentowany wielu producentom elektroniki i część z nich jest już w tej chwili nim zainteresowana. Może on posłużyć do ochrony telefonów komórkowych przed interferencjami sygnału, dzięki czemu będziemy lepiej słyszeli swoich rozmówców. Płachty z nanorurek można wbudować w PDA czy notebooki, gdzie posłużą do odprowadzania ciepła z układów scalonych. Nanorurki mogą być również silnymi antenami, przydatnymi do budowy sieci bezprzewodowych. Nanorurki przyczynią się też do powstania bezpieczniejszych samolotów. Przewodzą one bowiem prąd, więc kompozyty z nanorurek uchronią elektronikę samolotu przed uderzeniem pioruna. Obecnie jeśli piorun uderzy w kompozytowy kadłub, może uszkodzić komputerowe systemy maszyny. Materiał firmy Nanocomp to olbrzymia szansa dla przemysłu lotniczego także i z innego powodu. Obecnie na pokładzie Boeinga 747 znajdują się dwie tony miedzianych kabli. Zastępując je nanorurkami można zmniejszyć ciężar okablowania o połowę. A to przekłada się na oszczędności paliwa liczone w milionach dolarów podczas całej służby pojedynczej maszyny. Z tego też powodu Boeing, Lockheed Martin i Northrop Grunman już wpisały Nanocomp na listę swoich dostawców i prowadzą testy dostarczonych im próbek materiału.

Nanotechnologia umożliwi w przyszłości... samonaprawianie się kadłubów samolotów wykonanych z tworzyw sztucznych. Pierwszy tego typu samolot pasażerski, Boeing 787 Dreamliner, ma rozpocząć regularne loty już w przyszłym roku. Naukowcy z amerykańskiego Rensselaer Polytechnic Institute opracowali sposób na zmuszenie węglowych nanorurek do naprawiania uszkodzeń w kompozytach polimerowych. Dodanie nanorurek do żywicy epoksydowej zwiększa ciężar kompozytu jedynie o 1%. Czyni jednocześnie materiał znacznie bezpieczniejszym do użycia w lotnictwie. Nowością jest fakt, iż nanorurki wykorzystywane są zarówno do wykrywania, jak i do naprawiania pęknięć, które bez tego mogą się powiększać zagrażając np. integralności skrzydła samolotu – powiedział Nikhil Koratkar, profesor RPI. Uczeni umieścili w kompozycie warstwę nanorurek. Materiał można badać, przesyłając przezeń sygnał elektryczny. W miejscach, gdzie doszło do pęknięć pojawia się większy opór. Gdy uszkodzone regiony zostają zidentyfikowane, do nanorurek sąsiadujących z pęknięciem wysyłany jest silniejszy sygnał, niż ten, który posłużył do próbkowania. Okolice pęknięcia ulegają rozgrzaniu i z kompozytu wydobywają się aktywowane ciepłem składniki, które zalewają pęknięcie. Przeprowadzone testy wykazały, że w ten sposób wielkość pęknięcia zmniejszyła się o 70 procent. Obecnie dostępne są substancje, które samodzielnie potrafią naprawić w polimerach pęknięcia o długościach liczonych nawet w mikrometrach. Problemem jest zidentyfikowanie miejsca uszkodzenia. Metoda zaproponowana przez RPI jest bardzo prosta i efektywna. Umożliwia ona przeskanowanie kadłuba przed każdym startem samolotu i natychmiastową naprawę uszkodzenia. Amerykańscy naukowcy stworzyli też oprogramowanie, które skanuje i naprawia w czasie rzeczywistym wiele uszkodzeń polimerów.

Badacze z National Institute of Standards and Technology (NIST – Narodowy Instytut Standardów i Technologii) oraz University of Colorado zbudowali urządzenie, które jest najprawdopodobniej najmniejszym nożem na świecie. Składa się ono z pojedynczej nanorurki węglowej umieszczonej pomiędzy dwoma igłami z wolframu i będzie wykorzystywane do krojenia komórek. Nano-nóż ma zastąpić wykorzystywane obecnie w tym celu noże szklane, które są dość grube i mogą zniszczyć komórkę, którą uczeni chcą pociąć, by prowadzić na niej dalsze badania. Urządzenie zostało przetestowane i okazało się, że świetnie nadaje się do krojenia komórek na plasterki. Dzięki niemu uczeni będą mogli prowadzić znacznie bardziej dokładne badania komórek, niż dotychczas. Jedynym problemem okazała się zbyt słaba nić łącząca igły wolframowe z ostrzem, tak więc uczeni pracują teraz nad wzmocnieniem połączenia.