Znajdź zawartość

Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda są pierwszymi, którzy uzyskali system składający się z „zaprojektowanych elektronów“. Pozwala to na dobranie właściwości elektronów, a w przyszłości umożliwi stworzenie nowych typów materiałów. Sercem wszystkich dzisiejszych technologii jest zachowanie się elektronów w materiale. Teraz jesteśmy w stanie dobrać podstawowe właściwości elektronów tak, by zachowywały się one w sposób rzadko spotykany w zwykłych materiałach - mówi profesor Hari Manoharan. Pierwszym stworzonym w ten sposób materiałem jest struktura w kształcie plastra miodu, zainspirowana grafenem. Naukowcy nazwali ją „molekularnym grafenem“. Uczeni za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego umieszczali pojedyncze molekuły tlenku węgla na idealnie gładkiej powierzchni miedzi. Węgiel odpychał wolne elektrony z atomów miedzi i zmuszał je do utworzenia heksagonalnej struktury, w której miały właściwości podobne do elektronów w grafenie, czyli zachowywały się tak, jakby nie miały masy. Aby odpowiednio dobrać ich właściwości uczeni przesuwali molekuły CO, co zmieniało symetrie przepływu elektronów. W pewnych ustawieniach zachowywały się one tak, jakby były wystawione na działanie pola elektrycznego bądź magnetycznego. Inne ułożenie molekuł umożliwiało np. na precyzyjne dobranie gęstości elektronów na powierzchni. Możliwe było też wyznaczenie obszarów, na których elektrony zachowywały się tak, jakby posiadały masę. Jedną z najbardziej niesamowitych rzeczy, którą osiągnęliśmy jest spowodowanie, by elektrony zachowywały się tak, jakby znajdowały się w silnym polu magnetycznym, podczas gdy w rzeczywistości nie ma żadnego pola - stwierdza Manoharan. Dzięki teorii opracowanej przez współautora badań, którym jest Francisco Guinea z Hiszpanii, naukowcy byli w stanie obliczyć, jak ułożyć atomy węgla, by elektrony zachowywały się jak zostały poddane polu magnetycznemu do 60 tesli. To nowe pole do badań dla fizyki. Grafen molekularny to pierwsza z wielu możliwych struktur. Sądzimy, że nasze badania pozwolą na stworzenie nowych przydatnych w elektronice materiałów - mówi Manoharan.

Setki lat po upadku wielkich cywilizacji Mezoameryki, poznajemy nowe fakty świadczące o olbrzymiej wiedzy i sprawności tamtejszych ludów. Tym razem dotyczą one... produkcji gumy. Jednym z nowych przedmiotów, z którymi w XVI wieku zetknęli się Hiszpanie, były gumowe piłki wykorzystywane w ceremoniach religijnych. W Europie nie znano wówczas tak elastycznego i wytrzymałego materiału. Teraz badania przeprowadzone przez Massachusetts Institute of Technology pokazały, jak zaawansowane było przetwórstwo kauczuku w prekolumbijskiej Ameryce. Okazuje się bowiem, że tamtejsze ludy nie tylko potrafiły zbierać i formować kauczuk, ale nadawały mu też pożądane właściwości. Materiał na podeszwy butów był twardy i odporny na ścieranie, ale już do produkcji piłek wzbogacano go chemicznie tak, by piłki jak najlepiej się odbijały. Guma była używana też w budownictwie jako klej. Wówczas producenci dbali, by dobrze się kleiła i była odporna na działanie czynników zewnętrznych. Jak uważają profesor Dorothy Hosler i technik Michael Tarkanian, właściwości gumy zmieniano manipulując proporcjami kauczuku i soku z wilców. Dopiero w 1999 roku uczeni odkryli, że ludy Mezoameryki mogli mieszać te dwa składniki podczas produkcji gumy. Teraz, dzięki laboratoryjnym eksperymentom, badaniu zabytków oraz opisom pozostawionym przez pierwszych podróżników i konkwistadorów, naukowcy dowiedzieli się, w jaki sposób uzyskiwano produkt o potrzebnych właściwościach. Przeprowadzenie odpowiednich dowodów nie było proste. Archeolodzy znaleźli ceremonialne piłki, jednak nie dysponujemy sandałami, w których chodziły ludy podbite przez Hiszpanów. Ponadto znalezione piłki nie nadają się do tego, by zbadać ich właściwości mechaniczne. Dlatego też uczeni musieli mozolnie odtwarzać receptury, korzystając przy tym z lokalnych składników występujących w Meksyku. W ten sposób dowiedzieli się, że optymalny materiał na piłki zawierał 50% kauczuku i 50% soku z wilca. Guma używana jako klej była w całości wykonana z kauczku, a sandały to trzy części kauczuku na jedną część soku. Wszystko zatem wskazuje na to, że pan Charles Goodyear wcale nie był twórcą procesu wulkanizacji. O setki lat wyprzedzili go Majowie, Aztekowie czy Olmekowie. John McCloy, badacz z Pacific Northwest National Laboratory stwierdził: "Tarkanian i Hosler pokazali, że ludy Mezoameryki byli pierwszymi, które badały właściwości polimerów i były w stanie sprawować kontrolę nad mechanicznymi właściwościami gumy".

Mimo rozwoju technik śledczych bazujących na DNA, nadal bardzo ważną rolę odgrywają odciski palców. Wygląda jednak na to, że trzeba będzie opracować nowe podejście do plastikowych butelek z recyklingu, ponieważ mimo podobieństw w wyglądzie, bardzo różnią się pod względem fizycznym i chemicznym od produktów, które zastępują. Od lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku wydział badań naukowych brytyjskiego Ministerstwa Spraw Wewnętrznych prowadzi program zbierania danych na temat odcisków palców i śladów stóp. Dzięki temu powstał podręcznik dla specjalistów na całym świecie, precyzujący jak najlepiej zbierać dowody z porowatych i gładkich powierzchni oraz do pomocy jakich związków chemicznych się uciekać. Vaughn Sears, menedżer projektu, opowiada, że jego zespół zauważył, że profil rynku plastików zmienia się od jakichś 2-3 lat, a prawdopodobnym powodem jest wzrastający udział opakowań z odzysku. Dotychczasowe metody zbierania śladów przestają się sprawdzać w takich przypadkach. Konieczne staje się więc opracowanie nowych. Przed nastaniem trendu ekologicznego plastiki wytwarzano z polimerów i kopolimerów, których łańcuchy zawierały jeden, góra dwa rodzaje merów. Teraz ich skład i budowa stały się mniej przewidywalne, nawet w przypadku produktów o niewielkiej domieszce materiału z recyklingu. Na szczęście naukowcy już rozpracowują problem i w ciągu 6 miesięcy powinni go rozwiązać.

Uczeni z University of Illinois udowodnili, że struktura brzegów kawałka grafenu wpływa na jego właściwości. Naukowcy już od pewnego czasu podejrzewali, że orientacja atomów na brzegach siatki krystalicznej ma olbrzymie znaczenie, jednak nigdy tego nie udowodniono. Nasz eksperyment wykazał bez najmniejszej wątpliwości, że krystalograficzna orientacja krawędzi grafenu wpływa na jego właściwości elektroniczne - mówi profesor Joseph Lyding. By wykorzystać grafen w przyszłej nanoelektronice będziemy musieli precyzyjnie kontrolować geometrię tych struktur - dodaje. Uczeni, profesor Lyding i jego były student Kyle Ritter, opracowali nową metodę cięcia grafenu i osadzania jego kawałków na półprzewodniku. Później użyli mikroskopu skanningowego do zbadania swoich próbek. Odkryliśmy, że kawałki grafenu o wielkości mniejszej niż 10 nanometrów i z brzegami o orientacji zygzakowatej wykazują właściwości metaliczne, a nie, jak można by się spodziewać z samej tylko ich wielkości - półprzewodnikowe - informuje Lyding. Nawet mały zygzakowaty fragment w 5-nanometrowym kawałku zmieni jego właściwości na metaliczne. Zbudowany z niego tranzystor nie będzie pracował - dodaje. Grafen, w przeciwieństwie do nanorurek, to dwuwymiarowa struktura, z którą można pracować używając narzędzi obecnie wykorzystywanych w przemyśle półprzewodnikowym. Prace Lydinga i Rittera dowodzą jednak, że obróbka grafenu będzie trudniejsza niż przypuszczano i należy przeprowadzać ją niezwykle precyzyjnie. W zamian uzyskujemy jednak materiał który, w zależności od kształtu, może działać jak metal bądź półprzewodnik.