Нанотехнологии

Физики из Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Стэнфордском университете провели уникальный эксперимент. Им удалось зарегистрировать движение отдельных атомов в монослое дисульфида молибдена MoS₂ толщиной три атома. Для съёмки использовалась так называемая «электрон-камера», в которой замеряется эффект сверхбыстрой дифракции электронов (ultrafast electron diffraction, UED).

Это первый эксперимент с применением UED-камеры. Поэтому смотреть анимацию с перемещением атомов за триллионные доли секунды слегка непривычно.

Учёные нашли способ превратить отходы кофе (кофейную гущу) в эффективный энергоноситель. После относительно простой обработки с помощью замачивания и нагревания кофейную гущу можно использовать для хранения метана.

В настоящее время сжатый метан принято хранить в баллонах под давлением. Это довольно опасный способ, учитывая взрывоопасность газа. Простая кофейная гуща выглядит как экологичная альтернатива. Правда, трудно будет найти кофейные отходы в промышленных масштабах. Может быть, когда-нибудь в будущем выжимку из выпитого кофе будут покупать у населения на пунктах сбора вторсырья, как сейчас собирают металлические отходы, стекло, макулатуру и ветошь.

Разделение воды и бензина

Учёные из Университета Южной Австралии разработали гидрофильное покрытие мембран для разделения нефти и воды, которое принципиально улучшает свойства фильтра и позволяет легко очищать его после использования.

Чем больше мусора выбрасывают жители Земли ежесекундно, тем приятнее встречать новости об изобретении нового способа сделать планету чище. Например, вовсю развивается проект по избавлению Мирового океана от пластика. Вот вам, кстати, видео в тему: кит просит рыбаков помочь ему с застрявшим в пасти пакетом:



Не менее страшные последствия имеет и нефть, разлитая по поверхности воды. Все помнят ужасающую аварию в Мексиканском заливе, где добывала нефть одна из крупнейших нефтегазовых гигантов, британская компания BP. В результате аварии по подсчётам экологов только птиц погибло более полумиллиона.

Учёные уже придумали, как уменьшить поверхность нефтяного пятна. Но после этого нефтяную плёнку всё равно необходимо убрать с поверхности воды. Для этого применяют несколько различных методов — разделение нефти и воды при помощи центробежных сил, фильтрация, адсорбция, механический сбор.

Существующие мембраны, разделяющие воду и нефть, делятся на два типа. Одни – гидрофобные и олеофильные, отталкивающие воду и пропускающие нефть. Но такие фильтры довольно быстро загрязняются нефтью, после чего их нужно либо очищать вредными химическими реагентами, либо использовать новые.

Другие, которые в настоящий момент получают всё больше признания, олеофобные – в смоченном водой состоянии они отталкивают нефть и свободно пропускают воду. Их недостаток – необходимость в аккуратном и полном смачивании перед использованием. Если нефть попадёт на сухой участок фильтра (а это может легко произойти при борьбе с нефтяным пятном), он покроется ею и потеряет свои полезные свойства, и его нужно будет чистить специальными моющими средствами.

Сегодня в 18-00 по Московскому времени в одном из самых авторитетных общенаучных журналов Nature выходит научная статья Ведущего Ученого в своей области и руководителя лаборатории «Моделирование и разработка новых материалов» Игоря Абрикосова «The most incompressible metal osmium at static pressures above 750 gigapascals»

Работа над исследованием велась более 2 лет, Игорь Абрикосов работал над теоретической частью научного исследования, в результате исследования были достигнуты качественные результаты. Данную работу Игорь Абрикосов без преувеличения называет научным открытием.



Мы предлагаем Вам ознакомиться с эксклюзивным русскоязычным пресс-релизом по научной статье, который Игорь Абрикосов предоставил специально НИТУ «МИСиС».

Схема работы

Исследователи из университета Райса обнаружили, что графен с добавлением наночастиц металла приобретает свойства металлов, и даже может работать как заменитель платины в качестве катализатора химических процессов.

Платина – основной катализатор, использующийся в топливных ячейках, которые превращают кислород и водород в электричество, выделяя воду. Проблема с ней только одна – её дороговизна. Стоимость платины не намного меньше стоимости золота.

Исследователи ещё в прошлом году обнаружили, что облучая полиимидовую плёнку из инфракрасного углекислотного лазера, можно получить пористый графен на полимерной подложке. Полученный материал они назвали laser-induced graphene (графен, полученный при помощи лазера), или LIG.

Впоследствии они смогли, обогатив полимерную плёнку бором, значительно увеличить электрическую ёмкость получаемого графена.

Наконец, они придумали смешать полимер с металлическими солями, используя кобальт, железо или молибден. После обработки такой плёнки в течение получаса лазером при температуре в 750 градусов Цельсия, они получили LIG с равномерно распределёнными по его площади металлическими частицами размера около 10 нм. Результирующий материал содержит около 1% металла.

Группа химиков из университета Джорджа Вашингтона под руководством профессора Стюарта Лихта разработала технологию для экономически выгодного преобразования атмосферного углекислого газа (CO₂) напрямую в дорогостоящие углеродные нановолокна, которые нужны для производства потребительских товаров и промышленных продуктов.

Техпроцесс действительно очень дешёвый: процесс идёт сам собой, получая энергию от солнечной установки. Энергозатраты на производство ($1000 за тонну, то есть доллар за килограмм) получаются в несколько сотен раз ниже текущей рыночной стоимости продукта. И главное, техника уже проверена: прототип собран и успешно работает.

Учёные добились сверхпроводимости при рекордно высокой температуре: 203 К, или -70°C. Для этого они использовали H₂S – сероводород, известный нам, в частности, по запаху тухлых яиц. Подвох в том, что этот газ становится сверхпроводящим, лишь будучи сжатым до гигантских давлений в 100 ГПа.

Учёным из Института химии им.Макса Планка в Германии (Михаил Ереметц (Mikhail Eremets), Александр Дроздов (Alexander Drozdov) и другие) пришлось сконструировать особую камеру для достижения подобных давлений. Сжатие в ней обеспечивают два алмаза, а электроды сделаны из титана с золотым покрытием.

Физика твёрдого тела уже давно стремится создать сверхпроводник, работающий при комнатной температуре. Такой материал сможет дать толчок новому витку технологического прогресса. К сожалению, найти подходящий материал оказалось очень трудно.

До экспериментов с сероводородом неплохие результаты показывали сверхпроводники на основе меди, которые работали при температурах порядка 133 К при атмосферном давлении, и достигали температур в 164 К при высоком. Но все теоретические расчёты указывают на то, что идеальным сверхпроводником был бы металл, полученный из водорода. К сожалению, такой металл получить крайне сложно. Зато можно попытаться получить металл на основе водородных соединений.

Исследователи из японского института RIKEN создали гидрогель, который меняет свою форму в зависимости от температуры. При этом структура геля делает деформацию направленной — он значительно изменяет свои линейные размеры лишь в одном направлении. Количество поглощённой гелем жидкости во время таких деформаций остаётся постоянным.



Обычные гидрогели известны тем, что они могут впитывать большое количество жидкости, в несколько раз превышающее их собственный вес. Впитывая жидкость, они равномерно увеличиваются в объёме, а для уменьшения им необходимо отдать её. И этот процесс занимает достаточно долгое время.

Полученный японцами необычный гидрогель работает, как искусственная мышца. При увеличении температуры он значительно растягивается в одном направлении, и слегка сжимается в других, сохраняя первоначальный объём. Квадратный образец становится прямоугольным, а изготовленный учёными уголок из этого материала бодро шагал по ровной поверхности.

Рады сообщить вам о том, что в рамках Открытого международного конкурса на получение грантов для поддержки научных исследований, НИТУ «МИСиС» занимается организацией новых лабораторий и поддержкой научных исследований в области новых научных направлений, проводимых под руководством ведущих ученых.

Ведущие ученые выигрывают гранты, целью которых является создание лабораторий и проведение научных исследований. Каждая лаборатория имеет свою уникальность: от метода разделения наночастиц магнетита до создания квантового компьютера. Некоторые лаборатории НИТУ «МИСиС» скрыты от прессы по разным причинам, таким как отсутствие должной презентабельности и узкая специализация. Тем не менее, все лаборатории НИТУ «МИСиС» занимаются приоритетными направлениями во всех областях научных исследований.

Мы постараемся представить вашему вниманию полную информацию практически обо всех новых лабораториях, которые были созданы международными ведущими учеными, выдающимися экспертами в своих областях. Мы подробно расскажем о жизни лаборатории, о том, какие задачи ставит научный коллектив, как проходит процесс исследования с запечатлением каждого этапа эксперимента или даже, возможно, как происходит научное открытие.

Intel и Micron Technology официально представили новую технологию энергонезависимой памяти 3D XPoint, которая совершит переворот на рынке вычислительных устройств. 3D XPoint способна увеличить (до 1300 раз) скорость работы устройств различного типа, приложений и сервисов, которым необходим быстрый доступ к большим объемам данным. Впервые за 26 лет память 3D XPoint позволяет создать принципиально новую категорию устройств для хранения данных, сменив технологию NAND.

Выращивание наноподложки

Американским учёным из Университета штата Аризона впервые удалось создать монолитный RGB-лазер. Испускающие свет элементы расположены на одной подложке наноразмера, и цвет выдаваемого луча можно свободно настраивать в широком диапазоне, в том числе получать и луч белого цвета.

Лазер (laser, light amplification by stimulated emission of radiation, «усиление света посредством вынужденного излучения»), преобразует энергию в когерентное монохроматическое (т.е. одноцветное) излучение. Существование эффекта вынужденного излучения предсказал ещё Эйнштейн в 1916 году, а первый лазер на основе кристалла искусственного рубина был сделан в 1960 году.

Отличительная особенность луча лазера – одна постоянная длина волны (или дискретный набор длин), или один конкретный цвет. То, что наш глаз воспринимает, как белый цвет – это ахроматический набор излучений с разными длинами волн, которые имеют равную мощность, поэтому белый лазер изготовить невозможно.

Зато можно комбинировать излучение нескольких лазеров с разными длинами волн. Если, к примеру, скомбинировать лазеры трёх основных цветов (красный, зелёный, синий — RGB), мы получим белый цвет. Лазерные установки, комбинирующие несколько лучей и выдающие разные цвета, широко используются в разных областях человеческой деятельности, включая даже лазерные шоу-программы. Но такие устройства никак не сделаешь достаточно маленькими для использования их в микроэлектронике.

Микробиологи из Каролинского медицинского института в Швеции научились автоматизировать процесс получения «ДНК оригами» – фигур заданной формы, которые получаются сворачиванием длинных нитей ДНК. Компьютерная симуляция позволяет быстро рассчитать необходимые действия для получения заданной фигуры. Это ещё один шаг к наносборке и созданию 3D-принтеров, работающих в нано-масштабе.

Идея о возможности сворачивать нити ДНК в нужные структуры появилась ещё в 1980-х годах. Текущий метод исполнения этой задачи разработали учёные из Калифорнийского технологического института. Для начала нужно взять длинную одиночную нить вирусного ДНК, к которой добавляют короткие нити, служащие скрепляющими «скобами». Скобы соединяются с длинной нитью предсказуемым образом, а их размещение для получения нужной формы просчитывается на компьютере.

Китайские и американские учёные создали электронную бумагу, которая способна создавать электрический ток от нажатий на неё. Из такого материала можно делать не требующие источника питания небольшие и гибкие экраны, интерактивные книги, реагирующие на нажатие протезы и охранные системы.

Инженеры давно интересуются возможностью изготовления гибких устройств. Существуют прототипы электроники, встроенной в одежду и даже гибких смартфонов. Недавно для изготовления гибких электронных компонентов и экранов инженеры обратились к нанобумаге. Такая бумага сделана из волокон целлюлозы длиною в несколько нанометров, в отличие от обычной бумаги, где длина волокон измеряется микрометрами. Такой состав материала делает его прозрачным и гладким – идеальной подложкой для различной электроники.

Но исследователи пошли ещё дальше и научились добывать из неё ток. Для этого они сделали сэндвич из двух листочков такой бумаги, покрытых углеродными нанотрубками. При этом один из листочков дополнительно покрыт тонкой (30 мкм) плёнкой из полиэтилена, которую подвергли действию сильного электрического поля, в результате чего она приобрела отрицательный заряд. После того, как два листочка соединяют вместе, оставляя небольшое пространство между ними, другой листочек становится положительно заряженным.

Портрет нанотранзистора

Немецким физикам совместно с японскими и американскими коллегами удалось, используя сканирующий туннельный микроскоп, создать миниатюрный транзистор, состоящий из одной молекулы и нескольких атомов. Малыш ведёт себя не совсем так, как его макроскопические аналоги, и может послужить важным шагом в создании наноустройств. Также он поможет фундаментальным исследованиям вопросов передачи электронов в молекулярных наноструктурах.

Обычные транзисторы – это элементы радиоэлектронных схем, которые делаются из полупроводникового материала. Транзистор имеет три вывода, и входной сигнал на управляющем контакте позволяет управлять электрическим током, проходящим через два других контакта. В молекулярном транзисторе ток оказывается чувствителен к переходам электронов между энергетическими уровнями.

Предыдущие подходы к созданию нанотранзисторов,– например, при помощи литографии,- не позволяли получать устройства, способные чётко контролировать прохождение отдельных электронов. С помощью сканирующего туннельного микроскопа удалось сделать транзистор из одной органической молекулы и группы положительно заряженных атомов металла.

Вдохновившись результатами опроса из недавнего электротранспортного эвент-репортажа, задумался я собственно на тему стартапостроения. Размышлял долго и довольно прокрастинатственно, штудируя преимущественно тонны материалов от западных визионеров и менторов. И вот недавно наткнулся на событие под названием GeekShow, организуемое изданием Компьютерра и венчурной онлайн-площадкой RusBase. Мероприятие проходит в формате выступлений стартаперов различных направлений и левелов инвестирования, в которых повествуют о своих проектах для почтенной публики, к коей я и поспешил примкнуть. Презентовать собственный проект пока не решился, поскольку я ленивая скотина и по части промоматериалов проекта ничего не сделано проект сейчас находится на ранней фазе своего жизненного цикла. Соответственно, было решено пока полюбоваться, что и как вообще народ презентует и почерпнуть инфу по части текущих трендов и акселераторов. Прихватив беззеркалку и экшнкамеру, я стремительно ломанулся на эвент. Количество публики немного превзошло мои ожидания, и с построением композиции пришлось изощряться аки видеопират 80-го левела…



Возможно, видеоряд с подобной конструкции выглядит не очень глянцево, но в целом (после 11-ти часов правки и доводки в видеоредакторе) получилось довольно атмосферно и немного артхаусно.

Несмотря на огромный потенциал такого уникального материала, как графен, практических приложений для него пока создано не очень много. Учёные из Федеральной политехнической школы Лозанны (Франция) совместно с исследователями Института фотонных исследований (Испания) сделали на основе графена сенсор. Этот сенсор обладает высокой чувствительностью, и его можно настроить на поиск определённого вида молекул.

В работе сенсора используется известный принцип инфракрасной атомно-абсорбционной спектроскопии. Этот метод позволяет изучать энергетические состояния квантовых систем путём исследования спектров поглощения электромагнитного излучения. Излучение непрерывного спектра пропускается через слой вещества, и часть его поглощается. При этом поглощаются волны с длинами, характерными для энергетических состояний исследуемого вещества.

Обычно для этого используется свет — но поскольку длина волны инфракрасного фотона составляет 6 микрометров, а молекулы имеют размеры в несколько нанометров, таким методом очень сложно обнаружить отдельные молекулы. Зато графен нужной геометрии способен фокусировать свет на нужном участке и улавливать соответствующие колебания молекулы, соединённой с ним.

Выдающие специалисты, обладающие бесспорным опытом в научных областях, поделились с читателями Geektimes своими короткими комментариями относительно перспектив различных профессий в области нанотехнологий.

Проектировщик нанотехнологических материалов

Профессионал, занимающийся моделированием свойств, прогнозированием жизненного цикла нанотехнологических материалов с помощью цифровых моделей. Высокопрофессиональный программист с хорошими знаниями по нанофизике и нанохимии.


Федотов Петр Сергеевич
Доктор химических наук
Подробнее о научной деятельности

Появление такой профессии весьма вероятно. Более того, при быстром развитие наноиндустрии, которое мы наблюдаем, такая профессия станет необходимой для эффективного внедрения наноматериалов как на производстве, так и в быту.

Большой коллектив японских учёных из нескольких университетов при исследовании цианобактерий обнаружил, что за наличие внутреннего циркадного (околосуточного) ритма в них отвечает белок KaiC — небольшая биомолекула диаметром 10 нм. Именно она ответственна за наличие у всех живых существ биологических часов.

У многих микроорганизмов, грибов, растений и большинства животных видна подстройка к 24-часовому суточному периоду вращения Земли вокруг своей оси. Частично растения и животные подстраиваются к этому периоду, основываясь на изменениях в окружающей среде — температуре, освещённости. Но уже давно известно, что у живых существ есть встроенная система циркадных ритмов, не зависящая от окружающей среды.

Ещё в 18 веке французский астроном де Мейрен сообщил о ежедневных движениях листьев у мимозы стыдливой (Mimosa pudica). Эти движения повторялись с определённой периодичностью, даже если растения помещались в темноту, где отсутствовали такие внешние стимулы как свет. Де Мейрен разумно предположил, что эти ритмы, длительность которых он определил в 22-23 часа, могут иметь что-то общее с чередованием сна и бодрствования у человека. А наличие их в темноте говорило об эндогенной (внутренней) их природе.

Китайские исследователи из университета Сучоу (округ Сучжоу в провинции Цзянсу) под руководством физика и химика по полимерам Ке-Куин Жанга смогли таким образом изготовить нановолокна латекса, что у них появились свойства «структурного цвета». Регулируя длину волокон, учёные добились передачи разных цветов. Если им удастся придать этим волокнам достаточную прочность, то в будущем можно будет выпускать разноцветные ткани без применения красителей.

Окраска тканей в современной лёгкой промышленности требует большого количества пигмента. В зависимости от цвета, пигмент может стоить достаточно дорого. На покраску расходуется много воды и энергии, а отходы и выбрасываемые вещи могут загрязнять окружающую среду.

Эффект структурного цвета, или «схемохрома», придаёт видимый цвет поверхностям, которые не имеют реального пигмента. Из-за микроскопических особенностей строения поверхности свет, отражаясь от них, подвергается интерференции, вследствие чего изменяет свой цвет. Таким эффектом пользуются в природе павлины, некоторые птицы, бабочки и жуки, а как недавно выяснили учёные — частично и хамелеоны.

Пару лет тому назад возникла потребность освободить в серверной стойке некоторое количество пространства. Было решено на что-нибудь смигрировать содержимое тестовых и вспомогательных серверов, представлявших собой 1U и 2U древние стоечные брендовые сервера, которые помимо пространства кушали немало электричества и генерировали изрядное количество шума и тепла. Долго присматривался к микросерверам и компактным блейдам, но их цена и компактность оставляли желать лучшего. И поскольку мигрируемые сервера были не из разряда критичных по части бесперебойности и производительности, решено было испробовать компактные решения Next Unit of Computing. Благо они себя неплохо зарекомендовали в качестве миниатюрных рабочих машинок для линейных офисных сотрудников. Кроме того, изначально эти коробочки разрабатывались Intel'ом для инфокиосков и банкоматов, что подразумевает некий запас прочности при использовании их в режиме 24x7. А скромный ценник и длительный жизненный цикл позволяет держать некоторое количество NUC'ов в запасе для оперативной замены в случае выхода из строя. Производительности в нашем случае было достаточно даже у младших NUC'ов — большинство мигрируемых серверов были на древних Xeon'ах с NetBurst-архитектурой. После того как несколько смигрированных серверов успешно отработали испытательный квартал, было решено эти разбросанные на стоечной полке коробочки расположить более изящным и зафиксированным образом. Откопав в закоулках извилин остатки ТРИЗ'а, я принялся за дело: