Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Grafenowe pozłotnictwo
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Sposób pomiaru ciśnienia krwi nie zmienił się od czasu wynalezienia w 1881 roku sfigmomanometru z nadmuchiwanym rękawem. Jednak taki sposób pomiaru nie daje nam pełnej wiedzy o stanie układu krążenia. Ciśnienie krwi to ważny wskaźnik. Stres może zabić. Stres prowadzi do zmian ciśnienia, ale nie mamy sposobu, by je mierzyć czy rozumieć, mówi profesor inżynierii Roozbeh Jafari z Texas A&M University.
W ostatnich latach zaczęły pojawiać się urządzenia, za pomocą których osoby cierpiące na choroby układu krążenia mogą na bieżąco monitorować ciśnienie. Urządzenia są jednak dość spore, mogą się przesuwać zakłócając pomiar. Z kolei urządzenia takie jak smartwatche, które korzystają z podczerwieni, mogą mierzyć puls, ale nie ciśnienie.
Jednak wkrótce może się to zmienić.profesor Deji Akinwande z University of Texas w Austin i profesor Jafari opracowali grafenowe elektroniczne tatuaże, które utrzymują się na skórze przez tydzień i bez przerwy monitorują ciśnienie badając bioimpedancję.
Ciągły pomiar ciśnienia ma wiele zalet. Pozwala bowiem na sprawdzenie, jak sprawuje się nasz układ krwionośny w różnych sytuacjach: podczas snu, pracy, intensywnego wysiłku fizycznego, gdy przeżywamy stres i gdy jesteśmy spokojni. Można dzięki temu wykonać tysiące pomiarów w ciągu doby. A to z kolei nie tylko powie nam, w jakim stanie jest nasz układ krążenia, ale pozwoli na wczesne wykrycie problemów.
Naukowcy rozpoczęli pracę od wyhodowania na miedzianej folii pojedynczej lub podwójnej warstwy grafenu. Następnie grafen pokryli 200-nanometrową warstwą akrylu, a całość przenieśli na papier do tatuaży, z którego całość trafiła na skórę. Jako, że warstwa grafenu jest atomowej grubości, bardzo dobrze przylega do skóry, nie musi być w żaden sposób mocowana, nie przesuwa się, a tatuażu w ogóle się nie czuje.
Żeby mierzyć ciśnienie naukowcy wykorzystali dwa rzędy sześciu grafenowych tatuaży. Każdy z rzędów został umieszczony dokładnie nad jedną z dwóch głównych tętnic ramienia: promieniową i łokciową. Skrajne tatuaże w każdym rzędzie wysyłają niewielkie impulsy elektryczne, a tatuaże wewnętrzne mierzą zmiany napięcia, co pozwala na określenie impedancji. Impedancja – jak wyjaśnia Jafari – odzwierciedla zaś zmiany ilości krwi w arteriach. Naukowcy musieli jeszcze stworzyć algorytm maszynowego uczenia się, który na podstawie zmian objętości krwi w arteriach, czasu przejścia impulsu zmiany ciśnienia pomiędzy tatuażami, różnicy czasu zmiany ciśnienia pomiędzy tętnicami oraz elastyczności arterii, dokładnie oblicza ciśnienie krwi.
W ramach eksperymentu tatuaże umieszczono na ramionach 7 osób, a wyniki pomiarów z tatuaży porównywano z wielokrotnie wykonywanymi tradycyjnymi pomiarami. Osoby biorące udział w eksperymencie musiały w czasie badań wykonywać różne czynności. Niektórzy robili pompki, inni spacerowali szybkim krokiem przy temperaturze dochodzącej do 38 stopni Celsjusza. Badania wykazały, że tatuaże nie ulegają degradacji pod wpływem światła, ciepła, kontaktu z wodą czy z potem. Eksperyment trwał przez pięć godzin i zakończył się sukcesem. Jafari mówi, że można dłużej wykorzystywać tatuaże, gdyż pozostają one na skórze przed tydzień.
Prototypowa wersja grafenowego systemu do pomiaru ciśnienia jest zaopatrzona w przewody, którymi dane z tatuaży wędrują do analizującego je urządzenia. Akinwande zapowiada, że powstanie wersja bezprzewodowa. Musimy zaprojektować układ scalony, który będzie bezprzewodowo przesyłał informacje, mówi.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
University of Michigan informuje o odkryciu, które przyspieszy prace nad elektroniką przyszłej generacji oraz nowatorskimi źródłami światła. Naukowcy z Ann Arbor opracowali pierwszą niezawodną skalowalną metodę uzyskiwania pojedynczych warstw heksagonalnego azotku boru (hBN) na grafenie. W procesie, w którym mogą powstawać duże płachty hBN, wykorzystano powszechnie stosowany proces epitaksji z wiązek molekularnych.
Urządzenia z grafenu i hBN mogą zostać wykorzystane m.in. do budowy LED emitujących światło z zakresie głębokiego ultrafioletu. Za pomocą współczesnych diod nie można uzyskać takiego zakresu fali. LED z dalekim ultrafioletem pozwoliłyby na stworzenie mniejszych urządzeń o większej wydajności, w tym nowatorskich laserów czy oczyszczaczy powietrza. Obecnie daleki ultrafiolet uzyskujemy za pomocą lamp rtęciowo-ksenonowych. Bardzo się one nagrzewają, są nieporęczne, mało wydajne i zawierają toksyczne materiały. Jeśli moglibyśmy uzyskać taki zakres promieniowania z LED oznaczałoby to taką rewolucję w urządzeniach UV jaka zaszła gdy LED zastąpiły tradycyjne żarówki, mówi profesor Zeitan Mi.
Heksagonalny azotek boru to najcieńszy izolator, z kolei grafen to najcieńszy półmetal. W wyniku połączenia jednoatomowych warstw obu materiałów powstaje materiał o bardzo interesujących właściwościach. Można z niego tworzyć nie tylko LED-y pracujące w dalekim ultrafiolecie, ale też podzespoły do komputerów kwantowych, mniejszą i bardziej wydajną elektronikę oraz optoelektronikę, ma wiele innych zastosowań.
Właściwości hBN są znane od lat, ale w przeszłości jedyną metoda uzyskania cienkich warstw tego materiału było fizyczne złuszczanie ich z kryształu azotku boru. To bardzo pracochłonny proces, w wyniku którego można uzyskać niewielkie płatki materiału. Nasza metoda pozwala na uzyskanie atomowej grubości warstw dowolnych rozmiarów, dodaje Mi.
Grafen i heksagonalny azotek boru są bardzo cienkie, dzięki czemu można by budować z nich znacznie mniejsze i bardziej wydajne urządzenia elektroniczne niż przy użyciu obecnie stosowanych materiałów. Warstwy hBN i grafenu mogą też mieć egzotyczne właściwości pozwalające na przechowywanie kwantowej informacji, możliwość przełączania pomiędzy stanem przewodnika a izolatora czy uzyskania niezwykłych spinów elektronowych.
Dotychczas jednak zawiodły wszelkie próby uzyskania jednorodnych pozbawionych wad warstw hBN, które są potrzebne, by materiał ten dobrze połączył się z grafenem. Do uzyskania użytecznego produktu potrzebne są jednorodne uporządkowane rzędy atomów hBN dopasowane do leżących poniżej atomów grafenu. Dotychczas nie udawało się tego uzyskać, wyjaśnia Ping Wang.
Uczeni z University of Michigan zauważyli, że w wyższych temperaturach równe rzędy atomów hBN są bardziej stabilne niż nieuporządkowane zbiory atomów. Zaczęli więc eksperymentować z techniką epitaksji z wiązek molekularnych. To proces przemysłowy polegający na natryskiwaniu atomów na podłoże.
Wang i jego koledzy użyli płachty grafenu w kształcie schodów, rozgrzali ją do około 1600 stopni Celsjusza, a następnie natryskiwali na nią atomy boru i azotu. Wyniki pozytywnie ich zaskoczyły. Na krawędziach grafenu powstały dobrze uporządkowane paski hBN, które rozszerzyły się w szerokie wstęgi. To wielki krok w kierunku komercjalizacji kwantowych struktur 2D, cieszy się Mi.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Od czasu przełomowego odkrycia fal grawitacyjnych amerykańskie obserwatorium LIGO we współpracy ze swoim europejskim odpowiednikiem Virgo zarejestrowały dziesiątki zdarzeń, które wygenerowały zmarszczki czasoprzestrzeni. W przyszłości obserwatoria fal grawitacyjnych będą udoskonalane, co pozwoli na wykrycie większej liczby fal pochodzących z głębszych regionów wszechświata, a co za tym idzie, pozwoli nam lepiej zrozumieć wszechświat i poznać jego tajemnice.
Fale grawitacyjne powinny ściskać i rozciągać przestrzeń o 1 część na 1021, co oznacza, że cała Ziemia jest ściskana lub rozciągana o 1/100000 nanometra, czyli mniej więcej o grubość jądra atomu. W ramach eksperymentu LIGO zbudowano dwa interferometry ułożone w kształt litery L o długości 4 kilometrów każdy. Na końcach tuneli umieszczono lustra odbijające światło. W stronę luster wystrzeliwany jest promień lasera, który odbija się i powraca do detektorów. Jeśli promienie przebyły drogę o różnej długości, pomiędzy promieniami dojdzie do interferencji. Badając interferencję naukowcy są w stanie zmierzyć relatywną długość obu ramion z dokładnością do 1/10 000 szerokości protonu. To wystarczająca dokładność, by wykryć ewentualne zmiany długości obu ramion interferometrów spowodowane obecnością fal grawitacyjnych. W skład LIGO wchodzą dwa laboratoria - w stanach Luizjana i Waszyngton.
Jednym z niezwykle ważnych elementów wpływających na czułość obu detektorów wchodzących w skład LIGO jest powłoka wspomnianych luster. Każde z nich waży 40 kilogramów, a w każdym z detektorów znajdują się 4 takie lustra. Im większy współczynnik odbicia luster, tym bardziej czuły interferometr. Jednak te same powłoki, dzięki którym lustra odbijają światło, mogą prowadzić do zwiększenia szumu tła, a to z kolei może zagłuszać sygnał z fal grawitacyjnych. A trzeba wiedzieć, że LIGO jest wrażliwy na ruch uliczny, ruchy tektoniczne czy uderzenia fal na odległym wybrzeżu. Dlatego też ciągle trwają prace nad odpowiednimi powłokami luster.
Teraz specjaliści z California Institute of Technology (Caltech), pracujący przy LIGO, poinformowali o opracowaniu nowej powłoki wykonanej z tlenku tytanu i tlenku germanu. Za jej pomocą można będzie 2-krotnie zmniejszyć szum tła z luster, co pozwoli na 8-krotnie powiększenie przestrzeni wszechświata, z której LIGO może zbierać sygnały. Poszukujemy najdoskonalszego z obecnie dostępnych materiałów. Nasza zdolność do badania tego, co dzieje się w astronomicznej skali wszechświata jest ograniczona zjawiskami zachodzącymi w mikroskopijnej przestrzeni [powłoki luster - red.], mówi Gabriele Vajente, główna autorka badań nad nową powłoką. Mamy nadzieję, że dzięki nowej powłoce będziemy mogli zwiększyć częstotliwość wykrywania fal grawitacyjnych z obecnej raz na tydzień do raz na dzień lub częściej, dodaje dyrektor LIGO Laboratory na Caltech David Reitze.
Nawet najmniejsze zakłócenia z otoczenia, takie jak wibracje atomów wywołane temperaturą, mogą wpłynąć na czas odbicia światła lasera od luster i zakłócić pracę interferometru.
Najważniejsze w naszej pracy było stworzenie lepszych metod testowania różnych materiałów. Teraz możemy sprawdzić ich właściwości w około 8 godzin, a praca taka jest w pełni zautomatyzowana. Wcześniej zajmowało to około tygodnia. Dzięki temu mogliśmy szybciej testować różne połączenia różnych materiałów. Niektóre z nich zupełnie się nie sprawdzały, ale dało nam to wgląd w to, jakich właściwości powinniśmy poszukiwać, wyjaśnia Vajente. W końcu uczeni zauważyli, że odpowiednia kombinacja tlenku tytanu i tlenku germanu najlepiej redukuje wibracje wywołane zmianami temperatury.
Lustra z nową powłoką mogą zostać zastosowane już w czasie 5. kampanii badawczej LIGO, która ruszy w połowie dekady w ramach programu Advanced LIGO Plus. Latem przyszłego roku rozpocznie się zaś 4. kampania badawcza, ostatnia z programu Advanced LIGO.
O tym, jak ważne był opracowanie nowej powłoki mówi dyrektor Reitze. To zmieni badania prowadzone w ramach Advanced LIGO Plus. To wspaniały przykład, jak bardzo LIGO jest uzależnione od najnowocześniejszych osiągnięć optyki i badań materiałowych. To największy od 20 lat postęp w optyce wykorzystywanej w LIGO.
Przydatność przeprowadzonych właśnie badań nie ogranicza się jedynie do wykorzystania ich wyników przy wykrywaniu fal grawitacyjnych. W przyszłości ich wyniki mogą zostać wykorzystane w telekomunikacji czy przemyśle półprzewodnikowym.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z University of Manchester zauważyli, że w w grafenownych supersieciach znajdujących się pomiędzy dwoma warstwami azotku boru pojawia się nowa rodzina kwazicząstek. Odkrycie ma znaczenie dla badań nad fizyką materii skondensowanej i może prowadzić do stworzenia tranzystorów pracujących z wyższymi częstotliwościami.
Fizycy i specjaliści z dziedziny materiałoznawstwa od kilku lat poszukują sposobu na wykorzystanie sił van der Waalsa działających pomiędzy cienkimi warstwami różnych kryształów do stworzenia materiałów, których właściwościami elektronicznymi można by manipulować bez potrzeby odwoływania się do wzbogacania kryształów atomami innych pierwiastków.
Najbardziej znanym przykładem jest jednoatomowa warstwa grafenu zamknięta pomiędzy dwoma jednoatomowymi warstwami heksagonalnego azotku boru (hBN), który ma podobną stałą sieci krystalicznej. Jako, że oba materiały mają podobną heksagonalną strukturę, po nałożeniu ich na siebie pojawiają się regularne wzorce, supersieci.
Gdy takie nałożone na siebie warstwy grafenu-azotku boru skręcimy i zmniejszy się kąt pomiędzy sieciami krystalicznymi obu materiałów, zwiększa się rozmiar supersieci. To zaś powoduje pojawienie się pasm wzbronionych (przerw energetycznych).
Naukowcy z Manchesteru zauważyli teraz niezwykłe zachowanie się elektronów w takiej strukturze. Dobrze wiemy, że w sytuacji braku pola magnetycznego elektrony poruszają się prosto, a gdy przyłożymy pole magnetyczne, ich trajektorie zaczynają się zaginać, elektrony poruszają się w koło co zmniejsza przewodnictwo. W warstwie grafenu umieszczonej pomiędzy dwiema warstwami hBN trajektorie elektronów również zaczęły się zaginać, ale przy polu magnetycznym o określonej wartości przewodnictwo gwałtownie wzrosło. Tak, jakby elektrony ponownie poruszały się po liniach prostych w metalu bez obecności pola magnetycznego, mówią członkowie zespołu badawczego Julien Barrier i Piranavan Kumaravadivel.
To zachowanie całkowicie sprzeczne z tym, co wiemy z podręczników fizyki, zauważa Kumaravadivel. Uczony i jego koledzy uważają, że zaobserwowane zjawisko to efekt pojawienia się nowych kwazicząstek. Te kwazicząstki to fermiony Browna-Zaka, które w strukturze grafen-hBN poruszają się z prędkościami balistycznymi pomimo obecności silnego pola magnetycznego. Fermiony te utrzymują prostą trajektorię poruszania się na przestrzeni dziesiątków mikrometrów w polu magnetycznym dochodzącym do 16 tesli.
Odkrycie to oznacza w praktyce, że nośniki ładunków elektrycznych mogą przebyć po linii prostej całą szerokość urządzenia elektronicznego, nie rozpraszając się w przy tym. To zaś daje nadzieję na zbudowanie tranzystorów pracujących przy niezwykle wysokich częstotliwościach. Procesory korzystające z takich tranzystorów mogłyby pracować znacznie szybciej niż obecnie dostępne procesory.
Co więcej, odkrywcy nowego zjawiska mówią, że zaobserwowane przez nich fermiony Browna-Zaka powinny pojawiać się w każdej supersieci, nie tylko grafenowej. To zaś ułatwi badanie nad zjawiskiem transportu elektronowego oraz nowymi supersieciami 2D tworzonymi przez inne materiały niż grafen.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy opracowali przenośne urządzenie (w kształcie papryczki chili), które pozwala szybko i tanio określić zawartość kapsaicyny w papryczkach chili. Wyniki badań zespołu Warakorna Limbuta z Prince of Songkla University ukazały się właśnie w piśmie ACS Applied Nano Materials.
Papryczki chili są popularnym składnikiem dań na całym świecie. Mają pikantny smak, bo zawierają kapsaicynę - alkaloid o licznych właściwościach prozdrowotnych (działaniu przeciwutleniającym, przeciwzapalnym czy antynowotworowym). Nic więc dziwnego, że zapotrzebowanie na kapasaicynę - do celów spożywczych i farmaceutycznych - rośnie.
Mając to na uwadze, Limbut i inni chcieli opracować prostą, dokładną i tanią metodę określania zawartości kapsaicyny w papryczkach i próbkach pokarmu. Inne metody, które miały na to pozwalać, były bowiem skomplikowane, czasochłonne lub wymagały drogiego sprzętu pokaźnych rozmiarów.
Tajlandzcy naukowcy opracowali przenośne urządzenie w kształcie niewielkiej papryczki, które można podłączyć do smartfona, by wyświetlić wyniki. W papierowym czujniku elektrochemicznym wykorzystano nanopłytki grafenu dopowanego azotem (ang. N-doped graphene nanoplatelets, GrNPs); w strukturę grafenu wprowadzono atomy azotu, by poprawić przewodnictwo elektryczne.
Po zoptymalizowaniu czujnika zespół wykorzystał go do określenia zawartości alkaloidu w 6 próbkach suszonej chili. Papryczki dodawano do roztworu etanolu i wytrząsano. Później roztwór wkrapiano na czujnik. Okazało się, że urządzenie dokładnie mierzyło stężenia kapsaicyny rzędu 7,5-90 μM. Granica wykrywalności (ang. limit of detection) to 0,37 μM.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.