211service.com
Nano surinkimo kempinės vadovas
Vienas iš nuolatinių nanotechnologijų tikslų yra lengvai ir nebrangiai sukurti aukštos kokybės medžiagas, struktūrizuotas nano mastu. Ir viena iš perspektyviausių strategijų yra bandymas imituoti nuostabų gamtos gebėjimą savarankiškai surinkti sudėtingas formas nanoskalės tikslumu. Dabar Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje (UCSB) mokslininkai, naudodamiesi įkalčiais, gautais iš jūrinių kempinių, sukūrė naudingų struktūrų ir naujų elektroninių savybių puslaidininkių medžiagų sintezės metodą. Pirmieji pritaikymai galėtų būti būdai, kaip gaminti medžiagas galingesnėms baterijoms ir labai efektyviems saulės elementams už mažesnę kainą.
Ši stiklo struktūra, sudaryta iš jūrinių kempinių rūšių, padėjo įkvėpti mokslininkus tirti tokius organizmus, kad jie išmoktų lengvai surinkti sudėtingas nanoskalės struktūras. (Džeimso Weaverio ir Danielio E. Morse, Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje, sutikimu.)
Mes pasiekiame struktūras, kurios kai kuriais atvejais niekada nebuvo pasiektos anksčiau. Ir kai kuriais atvejais mes atrandame elektroninių savybių, kurios niekada anksčiau nebuvo žinomos tai medžiagų klasei, sako Danielio Morse , UCSB molekulinės genetikos ir biochemijos profesorius, vadovavęs projektui. Metodas veikia su įvairiomis medžiagomis. Pasak jo, iki šiol grupė pagamino 30 skirtingų oksidų, hidroksidų ir fosfatų rūšių.
[Spustelėkite čia, jei norite pamatyti gamtos pagrindu pagamintų nanomastelio medžiagų vaizdus.]
Šiandienos saulės elementus ir baterijas iš dalies stabdo ribotas jų gebėjimas pernešti elektros krūvininkus, tokius kaip elektronai ir teigiami jonai, į aktyvias medžiagas ir iš jų. Vienas iš pažangų, kuris galėtų padėti, yra padidinti medžiagos paviršiaus plotą, tuo pačiu išlaikant plonos plėvelės struktūrą, kurią galima lengvai įtraukti kaip elektrodo sluoksnį įrenginyje.
Morse ir jo kolegos pradėjo savo tyrimus tyrinėdami metodus, kuriuos jūrinės kempinės naudoja sudėtingiems stiklo skeletams, vadinamiems spicules, gaminti (žr. iliustraciją). Vienos rūšies kempinė gamina cilindrą, kuris atrodo taip, lyg būtų pagamintas iš austo stiklo pluošto, nors jis visai neaustas, o surenkama molekulė po molekulės, kad būtų sukurta struktūra.
Visų pirma, mokslininkai ištyrė kempinės tipą, iš kurio susidaro mažytės stiklo adatėlės. Jie nustatė, kad už stiklo struktūras atsakingi genai koduoja fermentus, kurie yra ir fizinis struktūros šablonas, ir kaip katalizatorius molekuliniams pirmtakams surinkti į norimą medžiagą.
Mokslininkai sukūrė sintezės metodą, kuriame naudojami pagrindiniai natūralaus surinkimo metodo principai: lėta katalizė ir fizinio šablono naudojimas. Jie išsiaiškino, kad gali surinkti ne tik stiklą, bet ir įvairias puslaidininkines medžiagas, kurios gali būti naudingos įrenginiuose.
Metodas prasideda nuo molekulinių pirmtakų tirpalo. Tada mokslininkai tirpalą paveikia amoniako garais, kurie, lėtai difunduodami į tirpalą, veikia kaip katalizatorius. Fizinis medžiagos šablonas yra tirpalo paviršius. Šiame paviršiuje, kur garų koncentracija didžiausia, medžiaga sudaro ploną plėvelę.
Iš pradžių kristalai formuojasi [paviršiuje], bet laikui bėgant jie pradeda išsiskirstyti į tirpalą kaip stalaktitai, augantys nuo urvo stogo, sako Morse. Gaunate nanostruktūrinę ploną puslaidininkio plėvelę, kurios paviršiaus plotas yra labai didelis dėl visų išsikišančių plonų plokštelių ar adatų, kurios išsikiša į tirpalą.
Metodas veikia žemoje, maždaug kambario temperatūroje, o įprastiems puslaidininkių plonų plėvelių gamybos metodams reikalinga aukšta temperatūra – 400 laipsnių Celsijaus, sako Morse. Taip pat nereikia dažnai naudojamų stiprių rūgščių ir bazių. Be to, kad procesas tampa pigesnis ir lengvesnis, dėl švelnių sąlygų gali atsirasti įrenginių, kuriuose yra medžiagų, kurių būtų neįmanoma naudoti atliekant įprastinius procesus. Kartais, pavyzdžiui, medžiagas, kurias galima naudoti įrenginyje, riboja aukšta temperatūra, naudojama medžiagoms gaminti. Jei galite juos visus pagaminti kambario temperatūroje, galbūt galėsite juos sumaišyti su priedais, kurių paprastai negalėtumėte naudoti esant aukštai temperatūrai, sakoma. Angela Belcher MIT medžiagų mokslo ir inžinerijos bei biologijos inžinerijos profesorius, kuriam Morse'o darbas labai įdomus.
Galiausiai, Morse'o darbo, tiriančio biologinius mechanizmus, nauda gali būti daugiau nei naujos plonos plėvelės, sakoma. Aravinda Kini , JAV Energetikos departamento medžiagų mokslo ir inžinerijos programų vadovas. Nors dabartinis procesas veikia tik plonoms plėvelėms, geriau suprasti kempinių katalizės ir šablonų metodus vieną dieną gali būti įmanoma pagaminti sudėtingas mašinų dalis sujungiant molekules. Tai vis dar svajonė, bet įsivaizduokite, kad orlaivio variklio mentė surenkama iš apačios į viršų, be jokių defektų, be jokių labai brangių gamybos būdų, sako jis. Štai kas įmanoma. Apie tai žmonės svajoja.
Pagrindinio puslapio vaizdas suteiktas Kristian Roth, Birgit Schwenzer ir Daniel E. Morse iš Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje.