Архив рубрики ‘ Нанотрубки

В работе американских ученых под руководством Джона Харта (John Hart) из Массачусетского технологического институт представлен новый способ управляемого перемещения микро- и наночастиц, основанный на эффекте электроадгезии  нанотрубок, то есть изменения силы сцепления нанотрубок и частиц в зависимости от приложенного электрического напряжения. Этот принцип позволяет работать как с металлическими, так и с диэлектрическими телам, а технологическое применение метода на его основе может привести к дальнейшей миниатюризации электроники, так как в данный момент этот процесс сдерживается, в том числе, сложностью уменьшения роботизированных захватов, пишут авторы в журнале Science Advances

Современные электронные устройства состоят из огромного количества крошечных элементов, которые с высокой точностью необходимо разместить в нужных местах на плате. Сегодня миниатюризация компонентов достигла масштаба крупинок муки. Например, самые современные светодиоды для дисплеев могут быть до нескольких микрон в размере.

Во многих случаях эти детали перемещаются специальными механическими или вакуумными захватами. Однако по мере сокращения размеров устройств данные способы удержания становятся все менее эффективными, так как в микромире гравитация убывает с уменьшением тел быстрее, чем поверхностные силы Ван-дер-Ваальса. В результате механические микроманипуляторы не справляются самостоятельно с размещением деталей на расчетных местах и нуждаются в дополнительном усилии, которым обычно является адгезия подложки.

В работе американских ученых под руководством Джона Харта (John Hart) из Массачусетского технологического института описан способ управления адгезией подложки, состоящей из неплотного леса покрытых диэлектрической керамикой углеродных нанотрубок. Созданное авторами на основе данного принципа устройство позволяет манипулировать объектами размером вплоть до 20 нанометров.

Приложение электрического напряжения временно поляризует диэлектрическую оболочку нанотрубок, что увеличивает адгезию, за которую в данном случае отвечает электростатика, более чем стократно. В результате лес нанотрубок, который в норме примерно в 40 раз менее «липкий», чем большинство других твердых тел, образует в разы более сильную связь при приложении 30 вольт. Соответствующая измеренная в эксперименте сила для площадки 200 на 200 микрон составила 2,3 микроньютона. Снятие напряжения вызывало резкое уменьшение адгезии. Продемонстрированный размер захватываемых частиц намного меньше возможностей современных механических манипуляторов, которые с трудом справляются с перемещением тел менее 50 микрон. Также ученые отмечают, что эффект электроадгезии уже используется в некоторых промышленных технологиях для перемещения крупных объектов, таких как ткани или кремниевые пластины. Однако этот принцип никогда ранее не применялся для микроскопических тел. Ранее этот же коллектив ученых продемонстрировал печать электронных схем с использованием нанотрубок. Также физики раскрыли «двуличность» углеродных нанотрубок и смогли их охладить постоянным током до квантового режима.

N + 1, S. Kim et al  Science Advances, 2019

Хиральность нанотрубок можно регулировать

Молекулы поверхностно-активного

вещества, адсорбированные на

поверхности одностенной

углеродной нанотрубки

 

При производстве нанотрубок в качестве конечного продукта получается смесь наноструктур с различной хиральностью, т.е. с различными электрическими свойствами. Но для формирования наноустройств необходимо выделять нанотрубки только одной хиральности. При помощи компьютерного моделирования исследователи из США доказали, что поверхностно-активные вещества могли бы помочь выделить нанотрубки с каким-то определенным набором свойств, т.е. с одной определенной хиральностью.

Одностенные углеродные нанотрубки можно представить как листы графена (одноатомного слоя углерода с гексагональным кристаллическим строением), свернутые в трубку диаметром около 1 нм. Относительная ориентация шестигранников, формирующих кристаллическую решетку стенки нанотрубки, и ее пространственной оси определяет такое свойство, как хиральность нанотрубок. В общем случае хиральностью объекта в физике называется отсутствие симметрии относительно зеркального отображения объекта. В случае с нанотрубками хиральность определяет электронные свойства, т.е., в конечном счете, позволяет отнести нанотрубку по своим свойствам к металлам или полупроводникам.

На сегодняшний день разработано множество способов получения нанотрубок. Но большинство из них позволяет выращивать нанотрубки «случайным» образом, т.е. не позволяет контролировать их хиральность на стадии производства. Благодаря высокой площади поверхности и свойствам транспорта электрического заряда одностенные углеродные нанотрубки идеальны для множества практических применений, таких как создание сверх-чувствительных миниатюрных датчиков или транзисторов. Читать запись полностью »

Группа исследователей из США разработала новую структуру керамического материала, обладающую сверхнизкой плотностью, наряду с высокой прочностью и способностью поглощать механическую энергию. Также новый материал отличается способностью восстанавливать свою первоначальную форму после сжатия, при котором деформация превышает 50%. Предыдущие работы ученых уже продемонстрировали, что наноструктурированные керамические материалы прочнее и жестче, чем обычная объемная керамика. Однако хрупкость этих материалов до сих пор не позволяла широко их применять.

Группа ученых из Калифорнийского Технологического Института (California Institute of Technology)  (США) создала новый материал, собрав нанотрубки из окиси алюминия в объемную структуру, которая широко используется при реализации крупномасштабных строительных проектов.

Речь идет о связках нанотрубок в виде ферм, содержащих пять и более треугольных блоков. Для своей работы ученые выбрали структуру, состоящую из восьми треугольников, поскольку нанотрубки в решетке с такой геометрией при деформации испытывают по большей части растяжения и сжатия, а не изгибаются (есть несколько публикаций, описывающих процесс сжатия слоев подобной структуры при деформации, на которые ученые опирались при подготовке эксперимента).

Эксперимент проводился с конструкциями из алюминиевых нанотрубок с толщиной стенки от 5 до 60 нм и диаметром от 0,45 до 1,38 мкм. Ширина элементарной ячейки созданной ими решетки при этом варьировалась от 5 до 15 мкм. Эксперименты по сжатию конструкции проводились в инденторе для определения предела текучести и модуля Юнга под возвоздействием периодической нагрузки. Читать запись полностью »

 

Для исследования магнитных моментов молекулярных магнитов впервые были использован механический осциллятор из нанотрубок. Этого успеха добилась совместная исследовательская группа из Франции и Германии. Полученные результаты позволят дальнейшее продвижение в спинтронике, молекулярной электронике и квантовых вычислениях. Данные о микро и наномагнитах становятся все более востребованными в современной науке.

Сначала ученые из Института Neel во Франции создали резонатор из углеродных нанотрубок. Для этого сначала были построены платиновые электроды на небльшом расстоянии друг от друга. Затем с помощью химического осаждения из паровой фазы на вышеупомянутых платиновых электродах были выращены углеродные нанотрубки. По всей видимости, ученые подобрали оптимальные условия для работы для полученного механического осциллятора.

Далее ученые из Karlsruhe Institute of  Technology (Германия) и University of Strasbourg (Франция) определила, что характеристики  колебания осциллятора сильно зависит от магнитного момента молекул, добавленных к нанотрубкам при воздействии внешнего магнитного поля. Эти изменения, в свою очередь, приводят к варьированию тока, проходящего через нанотрубки. Колебания нанотрубки, как пишут авторы, могут использоваться для определения спина отдельных атомов в молекуле. Читать запись полностью »

Нанопористые материалы, такие как силикагель или оксид алюминия, востребованы в самых разных отраслях, не обладая при этом какими-то особыми талантами вроде проводимости или светочувствительности. Оксид алюминия — типичный изолятор, а для создания, например, эффективных солнечных батарей необходим полупроводник — скажем, оксид титана. К сожалению, получение последнего в форме нанотрубок или наностержней традиционными методами слишком затратно, что отражается не только на стоимости новых технологий, но и на скорости их развития.

Группа под руководством профессора Латики Менон (Latika Menon) из Северо-Западного университета (США) разработала простой, дешёвый и экологичный метод получения материала, представляющего собой плотно уложенные полые нанотрубки титана. Читать запись полностью »

Нанотрубки удалось свить в макронить

Волокно, близкое по диаметру к человеческому волосу, выглядит как единое целое

Американским учёным удалось разработать новую  технологию 

проиизводства   крупных объектов из углеродных   нанотрубок,

пригодных для плетения сверхпрочных и электропроводных нитей.

«Мы создали волокно из нанотрубок со свойствами, которыми не обладает ни один материал, — рассказывает руководитель исследовательской группы Маттео Паскуали (Matteo Pasquali) из Университета Райса(США). — Его нить похожа на обычную хлопчатобумажную нитку чёрного цвета, но при этом совмещает в себе свойства металлических проводов и прочных углеродных трубок». Читать запись полностью »

Прозрачные пленки из нанотрубок

Для производства гибких компьютерных мониторов нужны такие электронные компоненты, которые были бы и электропроводящими, и гибкими,  и прозрачными.

       Исследователи из Университета Флориды (США) и ученые из венгерской академии наук разработали технологию гибких прозрачных пленок из однослойных нанотрубок. При этом пленки являются электропроводящими. Прозрачные и гибкие дисплеи на основе нанотрубок могут использоваться в компьютерной технике, инфракрасных камерах, мобильных телефонах, электронной бумаге и т.д.

      Технология изготовления пленок проста: исследователи погрузили нанотрубки в жидкость, а затем профильтровали раствор на специальном мембранном фильтре,

который потом растворили. В итоге получилась пленка, состоящая из электропроводящих нанотрубок и гибкого пластикового субстрата.

    Читать запись полностью »