Нанотехнологиисегодня
Автор: Юрий Свидиненко Страница 2 из 3. Вернуться на первую страницу. Исследователи из университета Беркли во главе с Алексом Зеттлом (Alex Zettl) сконструировали действующий электростатический наномотор размером 500 нм. Ротор наномотора изготовлен из золота и закреплен на многослойной нанотрубке. Подшипники образованы двумя нанотрубками, вставленными одна в другую. Толщина ротора - 5–10 нм. Два заряженных статора, тоже золотых, расположены на кремниевой поверхности. Одним из неприятных сюрпризов стала невозможность точно измерить скорость вращения наномотора (по данным электронной микроскопии - не менее 30 оборотов в секунду). Исследователи считают, что наномотор можно заставить вращаться быстрее, увеличив частоту напряжения, поданного на электроды статора. Ротор и электроды статора были нанесены с помощью электроннолучевой литографии (после этого, разумеется, слой кремния под ротором удалили). Когда на электроды подавалось постоянное напряжение 50 В, ротор отклонялся на 20 градусов, а когда подавалось переменное напряжение, ротор производил маятникообразные движения, работая как осциллятор. Для транспортирования молекул и отдельных атомов к месту сборки ученые могут использовать уже созданный наноконвейер на основе нанотрубок. Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли трансформировали углеродные нанотрубки таким образом, чтобы получить конвейеры, способные транспортировать молекулярные объекты к микроскопическим линиям сборки. Это поможет в будущем развить автоматизированное молекулярное производство. Пропуская через нанотрубку слабый электрический ток, ученые добились перемещения отдельных частиц индия вдоль нанотрубки. Подобным образом работает автомобильный конвейер, перемещая сборочные части от одного рабочего места к другому. Результаты работы опубликованы в апрельском выпуске Nature. "Теперь мы не будем перемещать атомы один за другим, когда есть возможность использовать конвейер", - говорит Крис Реган (Chris Regan) из лаборатории материаловедения, соавтор исследования, в котором принимали участие также Ульрих Дамен (Ulrich Dahmen), Роберт Ричи (Robert Ritchie) и Алекс Зеттл.
Весной 2004 исследователям из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе удалось создать из органических молекул сложные молекулярные машины, которые были названы нанотехнологическими лифтами. Нанолифт состоит из молекулы-платформы, шахтой для которой является другая молекула. Плоская платформа соединена с тремя богатыми кислородом колечками. Шахта же имеет плоскую крышу и стоит на трех вертикальных прутиках, каждый из которых пронизывает одно из колец. Размеры конструкции - 2,5 нм в высоту и 3,5 нм в ширину. Кислотно-щелочная реакция используется, чтобы привести лифт в действие. Исследователи считают, что нанолифты могут применяться для управления химическими реакциями или же в качестве систем доставки лекарств. Пригодятся нанолифты также и при автоматизированной молекулярной сборке. Одновременно с этим исследователи из университета Нью-Йорка построили "шагающего" наноробота, использовав оригинальный принцип: робот поочередно то присоединяет свои "ноги", состоящие из фрагментов ДНК, к базовой молекуле ДНК, то отсоединяет их от нее, продвигаясь таким образом вперед. Создание подобного двигающегося наноустройства - один из серьезных прорывов в построении наносистем. Надриан Симэн (Nadrian Seeman) и Уильям Шерман (William Sherman), построившие ДНК-робота, говорят, что многие ученые до них пробовали создать движущиеся "двуногие" наноструктуры, но это первый успешный результат. Ранее Симэн уже удивлял мировое научное общество различными "поделками" из молекул ДНК: это и микроскопические пинцеты, и разнообразные трехмерные ДНК-структуры. Мобильные ДНК-роботы могут помочь в сборке более сложных наносистем: нанокомпьютеров, точных наноманипуляторов и нанороботов. Также ДНК-роботы, оснащенные наноманипуляторами, смогут оперировать отдельными молекулами и атомами, воплощая в жизнь главную задачу нанотехнологии. Как видим, за последнее время произошло немало открытий, ускоряющих развитие нанотехнологий. На очередной конференции Института предвидения в 2003 году Дрекслер сказал, что нанотехнологии сейчас развиваются гораздо быстрее, чем он ожидал. Поэтому не будет ничего удивительного, если уже через два-три года нанотехнологии начнут пользоваться повышенным спросом на мировом рынке. Тем более что первые продукты, полученные с их помощью, уже есть в продаже. Электроника Нанотрубки, квантовые точки, кремниево-органические чипы становятся основой новых продуктов, многие из которых готовятся к выходу на рынок. Приведем несколько примеров уже существующих устройств, полученных с помощью нанотехнологий. В 2000 году был изготовлен ряд экспериментальных транзисторов на нанотрубках. Правда, как оказалось, полученные транзисторы значительно уступают в скорости современным (количество циклов on/off - всего 105 в секунду, что обусловлено недостаточной мобильностью электронов в транзисторе). В 2004 году проблему отчасти решили, создав новое органическое покрытие, повышающее мобильность электронов. На поверхность нанотрубки нанесли специальный полимер - перхлорат/полиэтилен оксид (ППО). Если раньше надо было что-то придумывать для превращения нанотрубки в транзистор, то сейчас достаточно химическим методом нанести ППО на нанотрубку, и нанотранзистор готов! Также исследователи построили несколько пробных схем на основе нового транзистора. Им удалось произвести каскады нанотранзисторов длиной до 0,5 дюйма (длина каскада при этом ограничивается длиной нанотрубки; таким образом, в нанотранзисторе использованы нанотрубки максимальной длины, раньше этого достичь не удавалось). Развитие подобной технологии может привести к тому, что микросхемы и платы можно будет печатать на специальном принтере высокого разрешения, заправив его полотном из нанотрубок вместо бумаги. Тот же принтер напечатает и светодиодную матрицу, то есть фактически можно будет печатать компьютеры целиком. Из-за удобства применения в микроэлектронике сегодня все больше внимания уделяется пластиковым компьютерным микросхемам. Они могут лечь в основу гибких пластиковых мониторов, электронной бумаги, гибких ПК и т. д. Теоретически это довольно дешевая технология, однако до сих пор массовое производство таких устройств не налажено. Почему? Потому что пластик характеризуется низкой мобильностью электрических зарядов. Исследователи из Лабораторий Белла, университета Рутгерса и университета Иллинойса обнаружили, что ориентация кристаллических органических полупроводников, размещенных в пластике, играет большую роль в увеличении производительности транзисторов, выполненных на этой основе. Им удалось разработать простую технологию производства транзисторов из хрупкого органического материала на гибкой полимерной основе. Так была достигнута рекордная мобильность заряда для пластиковых гибких устройств.
Япония преуспела в создании гибких солнечных батарей и FOLED-дисплеев. FOLED - гибкий органический дисплей (Flexible Organic Light Emitter Display). Уже есть прототипы подобных устройств, и их изготовители утверждают, что они найдут массовое применение в следующем поколении мобильных телефонов, видеокамер и цифровых фотоаппаратов. Расскажем немного о дисплеях на основе нанотрубок. Углеродные нанотрубки - своеобразные цилиндрические молекулы диаметром примерно от половины нанометра и длиной до нескольких миллиметров. Рассмотрим матрицу из углеродных нанотрубок. Если на электроды подать напряжение соответствующей полярности, нанотрубка заряжается отрицательно, линии электрического поля вблизи заряженной нанотрубки искривляются и в окрестности острия нанотрубки напряженность поля становится огромной, причем тем больше, чем тоньше нанотрубка. Такое локальное поле может вырывать электроны из нанотрубки. Под действием внешнего поля летящие электроны формируются в пучок. Этот эффект называется автоэлектронной эмиссией.
|