211service.com
Sūkļa rokasgrāmata nanomontāžai
Viens no pastāvīgajiem nanotehnoloģiju mērķiem ir viegli un lēti izveidot augstas veiktspējas materiālus, kas strukturēti nanomērogā. Un viena no daudzsološākajām stratēģijām ir mēģināt atdarināt dabas ievērojamo spēju patstāvīgi montēt sarežģītas formas ar nanomēroga precizitāti. Tagad pētnieki no Kalifornijas Universitātes Santa Barbarā (UCSB), izmantojot no jūras sūkļiem iegūtas norādes, ir izstrādājuši metodi pusvadītāju materiālu sintezēšanai ar noderīgām struktūrām un jaunām elektroniskām īpašībām. Pirmie pielietojumi varētu būt veidi, kā izgatavot materiālus jaudīgākām baterijām un ļoti efektīvām saules baterijām par zemāku cenu.
Šī stikla struktūra, ko veido jūras sūkļu suga, palīdzēja zinātniekus pētīt šādus organismus, lai uzzinātu, kā viegli salikt sarežģītas nanomēroga struktūras. (Ar Džeimsa Vīvera un Daniela E. Morsa pieklājību, Kalifornijas universitāte, Santabarbara.)
Mēs piekļūstam struktūrām, kas dažos gadījumos nekad iepriekš nebija sasniegtas. Un dažos gadījumos mēs atklājam elektroniskas īpašības, kas nekad iepriekš nebija zināmas šai materiālu klasei, saka Daniela morse , UCSB molekulārās ģenētikas un bioķīmijas profesors, kurš vadīja projektu. Metode darbojas ar ļoti dažādiem materiāliem. Viņš saka, ka līdz šim grupa ir izgatavojusi 30 dažādu veidu oksīdus, hidroksīdus un fosfātus.
[ Noklikšķiniet šeit, lai skatītu uz dabas balstītu nanomēroga materiālu attēlus.]
Mūsdienu saules baterijas un baterijas daļēji kavē to ierobežotā spēja transportēt elektriskos lādiņu nesējus, piemēram, elektronus un pozitīvos jonus, aktīvajos materiālos un no tiem. Viens no sasniegumiem, kas varētu palīdzēt, ir materiāla virsmas laukuma palielināšana, tajā pašā laikā saglabājot plānas plēves struktūru, ko var viegli iekļaut kā elektrodu slāni ierīcē.
Morse un viņa kolēģi sāka savu pētījumu, pētot metodes, ko izmanto jūras sūkļi, lai izveidotu sarežģītus stikla skeletus, ko sauc par spikulām (skatiet ilustrāciju). Viena veida sūklis rada cilindru, kas izskatās tā, it kā tas būtu izgatavots no austām stikla šķiedrām, lai gan tas vispār nav austs, bet gan salikts molekulā pa molekulai, lai izveidotu struktūru.
Jo īpaši pētnieki pētīja sūkļa veidu, kas veido sīkas stikla adatas. Viņi atklāja, ka gēni, kas ir atbildīgi par stikla struktūrām, kodē fermentus, kas kalpo gan kā struktūras fiziska veidne, gan katalizators molekulāro prekursoru montāžai vajadzīgajā materiālā.
Zinātnieki izstrādāja sintēzes metodi, kas izmanto dabiskās montāžas metodes pamatprincipus: lēnu katalīzi un fiziskas veidnes izmantošanu. Viņi atklāja, ka spēj salikt ne tikai stiklu, bet arī dažādus pusvadītāju materiālus, kas varētu būt noderīgi ierīcēs.
Metode sākas ar molekulāro prekursoru šķīdumu. Pēc tam pētnieki pakļauj šķīdumu amonjaka tvaikiem, kas, lēnām izkliedējoties šķīdumā, darbojas kā katalizators. Materiāla fiziskā veidne ir šķīduma virsma. Uz šīs virsmas, kur tvaiku koncentrācija ir vislielākā, materiāls veido plānu plēvi.
Sākumā kristāli veidojas uz [virsmas], bet ar laiku tie sāk projicēt šķīdumā kā stalaktīti, kas aug no alas jumta, saka Mors. Galu galā jūs iegūstat nanostrukturētu plānu pusvadītāju plēvi ar ļoti lielu virsmas laukumu, jo visas izvirzītās plānās plāksnes vai adatas tiek izvirzītas šķīdumā.
Metode darbojas zemā temperatūrā, aptuveni istabas temperatūrā, savukārt parastajām pusvadītāju plānu kārtiņu izgatavošanas metodēm ir nepieciešama augsta temperatūra - 400 grādi pēc Celsija, stāsta Morse. Tam nav nepieciešamas arī bieži lietotas skarbas skābes un bāzes. Papildus tam, ka process kļūst lētāks un vienkāršāks, vieglie apstākļi var radīt ierīces, kurās ir iekļauti materiāli, kurus nebūtu iespējams izmantot ar parastajiem procesiem. Dažreiz, piemēram, materiālus, ko var izmantot ierīcē, ierobežo augstās temperatūras, ko izmanto materiālu izgatavošanai. Ja jūs varat tos visus pagatavot istabas temperatūrā, iespējams, varēsiet tos dopingēt ar dopingiem, kurus parasti nevarētu lietot augstā temperatūrā, saka. Andžela Belčere , materiālu zinātnes un inženierzinātņu un bioloģijas inženierzinātņu profesors MIT, kuram Morzes darbs šķiet ļoti aizraujošs.
Galu galā atlīdzība no Morzes darba, pētot bioloģiskos mehānismus, var būt vairāk nekā jaunas plānas plēves, saka Aravinda Kini , ASV Enerģētikas departamenta materiālu zinātnes un inženierzinātņu programmu vadītājs. Lai gan pašreizējais process darbojas tikai plānām plēvēm, turpmāka izpratne par sūkļu katalīzes un šablonu metodēm kādu dienu varētu ļaut izgatavot sarežģītas mašīnu daļas, savienojot molekulas. Tas joprojām ir sapnis, bet iedomājieties, ka lidmašīnas dzinēja lāpstiņa tiek samontēta no apakšas uz augšu, bez defektiem, bez jebkādām ļoti dārgām ražošanas metodēm, viņš saka. Tas ir iespējams. Tas ir tas, par ko cilvēki sapņo.
Mājas lapas attēlu sniedza Kristian Roth, Birgit Schwenzer un Daniel E. Morse, Kalifornijas Universitāte, Santa Barbara.