Научные и прикладные исследования в сфере нано- материалов и технологий ( НМ и НТ), области вычислительной техники проводятся широким фронтом во всем мире и РФ не является исключением. Известный закон Мура показывает, что люди практически исчерпали возможности полупроводниковых материалов, и носителей информации на которых базируется электронная техника. Рост быстродействия вычислений за счет уменьшения элементов и увеличения их количества на единице площади подошел к своему физическому пределу.
Специалисты это понимают и предпринимают определенные попытки для сохранения темпов развития цивилизации. Разыскивают и создают новые материалы, физические принципы, разрабатывают теории, позволяющие находить выход из приближающегося кризиса. Но их мало и возможности их ограничены. Дело не только в финансах и отсутствии новых перспективных теорий. Огромное значение приобретает этическая сторона, что мы уже видим в биологических исследованиях, в искусственном интеллекте и других направлениях. (Кодекс этики ИИ и всеобщая декларация о биоэтике и правах человека и др.)
Оказалось, что эта сфера очень слабо разработана и предпринимаемые меры оказываются без четкого обоснования, а часто сильно запаздывающими.
В предлагаемой публикации автор касается всего лишь одной сферы деятельности людей, связанной с вычислениями и вычислительными средствами. (см. здесь).
Нанотехнологии
Технология манипуляции объектами
Новости
Нано-спагетти: волокна в 200 раз тоньше человеческого волоса
Одним из самых распространенных природных полимеров является крахмал. Нановолокна, сделанные из него, используются растениями для хранения избытка глюкозы. Воссоздать нечто подобное, учитывая масштабы и физико-химические свойства, крайне сложно. Тем не менее ученым из Университетского колледжа Лондона (Великобритания) все же удалось создать волокна из крахмала, толщина которых примерно в 200 раз меньше толщины человеческого волоса. Как именно ученые создавали «нано-спагетти», какие у него свойства, и где может применяться данная разработка? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.
Как создаются нанометки и зачем они нужны
Химики Санкт-Петербургского государственного университета создали наномаркеры, с помощью которых можно наносить невидимые метки на товары и различные металлические предметы. Эта разработка поможет защитить ценные изделия от незаконного копирования и помешать появлению контрафакта на рынке металлов. Нанометки были разработаны под руководством постдока СПбГУ Дарьи Мамоновой в рамках гранта Российского научного фонда. О том, как работают наномаркеры, рассказала один из авторов разработки, доктор химических наук, профессор СПбГУ (кафедра лазерной химии и лазерного материаловедения) Алина Маньшина.
Инъекция наночастиц и бляшки в артериях
Одна из самых причин смерти – это проблема с сердечно-сосудистой системой. Но задолго до момента смерти проблема с кровотоком значительно отравляет жизнь, снижая когнитивные способности и подтачивая общую выносливость организма. Новые наночастицы призваны улучшить состояние организма.
Истории
Дайджест научпоп-новостей за неделю, о которых мы ничего не писали
• Смерть массивной звезды от чёрной дыры стала крупнейшим и ярчайшим событием своего рода
• НАСА впервые продемонстрировало в космосе «ультрахолодный» квантовый датчик
• Учёные создали материал, способный измерять температуру наноразмерных объектов
• Данио-рерио используют удивительную стратегию для восстановления спинного мозга
• Учёные-любители заметили объект, движущийся со скоростью 1,5 миллиона км/ч
Колонизация: как нагреть Марс
Огромное желание некоторых индивидов колонизировать Марс может казаться безумным, особенно учитывая множество факторов, никак не способствующих нормальной жизни на красной планете. Одной из таких проблем является температура, которая на поверхности Марса колеблется от +20 °C до -153 °C. Также известно, что треть поверхности Марса имеет неглубоко залегающий H2O, однако из-за температуры этот ресурс бесполезен, грубо говоря. Потому ученые со всего света начали задумываться над тем, как нагреть Марс. Некоторые идеи довольно эффективны на бумаге, но их реализация требует как инфраструктуры, так и материалов, коих нет на Марсе. А вот ученые из Чикагского университета (Чикаго, США) предложили метод, в котором будут использоваться родные для красной планеты компоненты на наномаштабе. В чем заключается суть метода, как он работает, и насколько высока его эффективность? Ответы на эти вопросы мы узнаем из доклада ученых.
Движущая сила звука: манипулирование движением объекта в динамической среде
Одной из самых банальных задач является перемещение объекта из точки А в точку Б. Все становится намного сложнее, когда речь заходит об объектах микрометрового масштаба, а физическое контактирование с ними фактически невозможно. Группа ученых из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) разработали новую методику, позволяющую направлять траекторию движения объекта с помощью звуковых волн, при этом избегая контакта с препятствиями в динамических средах. Какие принципы легли в основу данной методики, что показали практические опыты, и где может применяться такая технология? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.
Шахматная доска: самосборка наноскопических структур
Современная наука обладает множеством возможностей, которые используются для достижения множества целей. Порой они противоречат друг другу, но это лишь на первый взгляд. Некоторые исследования нацелены на достижение максимального контроля над системой, другие же пытаются достичь выполнения поставленной цели самой системой с минимальным вмешательством со стороны человека. И те, и другие необходимы для упрощения какого-либо процесса с параллельным увеличением его производительности. Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) создали систему наноскопических элементов, способных самостоятельно собираться в структуры шахматной доски при контакте с водой. Какие принципы стали фундаментом для данного исследования, в чем были сложности реализации, и какое практическое применения у созданной системы? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.
Вакуумные струйные насосы: устройства простые на вид, но таинственные по физике работы
Струйные насосы-эжекторы
В статье про тепловые узлы домов уже рассматривался элеваторный узел как вариант использования водоструйного насоса с приводом от напора тепловых сетей.
Элеватор вовсе не уникальное устройство, а лишь одна из версий применения широко известного семейства «струйных насосов».
Такими струйными насосами могут быть как водо-водяные, так и водо-газовые, газо-водяные или газо-газовые насосы. (см.рис.1.)
Дайджест научпоп-новостей за неделю, о которых мы ничего не писали
• Радость спорта: Как просмотр спортивных состязаний может улучшить самочувствие
• В процессе изучения самого мощного космического взрыва за всю историю наблюдений астрономы столкнулись с неожиданностью
• Исследователи разработали растягивающийся дисплей на квантовых точках
• Первая в природе фрактальная молекула собирается в треугольник Серпинского, и мы не знаем почему
• Обнаружена новая странная форма золота в виде листа толщиной в один атом
Лист золота толщиной один атом
Химические и физические свойства материалов могут меняться в ответ на воздействие тех или иных факторов. К ним могут относиться как внешние (температура среды, приложенное давление, направленное излучение и т. д.), так и внутренние. К таковым относится и габариты, а точнее толщина данного материала. Ученые очень долго пытались создать лист золота толщиной в один атом, так как такой лист будет обладать рядом полезных свойств, которые не присущи трехмерному «куску» золота. Однако успеха в этом начинание не было до сего дня. Ученые из Линчепингского университета (Швеция) смогли наконец то создать одноатомный лист золота. Как именно им это удалось, какими свойствами обладает новый материал, и в каких отраслях он может быть использован? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.
Материалы будущего: текучие метазерна
Одной из важнейших задач современной науки является создание материалов, химические и/или физические свойства которых будут легко поддаваться настройке в зависимости от выбранных для них целей применения. Особый интерес вызывают гранулированные материалы, такие как песок. В зависимости от различных факторов гранулированные материалы обладают множеством интересных свойств. Ученые из Амстердамского университета (Нидерланды) разработали новый тип гранулированных материалов, свойства текучести и сжимаемости которых легко поддаются настройке. Из чего сделаны эти гранулы, какими именно свойствами они обладают, и где могут быть применены на практике? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.
Наноразмерные кассетные бомбы, применяемые в онкологии
Одними из самых жутких и одновременно эффективных изобретений нашей цивилизации являются кассетные боеприпасы и химиотерапия. На английском языке кассетные боеприпасы называются «cluster munition» или «cluster bomb». Именно с кассетными боеприпасами сравнивается удивительный класс противораковых препаратов, которые разрабатываются с начала XXI века. Это капсулы, которые собирают нанотехнологическим методом, начиняют активным веществом, доставляют к опухоли и дистанционно подрывают (например, при помощи ультразвука). Этот терапевтический подход практически не рассмотрен на Хабре (не считая одной новости, опубликованной уважаемым @SLY_G а в настоящее время всё более причудливо сочетает нанотехнологии с биотехнологией и генной инженерией. Рассмотрим его подробнее.
Ближайшие события
Цикадка-невидимка: оптические свойства брохосом
Мир дикой природы часто становится источником вдохновения для ученых и инженеров как в наши дни, так и сотни лет тому назад. Попытки реплицировать то, на что у эволюции ушли тысячи лет, сопряжены с множеством сложностей, но это не убавляет энтузиазма ученых. Одним из основных источников природного вдохновения являются насекомые, что не удивительно, учитывая многочисленность данного класса животных, насчитывающего порядка миллиона видов. Ученые из университета штата Пенсильвания (США) уделили особое внимание цикадкам. Эти весьма распространенные насекомые хоть и кажутся весьма простыми на вид, но обладают удивительной особенностью — они выделяют и покрывают свое тело крошечными частицами (брохосомами), форма которых напоминает фуллерен. Что делает эти частицы уникальными, зачем они нужны цикадкам, и как они могут быть использованы человеком? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.
Наноразработка — как сейчас обстоят дела в сфере наноботов
В фильме «Бладшот» армия нанороботов в крови превращает главного героя в бессмертного суперсолдата, наделенного сверхсилой и способностью мгновенно самоисцеляться.
В фильме «Не время умирать» враждебные наноботы попадают в кровь Джеймса Бонда и заражают его вирусом.
В игре Fortnite инопланетные наноботы могут воссоздавать атмосферу планеты пришельцев.
А как обстоят дела с наноботами в реальной жизни? Во сколько оценивается мировой рынок? Какие интересные разработки предлагают компании? И главное, как всё начиналось и для чего?
Перспективы промышленного производства фуллеренов и нанотрубок
В июне 2021 года я затрагивал в этом блоге тему наступающего углеродного века – публиковал статьи «Очень крепкие мячики. Фуллереновый конструктор и другие заметки на заре углеродного века» и «Космический лифт. Как, зачем, из чего». Под статьёй о космическом лифте развернулась жаркая дискуссия со множеством критических замечаний (124 комментария), и меня особенно позабавил комментарий Алексея Журавкова @Alex_SLV: «Каждые 3 месяца приходит человек и пишет про космический лифт, думая, что такова уж точно не было, нанотехнологии!». Также очень проницателен был комментарий Сергея Соколова @kolu4iy: «Была у меня старая советская книжка, в которой этот аспект был затронут. И по подсчётам оказалось, что все, что летает на геостационарной орбите или ниже, обязано с данным лифтом встретится. А поскольку лифта ещё нет, а спутников там уже много — выбор человечества, собственно, уже сделан, и не в пользу лифта». Я же полагаю, что ни фуллереновые молекулярные клетки, ни кабели из нанотрубок до сих пор не стали технологической обыденностью именно из-за сложности промышленного получения фуллеренов заданной формы и нанотрубок макроскопической длины. При этом новейшие исследования подсказывают, что хорошим полуфабрикатом для таких структур могут послужить обычная сажа и пепел, получаемый при сжигании полициклических углеводородов в присутствии катализатора. Об этом поговорим под катом.
Срок службы мембраны планарных наушников 3 года?
Сегодня поговорим о важном - сроке службы мембраны планарных (изодинамических) наушников.
Нам часто задают вопросы о сроке службы планарных мембран.
Наноматериалы и нанотехнологии. Часть IV
В 1986 году в Австралии был открыт редкий биоминерал – медный оксолат кальция. Его назвали мулуит. В природе этот минерал связывают с деятельностью живых организмов. Он обнаружен в лишайниках на медьсодержащих минералах. Структура кристалла долгое время (почти 40 лет) не была достоверно определена. Получение кристаллов и расшифровка структуры мулуита оказалась задачей. Кристаллографам СПбГУ в лабораторных условиях удалось синтезировать кристаллы мулуита, пригодные для рентгеноструктурного анализа, и которые возможно подробно изучить на имеющемся оборудовании.
Медь является токсичным элементом, а образование нерастворимого мулуита может использоваться в технологиях биоремедиации (очистки почв и вод). Для очистки почвы от меди можно использовать микроорганизмы, продуцирующие оксолаты – производные щавелевой кислоты. В промышленности мулуит используется для получения наночастиц, в частности, оксида меди.
В предлагаемой публикации будет рассмотрена та основа, которая обеспечивает представление внутреннего устройства материи в форме кристалла (атомной структуры, решетки). Оказалось, на нашей планете физические законы таковы, что ограничивают разнообразие представителей мира кристаллов. Имеются в виду те 230 пространственных Фёдоровских кристаллографических групп, которым подчинены закономерности устройства вещества. Этот взгляд можно воспринимать как геометрическую интерпретацию пространства со всеми его свойствами, понимая, что структуры вещества диктуются не геометрией, а химией и физикой, энергиями материальных частиц и их взаимодействием.
При этом поражает насколько глубоко и адекватно человеческий разум предвидел такие структуры. При всей ограниченности возможностей инструментария людям удалось получить изображения того невидимого невооруженным глазом мира и убедиться в правильности своих представлений
Цель публикации в первую очередь образовательная, познавательная, популяризация науки, а также стремление привлечь в ряды исследователей, в науку приток новых молодых умов, вызвать в таких умах стремление к поиску ответов на возникающие вопросы. Масштабность темы требует ввести разумные ограничения.
Информационная ценность одноатомных магнитов
Ранее я рассматривал в этом блоге возможные варианты завершения или продолжения закона Мура. Эта тема активно обсуждается на Хабре и за его пределами. В частности, уважаемый Юрий Парфёнов @YuriParfenov опубликовал статью о законе Хуанга, который точнее, чем закон Мура, описывает развитие аппаратного обеспечения. Уважаемый Валерий Истишев @istishev в одной из статей 2021 года подробно описал, с какими нюансами закон Мура продолжает работать сегодня. Наиболее очевидный способ компенсировать замедление закона Мура — распараллелить вычисления, о чём, в частности, рассказывает уважаемый Александр Якубович @ragequit в этой статье. Но вместе с потребностью в увеличении вычислительных мощностей растёт и потребность в компактных хранилищах данных, обладающих высокой доступностью. Ниже мы рассмотрим, как в таком качестве могут помочь одноатомные магниты, и как сравнительно недавно научились их создавать.
Наноматериалы и нанотехнологии. Часть II
В предлагаемой вниманию читателей работе сосредоточимся на изложении вопросов образования (синтеза, создания) наноматериалов подходом («снизу‑вверх»), т. е. на сборке, самосборке и катализе. В макромире аналогичная задача синтеза изделий также решается при использовании подходов «снизу‑вверх» и часто «сверху‑вниз», но методы совершенно другие, которые перенести в наномир по ряду принципиальных причин не удается. Тем не менее, и в этой области специалисты не стоят на месте и находят со временем более совершенные решения. Имеются ввиду в первую очередь возможности 3D‑печати. Печать выполняется на подложке (англ. carrier или support), которая является инертным или малоактивным материалом, служащим для стабилизации на его поверхности частиц активной каталитической фазы.
Новинки в макромире интересны, но о них упомянем очень кратко на основе публикаций в печати. Главное внимание уделим наноснтезу наноматериалов. Важной стороной производства является масштабность и применимость в интересах хозяйственных отраслей.
Цель публикации в первую очередь образовательная, познавательная, популяризация науки, а также стремление привлечь в ряды исследователей, в науку приток новых молодых умов, вызвать в таких умах стремление к поиску ответов на возникающие вопросы. Масштабность темы требует ввести разумные ограничения.
Вклад авторов
Tiberius 2602.9Dmytro_Kikot 1082.0alizar 866.5ivansychev 442.8koreec 318.0anenkov_a 162.0obdiy 156.0popscience 139.0reactos 136.0Yermack 130.6