Znajdź zawartość

Większość polimerów to dobre izolatory zarówno dla energii elektrycznej, jak i cieplnej. Naukowcom z MIT-u (Massachusetts Institute of Technology) udało się tak zmienić polietylen - najpopularniejszy z polimerów - że zaczął przewodzić ciepło lepiej niż wiele metali. Pozostał przy tym izolatorem dla elektryczności. Bardzo ciekawą właściwością nowego polietylenu jest fakt, iż przewodzi on ciepło tylko w jednym kierunku. Dzięki temu możne znaleźć zastosowanie tam, gdzie potrzebne jest efektywne odprowadzanie energii cieplnej, czyli np. w urządzeniach chłodzących podzespoły komputerowe. Kluczem do sukcesu było ułożenie molekuł polimeru w jednej linii. Zwykle tworzą one chaotyczną splątaną warstwę. Dokonano tego dzięki powolnemu wyciąganiu włókna polietylenowego z roztworu za pomocą końcówki mikroskopu sił atomowych. Posłużyła on jednocześnie do sprawdzenia właściwości włókna. Badania wykazały, że tak produkowane włókno przewodzi ciepło aż 300-krotnie lepiej od zwykłego polietylenu. Przewyższa pod tym względem połowę metali, w tym żelazo czy platynę. Profesor Gang Chen, szef zespołu badawczego zapewnia, że po udoskonaleniu techniki uda się uzyskać jeszcze lepsze właściwości. Nowy polimer przyda się wszędzie tam, gdzie potrzebujemy dobrego jednokierunkowego przewodnictwa cieplnego. Jeśli dodamy do tego, że polietylen niewiele waży, jest dobrym izolatorem elektrycznym oraz wykazuje stabilne właściwości chemiczne, to pole jego zastosowań znacznie się zwiększy. Wszystko zależy oczywiście od tego, czy uda się opracować tanie techniki masowej produkcji nowego materiału.

Badacze z Lawrence Berkeley National Laboratory dowiedli, że pole elektryczne może posłużyć do przełączania stanów w multiferroikach. To z kolei umożliwi wykorzystanie w przyszłości tych materiałów do przechowywania danych zarówno za pomocą zjawisk magnetycznych jak i spintronicznych. Multiferroiki to materiały charakteryzujące się jednocześnie więcej niż jedną cechą materiałów ferroikowych. Ich cztery podstawowe właściwości to ferromagnetyzm, ferroelektryczność, ferroelastyczność i ferrotoroidalność. Najpierw jego zespół wzbogacił żelazian bizmutu o akceptory jonów wapnia, gdyż zwiększają one ilość prądu, który może przepłynąć przez BiFeO3. Spowodowało to powstanie pozytywnie naładowanych wakancji tlenowych. Po przyłożeniu pola elektrycznego, wakancje te stały się ruchome. Powędrowały do góry materiału, tworząc złącze typu n, a nieruchome jony wapnia utworzyły w dolnej części materiału złącze typu p. Po odwróceniu kierunku pola elektrycznego obszary p i n zamieniły się miejscami. Z kolei zastosowanie pola elektrycznego o średnim natężeniu pozwoliło na wykasowanie obszarów p i n. Na takiej samej zasadzie działają współczesne urządzenia CMOS, gdzie przyłożenie napięcia pozwala na kontrolowanie właściwości przepływu elektronów i zmienia oporność z wysokiej (izolator) na niską (przewodnik) - zauważa Ramesh. W typowym urządzeniu CMOS różnica w oporności obu stanów jest milionkrotna. W żelazianie bizmutu osiągnięto dotychczas tysiąckrotną różnicę pomiędzy stanami on i off. To i tak dwa razy więcej, niż najlepszy wynik uzyskany za pomocą pola magnetycznego. Wystarczy też, by urządzenia z żelazianu bizmutu działały.

Węglowe nanorurki - podstawowy element wielu zaawansowanych badań związanych z nanotechnologiami - mogą zyskać konkurenta. Kolejnym materiałem, który ma szansę stać się budulcem technologii przyszłości, okazały się nanorurki wykonane z boru. Jak wynika z symulacji przeprowadzonych przez badaczy z Tsinghua University w Pekinie, pewne właściwości elektryczne nowego materiału mogą być lepsze niż w wypadku węgla. Osiągnięcie naukowców przede wszystkim polega na znalezieniu odpowiedniej struktury atomowej nanorurek z boru. Zapożyczona z węgla sześciokątna siatka okazała się niestabilna, więc problem rozwiązano przez umieszczenie dodatkowych atomów boru w środku niektórych sześciokątów. Jak obliczono, układ taki powinien oferować dość ciekawe właściwości: szersze nanorurki mogą pełnić rolę przewodników, węższe natomiast - półprzewodników, z których można budować elementy nanoelektroniczne. W wypadku wersji przewodzącej, nanorurki borowe powinny być lepszymi przewodnikami niż te wykonane z węgla, spodziewana jest też wyższa temperatura występowania efektu nadprzewodnictwa. Chińscy badacze proponują, aby nowy materiał wykonać za pomocą metody chemicznego osadzania fazy gazowej (CVD - Chemical Vapour Deposition). Choć jest to ta sama technika co w wypadku węgla, jeszcze nie została ona dopasowana do wymagań boru, zatem żadne z opisanych właściwości do tej pory nie zostały potwierdzone doświadczalnie.

Fizycy z Rice University odkryli nowe właściwości w jednym z najlepiej znanych i zbadanych przez człowieka minerałów – magnetycie. Po schłodzeniu do temperatury niższej niż -157 stopni Celsjusza magnetyt z izolatora zmienił się w przewodnik. To fascynujące, że taki materiał, który jest badany przez człowieka od tysięcy lat, wciąż kryje zagadki – mówi Doug Natelson, profesor fizyki i astronomii. To odkrycie pokazuje nam, czego możemy dokonać dzięki nowoczesnym urządzeniom pozwalającym badać materiały w skali nano – dodaje. Magnetyczne właściwości minerału zostały udokumentowane w Chinach ponad 2000 lat temu, a przed 900 laty Chińczycy budowali kompasy, w których wykorzystywano magnetyt. Fizycy od ponad 60 lat wiedzą, że elektryczne właściwości magnetytu zmieniają się w niskich temperaturach. Teraz odkryli, że przykładając do minerału odpowiednio wysokie napięcie, zmieniają go z isolatora w przewodnik. Po zmniejszeniu napięcia magnetyt znowu staje się izolatorem. Na razie naukowcy nie wiedzą, co powoduje takie przełączanie się stanów tego materiału. Mają nadzieję, że dalsze badania rzucą nieco światła na tę zagadkę. Prace nad magnetytem mają jak najbardziej praktyczne znacznie. Materiały zmiennofazowe są coraz powszechniej stosowane w elektronice i przez najbliższe lata będą odgrywały w niej olbrzymią rolę.

Rekiny wykorzystują pokrywającą ich głowy galaretowatą substancję do wyłapywania sygnałów elektrycznych z wody. Najprawdopodobniej umożliwia im to podążanie śladem krwawiącej ofiary. Wydaje się, że zdolność do posługiwania się elektrorecepcją pomniejsza znaczenie innych zmysłów. To dlatego zwierzęta te wolą ranną ofiarę od łatwiejszych i bliższych celów (Neuroscience Letters). Żel zawiera różne białka i sole. Jest więc podobny do śluzu [...] – opowiada dr R. Douglas Fields, dyrektor Wydziału Rozwoju i Plastyczności Układu Nerwowego amerykańskiego NIH-u. Fields przypomina o licznych przypadkach holowania rannego towarzysza przez drugą osobę, kiedy to rekin wyraźnie podążał za chorym, a nie za jego ratownikiem. Sole z krwi tworzą silne pole elektryczne, które rekin może wykryć za pomocą żelu. Amerykanin obalił wcześniejszą teorię (2003), której twórca profesor Brandon Brown twierdził, że żel rekina jest półprzewodnikiem, który wytwarza energię elektryczną w odpowiedzi na zmiany temperatury otoczenia. Profesor zgodził się z proponowanymi przez zespół Fieldsa wyjaśnieniami. Żel pozyskano z porów płaszczek. Fachowo, ze względu na kształt, nazywają się one ampułkami Lorenziniego. Występują u ryb chrzęstnoszkieletowych (spodoustych oraz chimerowatych) i są położone głównie w okolicy pyska. Komórki skóry reagują na pole elektryczne, w wyniku czego kationy wapnia wnikają do ich wnętrza. Ładunek przedostaje się przez żel, a następnie dociera do nerwów przekazujących mózgowi odpowiedni sygnał. Podobnie jak Brown, zespół Fieldsa umieszczał w żelu dwa srebrne druty. Następnie jeden z końców podgrzewano lub ochładzano. Okazało się jednak, że przepływ prądu był wynikiem reakcji elektrochemicznej między srebrem a galaretką. Kiedy podgrzewano/ochładzano druty z metalu innego niż srebro, nic się nie działo. Naukowcy sądzą, że zdobyli dowód na to, że żel jest zwykłym przewodnikiem. Dzięki ampułkom Lorenziniego rekiny potrafią wykrywać nawet niezwykle słabe pole elektryczne.