Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Prosty przepis na nanorurkową elektronikę

Recommended Posts

Naukowcy z firmy DuPont i Cornell University opracowali prostą metodę przetwarzania węglowych nanorurek tak, by nadawały się do produkcji podzespołów elektronicznych. Nanorurki to nic innego jak pozwijany grafit. W zależności od sposobu zwinięcia mogą mieć one właściwości metali lub półprzewodników. Zwykle podczas produkcji uzyskuje się 33% nanorurek o właściwościach metalicznych i 66% - o właściwościach półprzewodników. Taka mikstura nie nadaje się np. do stworzenia podzespołów elektronicznych, gdyż urządzeń tych nie można by wyłączyć. Metaliczne nanorurki zawsze będą przewodziły prąd.

Dotychczas uczeni radzili sobie z tym problemem na różne sposoby. Oddziela się nanorurki na podstawie ich chiralności, jednak jest to metoda, którą można stosować tylko w laboratorium. Nie da się jej skalować i użyć w przemyśle. Można umieścić nanorurki na specjalnym podłożu i przyłożyć do niego wysokie napięcie, doprowadzając do spalenia nanorurek metalicznych. Ten sposób jest również trudno skalowalny. Inna metoda polega na potraktowaniu nanorurek środkami chemicznymi, które rozpuszczają te o właściwościach metalicznych.

Naukowcy z DuPonta i Cornell wpadli na inny, znakomity pomysł. Okazało się, że jeśli potraktujemy nanorurki tetrafluoroetylenem, to te o właściwościach metalicznych zyskają własności półprzewodników. Fizyk Graciela Blanchet z DuPonta przyznaje, że ona i jej koledzy mieli sporo szczęścia. Inne grupy naukowców również próbowały zmieniać właściwości nanorurek za pomocą środków chemicznych. Udało się to dopiero teraz. Pani Blanchet i jej koledzy poszli jednak o krok dalej. Rozpuścili swoje nanorurki w dwuchlorobenzenie, uzyskując w ten sposób półprzewodnikowy nanorurkowy "atrament", który posłużył do wydrukowania tranzystorów.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przechowywanie energii słonecznej w postaci chemicznej ma tę przewagę nad przechowywaniem jej w elektrycznych akumulatorach, że energię taką można zachować na długi czas. Niestety, taki sposób ma też i wady - związki chemiczne przydatne do przechowywania energii ulegają degradacji po zaledwie kilku cyklach ładowania/rozładowywania. Te, które nie degradują, zawierają ruten - rzadki i drogi pierwiastek. W 1996 roku udało się znaleźć molekułę - fulwalen dirutenu - która pod wpływem światła słonecznego przełącza się w jeden stan i umożliwia kontrolowane przełączanie do stanu pierwotnego połączone z uwalnianiem energii.
      W ubiegłym roku profesor Jeffrey Grossman wraz ze swoim zespołem z MIT-u odkryli szczegóły działania fulwalenu dirutenu, co dawało nadzieję na znalezienie zastępnika dla tej drogiej molekuły.
      Teraz doktor Alexie Kolpak we współpracy z Grossmanem znaleźli odpowiednią strukturę. Połączyli oni węglowe nanorurki z azobenzenem. W efekcie uzyskali molekułę, której właściwości nie są obecne w obu jej związkach składowych.
      Jest ona nie tylko tańsza od fulwalenu dirutenu, ale charakteryzuje się również około 10 000 razy większą gęstością energetyczną. Jej zdolność do przechowywania energii jest porównywalna z możliwościami baterii litowo-jonowych.
      Doktor Kolpak mówi, że proces wytwarzania nowych molekuł pozwala kontrolować zachodzące interakcje, zwiększać ich gęstość energetyczną, wydłużać czas przechowywania energi i - co najważniejsze - wszystkie te elementy można kontrolować niezależnie od siebie.
      Grossman zauważa, że olbrzymią zaletą termochemicznej metody przechowywania energii jest fakt, że to samo medium wyłapuje energię i ją przechowuje. Cały mechanizm jest zatem prosty, tani, wydajny i wytrzymały. Ma on też wady. W takiej prostej formie nadaje się tylko do przechowywania energii cieplnej. Jeśli potrzebujemy energii elektrycznej, musimy ją wytworzyć z tego ciepła.
      Profesor Grossman zauważa też, że koncepcja, na podstawie której stworzono funkcjonalne nanorurki z azobenzenem jest ogólnym pomysłem, który może zostać wykorzystany także w przypadku innych materiałów.
      Podstawowe cechy, jakimi musi charakteryzować się materiał używany do termochemicznego przechowywania energii to możliwość przełączania się w stabilne stany pod wpływem ciepła oraz istnienie odkrytego przez Grossmana w ubiegłym roku etapu przejściowego, rodzaju bariery energetycznej pomiędzy oboma stabilnymi stanami. Bariera musi być też odpowiednia do potrzeb. Jeśli będzie zbyt słaba, molekuła może samodzielnie przełączać się pomiędzy stanami, uwalniając energię wtedy, gdy nie będzie ona potrzebna. Zbyt mocna bariera spowoduje zaś, że pozyskanie energii na żądanie będzie trudne.
      Zespół Grossmana i Kolpak szuka teraz kolejnych materiałów, z których można będzie tworzyć molekuły służące do termochemicznego przechowywania energii.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół z University of California, Riverside stworzył półprzewodnikową technologię, która może pozwolić na budowę niezwykle wszechstronnego lasera ultrafioletowego, przydatnego zarówno do zabijania wirusów jak i zwiększania pojemności DVD.
      Lasery ultrafioletowe są szeroko stosowane w przechowywaniu danych czy biologii, jednak są to urządzenia duże, kosztowne i wymagające użycia dużych ilości energii. Obecne lasery ultrafioletowe bazują na azotku galu. Profesor Jianlin Liu i jego współpracownicy dokonali przełomu tworząc falowód lasera z tlenku cynku, co pozwala na produkcję mniejszych i tańszych laserów, które będą charakteryzowały się większą energią promienia i mniejszymi długościami fali.
      Dotychczas tlenek cynku nie nadawał się do budowy laserów, gdyż brakowało mu typu p. Liu rozwiązał ten problem domieszkując go antymonem tworząc półprzewodnik typu p. Nanokable tlenku cynku typu p połączono z tlenkiem cynku typu n tworząc diodę p-n.
      Przyłożenie napięcia wywołało emisję światła laserowego z końcówek nanokabli.
      „Od dziesięciu lat naukowcy zajmujący się tlenkiem cynku próbowali osiągnąć taki wynik. Nasze badania prawdopodobnie popchną naprzód całą technologię".
      Odkrycie uczonych z Kalifornii pozwoli na stworzenie laserów odczytujących i zapisujących znacznie gęściej zapisane dane, gdyż długość fali światła ultrafioletowego jest znacznie mniejsza niż wykorzystywanego obecnie światła czerwonego. W biologii i medycynie ultrafioletowy laser może penetrować wnętrze żywych komórek, zmieniać ich funkcje, służyć do dezynfekcji wody pitnej. W fotonice pojawią się dzięki niemu urządzenia przetwarzające i przesyłające dane znacznie szybciej niż ma to miejsce obecnie.
      Profesor Liu zauważa, że potrzebne są dalsze prace nad zwiększeniem stabilności półprzewodnika typu p z tlenku cynku.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Obecnie filtry w papierosach produkuje się z octanu celulozy, który absorbuje nikotynę, substancje smoliste i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Chińczycy odkryli jednak, że dodatek nanomateriałów z tlenku tytanu(IV) może zatrzymać jeszcze więcej szkodliwych związków (Chemical Communications).
      Naukowcy już wcześniej próbowali wykorzystywać w filtrach nanomateriały. Nanorurki węglowe i mezoporowate nanostruktury krzemionkowe sprawdzały się dobrze w tej nowej roli, jednak w dużej mierze dyskwalifikowała je wysoka cena. Poza tym wspominano o możliwych zagrożeniach dla zdrowia.
      Mingdeng Wei z Uniwersytetu w Fuzhou nawiązał współpracę ze specjalistami z Fujian Tobacco Industrial Corporation. Naukowcy ustalili, że nanorurki i nanopłachty dobrze przefiltrowują dym papierosowy, są stosunkowo tanie i co najważniejsze, TiO2 stosuje się już w przemyśle kosmetycznym i spożywczym, wiadomo więc, że jest bezpieczny dla zdrowia.
      Zespół z Państwa Środka porównywał papierosy z nanorurkami i nanopłachtami z tlenku tytanu(IV). Wykorzystano maszynę do palenia papierosów, a następnie wysokosprawną chromatografię cieczową (ang. high performance liquid chromatography, HPLC) oraz chromatografię jonową. Dzięki tym metodom oceniono ilość wychwyconych substancji, w tym cyjanowodoru czy amoniaku. Okazało się, że nanorurki są 2-krotnie wydajniejsze od nanopłacht.
      Wydaje się, że warto by było też porównać papierosy z filtrem dopełnionym nanorurkami z TiO2 z popularnymi ostatnio e-papierosami. Lekarze podkreślają jednak, że i tak najskuteczniejszą metodą ograniczenia ilości szkodliwych substancji nadal pozostaje rzucenie palenia.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Badania nad zwiększeniem wydajności ogniw słonecznych ciągle trwają, a uczeni z MIT-u postanowili zaprząc do pomocy... wirusy. W Nature Nanotechnology opublikowali artykuł, w którym opisują w jaki sposób wirusy mogą pomóc w tworzeniu ogniw słonecznych z nanorurek.
      Od pewnego czasu wiadomo, że nanorurki mogą zwiększyć efektywność zbierania elektronów przez ogniwa. Jednak użycie nanorurek napotyka na dwa poważne problemy. Pierwszy z nich to fakt, że podczas produkcji nanorurek uzyskiwana jest mieszanina dwóch typów. Jedne nanorurki zachowują się jak półprzewodniki, drugie jak metale. Nowe badania wykazały, że tylko nanorurki-półprzewodniki zwiększają wydajność ogniw. Nanorurki-metale zmniejszają ją. Ponadto nanorurki mają tendencję do zlepiania się ze sobą, co zmniejsza ich efektywność.
      Studenci Xiangnan Dang i Hyunjun Yi, pracujący pod kierunkiem profesor Angeli Belcher, odkryli, że genetycznie zmodyfikowany wirus M13 może zostać użyty do kontrolowania ułożenia nanorurek na powierzchni, dzięki czemu są one od siebie oddzielone nie powodując krótkich spięć oraz nie mogą zbić się w grupie.
      Młodzi naukowcy przetestowali swojego wirusa na tanich ogniwach cienkowarstwowych DSSC (dye-sensitized solar cells), zwiększając ich wydajność z 8 do 10,6%, czyli aż o 33%. To kolosalny postęp, tym większy, jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, że wirusy i nanorurki stanowią tylko 0,1% wagi ulepszonego ogniwa. Co więcej, taką samą technikę można stosować na droższych, bardziej zaawansowanych ogniwach.
      Zastosowanie wirusów i nanorurek ułatwia elektronom w ogniwie dotarcie do kolektora. Wirusy mają dwa zadania. Po pierwsze przyczepiają do nanorurek peptydy, które utrzymują je z dala od siebie. Każdy z wirusów może utrzymywać od 5 do 10 nanorurek, z których każda jest przytwierdzona około 300 molekułami. Ponadto wirusy są wykorzystywane w procesie pokrywania nanorurek dwutlenkiem tytanu, głównym składnikiem ogniw DSSC.
      Co ciekawe, jeden wirus może spełniać obie funkcje, a przełączanie pomiędzy poszczególnymi zadaniami jest regulowane za pomocą zmian kwasowości środowiska w którym odbywa się cały proces.
      Wirusy ułatwiają też rozprowadzanie nanorurek w wodzie, co pozwala na wykorzystywanie w produkcji ogniw taniej metody z użyciem roztworów wodnych przebiegającej w temperaturze pokojowej.
      Profesor Prashant Kamat z Notre Dame University mówi, że już wcześniej próbowano wykorzystać nanorurki do ulepszenia ogniw słonecznych, jednak uzyskiwano minimalne zwiększenie ich wydajności. Tymczasem prace uczonych z MIT-u są „imponujące".
      Prawdopodobnie zastosowanie wirusa umożliwiło lepsze połączenie nanocząstek TiO2 z nonarurkami. Ścisłe ich połączenie jest niezbędne do szybkiego i efektywnego transportu elektronów" - mówi uczony.
      Przypomina, że ogniwa DSSC są już sprzedawane w Korei, Japonii i na Tajwanie, a tak znaczące zwiększenie ich wydajności z pewnością zainteresuje przemysł. Tym bardziej, że zastosowanie nowej techniki wymaga dodania do procesu produkcyjnego tylko jednego, prostego procesu, zatem linie produkcyjne będzie można przystosować doń szybko i niedrogo.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Rice University powstał polimer, który wzmacnia się pod wpływem obciążenia. Wykazuje zatem właściwości podobne do kości czy mięśni, które ulegają wzmocnieniu wskutek regularnego używania.
      Odkrycia właściwości polimeru dokonał Bren Carey badając materiał stworzony w laboratorium profesora Pulickela Ajayana. Zadaniem Careya było sprawdzenie, jak poli(dimetylosiloksan) wzbogacony pionowo ułożonymi wielościennymi nanorurkami reaguje na wielokrotne obciążenia. Ku swojemu zdziwieniu odkrył, że nie dochodzi do zużycia materiału, ale do jego wzmocnienia. Młody magistrant poddał polimer próbie polegającej na ściskaniu go pięć razy w ciągu sekundy. Po ośmiu dobach i 3.500.000 ściśnięć okazało się, że polimer jest o 12% bardziej wytrzymały niż był przed badaniem.
      Naukowcy od dawna wiedzą, że pod wpływem deformacji metale mogą zwiększać swoją wytrzymałość wskutek zmian w ich strukturze krystalicznej. Dotychczas jednak polimery, zbudowane z długich łańcuchów, nie zachowywały się w ten sposób. Uczeni z Rice nie wiedzą jeszcze, dlaczego ich materiał stał się bardziej wytrzymały.
×
×
  • Create New...