Kaip Veikia „Nanowires“

{h1}

Nanowires yra neįtikėtinai plonos struktūros, turinčios neįtikėtiną ilgio ir pločio santykį. Sužinokite apie nanolaidus ir kaip jie sukurti.

1965 m. Inžinierius Gordonas Moore'as numatė, kad tranzistorių skaičius integrinis grandynas - mikroprocesoriaus pirmtakas - padvigubėtų maždaug kas dvejus metus. Šiandien mes vadiname šią prognozę Mūro įstatymas, nors tai visai nėra mokslinis įstatymas. Moore'io dėsnis yra daugiau a savęs išsipildymo pranašystės apie kompiuterių pramonę. Mikroprocesorių gamintojai stengiasi įvykdyti šią prognozę, nes jei to nepadarys, jų konkurentai [šaltinis: Intel].

Nanotechnologijų vaizdų galerija

Norėdami, kad mikroschemoje tilptų daugiau tranzistorių, inžinieriai turi suprojektuoti mažesnius tranzistorius. Pirmajame luste buvo apie 2200 tranzistorių. Šiandien šimtai milijonų tranzistorių gali tilpti į vieną mikroprocesoriaus lustą. Nepaisant to, įmonės yra pasiryžusios sukurti vis mažesnius tranzistorius, labiau susmulkinančius į mažesnius lustus. Jau yra kompiuterinių mikroschemų, turinčių nanoskalės tranzistorius (nanomalės yra nuo 1 iki 100 nanometrų - nanometras yra viena milijardoji metro dalis). Būsimi tranzistoriai turės būti dar mažesni.

Įveskite nano laidą, struktūrą, kuri turi nuostabią ilgio ir pločio santykis. Nanolynai gali būti neįtikėtinai ploni - sukurti nanodaviklį galima tik su vienu nanometru, nors inžinieriai ir mokslininkai linkę dirbti su nanodaviniais, kurių plotis yra nuo 30 iki 60 nanometrų. Mokslininkai tikisi, kad netrukus galėsime panaudoti nanolaidus, kad sukurtume iki šiol mažiausius tranzistorius, nors šiuo metu yra keletas gana sunkių kliūčių.

Šiame straipsnyje apžvelgsime nanovielių savybes. Sužinosime, kaip inžinieriai kuria nanodavinius laidus, ir pažangą, kurią jie padarė kurdami elektronines mikroschemas, naudojant nanovielių tranzistorius. Paskutiniame skyriuje apžvelgsime keletą galimų nanovielių naudojimo būdų, įskaitant kai kuriuos medicinos reikmenis.

Kitame skyriuje išnagrinėsime nanovielių savybes.

Kaip plonas yra plonas?

Žmogaus plaukai paprastai būna nuo 60 iki 120 mikrometrų. Tarkime, kad jūs radote ypač švelnius plaukus, kurių plotis yra 60 mikrometrų. Mikrometras yra 1 000 nanometrų, todėl jūs turėtumėte iškirpti tuos plaukus bent 60 000 kartų išilgai, kad sruogos būtų vieno nanometro storio.

Nanowire savybės

Kaip veikia „Nanowires“: kaip

Priklausomai nuo to, iš ko jis pagamintas, nanolaida gali turėti izoliatoriaus, puslaidininkio ar metalo savybes. Izoliatoriai neneš elektros krūvio, o metalai - labai gerai. Puslaidininkiai patenka tarp dviejų, nešdami krūvį tinkamomis sąlygomis. Tvarkydami tinkamos konfigūracijos puslaidininkinius laidus, inžinieriai gali sukurti tranzistorius, kurie veikia kaip jungiklis arba stiprintuvas.

Kai kurios įdomios ir prieštaringos savybės, kurias turi nanolaidai, yra dėl nedidelio masto. Kai dirbate su objektais, kurie yra nanoskalės ar mažesni, jūs pradedate patekti į kvantinės mechanikos sritį. Kvantinė mechanika gali painioti net šios srities ekspertus, ir labai dažnai ji nepaiso klasikinės fizikos (dar vadinamos Niutono fizika).

Pavyzdžiui, paprastai elektronas negali praeiti pro izoliatorių. Tačiau jei izoliatorius yra pakankamai plonas, elektronas gali pereiti iš vienos izoliatoriaus pusės į kitą. Tai vadinama elektronų tuneliu, tačiau pavadinimas tikrai nesuvokia, koks keistas gali būti šis procesas. Elektronas praeina iš vienos izoliatoriaus pusės į kitą, faktiškai neįsiskverbdamas į patį izoliatorių ar neužimdamas vietos izoliatoriaus viduje. Galite sakyti, kad jis teleportuojasi iš vienos pusės į kitą. Galite išvengti elektronų tuneliavimo naudodami storesnius izoliatoriaus sluoksnius, nes elektronai gali judėti tik labai mažais atstumais.

Dar viena įdomi savybė yra ta, kad kai kurie nanolaidai yra balistiniai laidininkai. Normaliuose laidininkuose elektronai susiduria su laidininko medžiagos atomais. Tai sulėtina elektronų judėjimą ir sukuria šilumą kaip šalutinį produktą. Balistiniuose laidininkuose elektronai gali judėti per laidininką be susidūrimų. Nanowires galėtų efektyviai valdyti elektrą be didelio karščio šalutinio produkto.

Nanomoksle elementai gali parodyti labai skirtingas savybes, nei mes tikėjomės. Pavyzdžiui, nefasuoto aukso lydymosi temperatūra yra didesnė kaip 1000 laipsnių Celsijaus. Sumažinus birų auksą iki nanodalelių dydžio, sumažėja jo lydymosi temperatūra, nes sumažinus bet kurias daleles nanoskalėje, žymiai padidėja paviršiaus ir tūrio santykis. Be to, nanoskalėje auksas elgiasi kaip puslaidininkis, bet nesuderintas jis yra laidininkas.

Kiti elementai taip pat keistai elgiasi ir nanoskalėje. Didžiuoju mastu aliuminis nėra magnetinis, tačiau labai maži aliuminio atomų sankaupos yra magnetiniai. Elementarios savybės, kurias mes pažįstame iš savo kasdienės patirties, ir tai, kaip mes tikimės, kad jie elgsis, gali būti netaikomi, kai mes sumažiname tuos elementus iki nanometro dydžio.

Mes vis dar sužinome apie skirtingas įvairių elementų savybes nanoskalėje. Kai kurie elementai, pavyzdžiui, silicis, nanodalelių lygmenyje beveik nesikeičia. Tai daro juos idealius tranzistoriams ir kitoms reikmėms. Kiti vis dar yra paslaptingi ir gali parodyti savybes, kurių šiuo metu negalime numatyti.

Kitame skyriuje išsiaiškinsime, kaip inžinieriai gamina nanovielius.

Anglies nanovamzdeliai ir kvantiniai taškai

Nanovire yra tik vienas jaudinantis struktūros inžinierius, o mokslininkai tiria nanoskalą. Kiti du svarbūs nanoskalės objektai yra anglies nanovamzdeliai ir kvantiniai taškai. Anglies nanovamzdelis yra cilindrinė struktūra, kuri atrodo kaip susuktas grafito lapas. Jo savybės priklauso nuo to, kaip įsukate grafitą į cilindrą - sukdami anglies atomus į vieną pusę, galite sukurti puslaidininkį. Bet valcavimas kitu būdu gali padaryti 100 kartų tvirtesnę medžiagą nei plienas. Kvantiniai taškai yra atomų kolekcijos, kurios kartu veikia kaip vienas milžiniškas atomas - nors pagal milžinišką mes vis dar kalbame apie nanoskalę. Kvantiniai taškai yra puslaidininkiai.

„Nanowires“ pastatas iš viršaus į apačią

Šviesolaidiniai kabeliai

Šviesolaidiniai kabeliai

Nanomokslo specialistai kalba apie du skirtingus metodus, kaip kurti dalykus nanoskalėje: metodas „iš viršaus į apačią“ ir metodas „iš apačios į viršų“. „Iš viršaus į apačią“ požiūris iš esmės reiškia, kad jūs pasiimate didžiąją dalį medžiagos, kurią planuojate naudoti nanolaidams, ir drožiate tol, kol būsite tinkamo dydžio. „Iš apačios į viršų“ metodas yra surinkimo procesas, kai mažesnės dalelės jungiasi, kad būtų didesnė struktūra.

Nors nanodailus galime sukurti naudodami bet kurį iš būdų, niekas nerado būdo, kaip masinę gamybą padaryti įmanoma. Šiuo metu mokslininkams ir inžinieriams tektų praleisti daug laiko, kad padarytų dalį nanolidų, reikalingų mikroprocesoriaus lustui. Dar didesnis iššūkis yra rasti būdą, kaip tinkamai pastatyti nanolius. Dėl mažų svarstyklių labai sunku automatiškai sukurti tranzistorius - šiuo metu inžinieriai paprastai manipuliuoja laidais su įrankiais, o viską stebi per galingą mikroskopą.

„Iš viršaus į apačią“ metodo pavyzdys yra būdas, kaip mokslininkai gamina optinius pluoštus nanolaidus. Šviesolaidiniai laidai perduoda informaciją šviesos pavidalu. Inžinieriai, norėdami pagaminti optinio pluošto nanosieną, pirmiausia pradeda naudoti įprastą optinio pluošto kabelį. Yra keletas skirtingų būdų, kaip optinio pluošto laidą sumažinti nanoskalėje. Mokslininkai galėjo įkaitinti iš safyro pagamintą lazdelę, apvynioti laidą aplink lazdelę ir ištraukti, plonai ištempdami, kad susidarytų nanodavinys. Kitas metodas naudoja mažą krosnį, pagamintą iš mažo safyro cilindro. Mokslininkai per krosnį ištraukia šviesolaidinį kabelį ir ištempia jį į ploną nanosieną. Trečioji procedūra vadinama liepsnos valymas po šviesolaidiniu kabeliu naudojama liepsna, o mokslininkai ją tempia [šaltinis: Gilberto Brambilla ir Fei Xu].

Kitame skyriuje nagrinėsime būdus, kaip mokslininkai gali auginti nanosriegius iš apačios į viršų.

Žvilgsnis į nanoskalę

Nanomokslininko mikroskopas nėra tas pats, kurį rasite vidurinės mokyklos chemijos laboratorijoje. Kai patenkate į atominę skalę, susiduriate su dydžiais, kurie iš tikrųjų yra mažesni už matomos šviesos bangos ilgį. Vietoj to nanomokslininkas galėtų naudoti a skenavimo tunelinis mikroskopas arba atominės jėgos mikroskopas. Nuskaitymo tunelių mikroskopai nuskenuotai medžiagai nustatyti naudoja silpną elektros srovę. Atominės jėgos mikroskopai nuskaito paviršius su neįtikėtinai dailiu antgaliu. Abu mikroskopai perduoda duomenis į kompiuterį, kuris kaupia informaciją ir grafiškai ją vaizduoja į monitorių.

Augantys Nanowires

Cheminis nusodinimas garais (CVD) yra požiūrio „iš apačios į viršų“ pavyzdys. Apskritai, CVD reiškia procesų grupę, kai kietosios medžiagos susidaro iš dujinės fazės. Mokslininkai užstatą katalizatoriai (tokias kaip aukso nanodalelės) ant pagrindo, vadinamą a substratas. Katalizatoriai veikia kaip traukos vieta nanolaidų formavimui. Mokslininkai substratą deda į kamerą su dujomis, kuriose yra tinkamas elementas, pavyzdžiui, silicis, o dujose esantys atomai atlieka visą darbą. Pirmiausia dujose esantys atomai prisijungia prie katalizatorių atomų, paskui papildomi dujų atomai prisitvirtina prie tų atomų ir pan., Sukurdami grandinę ar vielą. Kitaip tariant, nanodaleliai susirenka patys.

Naujas nanolynų sudarymo būdas yra spausdinimas tiesiai ant tinkamo pagrindo. Ciuricho tyrėjų komanda pradėjo šio metodo pradžią. Pirmiausia jie drožė a silicio vaflis kad pakeltos vaflinės dalys sutaptų su tuo, kaip jos norėjo, kad nanodaviniai būtų išdėstyti. Vaflinį jie naudojo kaip antspaudą, spausdami jį prie sintetinio kaučiuko, vadinamo PDMS. Tada jie ištraukė skystį, užpildytą aukso nanodalelėmis, vadinamą a koloidinė suspensija, visoje PDMS. Aukso dalelės nusėda į kanalus, kuriuos sukuria silicio vaflinis antspaudas. Dabar PDMS tapo forma, galinčia perkelti aukso nanovielių „atspaudą“ ant kito paviršiaus. PDMS formos gali būti naudojamos pakartotinai ir ateityje gali atlikti svarbų vaidmenį masinėje nanovielių grandinių gamyboje [šaltinis: Gamtos nanotechnologijos].

Keletas laboratorijų sukūrė tranzistorius, naudojančius nanovielius, tačiau jų sukūrimas reikalauja daug laiko ir darbo jėgos. „Nanowire“ tranzistoriai veikia taip pat gerai arba geriau nei dabartiniai tranzistoriai. Jei mokslininkai galės rasti būdą, kaip efektyviai gaminti ir sujungti tranzistorius, turinčius nanovidinius laidus, tai nuties kelią mažesniems, greitesniems mikroprocesoriams, o tai leis kompiuterių pramonei neatsilikti nuo Moore'io įstatymo. Kompiuterių lustai ir toliau bus mažesni ir galingesni.

Nanowire gamybos tyrimai tęsiami visame pasaulyje. Daugelis mokslininkų mano, kad yra tik laiko klausimas, kol kas nors sugalvos perspektyvų būdą, kaip masiškai gaminti nanolaidus ir tranzistorius. Tikimės, kad ir tada, kai pasieksime tą tašką, mes taip pat turėsime būdą, kaip nanolaidus išdėstyti taip, kaip mes norime, kad galėtume juos panaudoti visu pajėgumu.

Kitame skyriuje mes sužinosime apie galimas nanolidų technologijos taikymo galimybes.

Namuose auginami „Nanowires“ gamta

Dar visai neseniai mokslininkai manė, kad visos nanovielės yra žmogaus sukurtos, tačiau prieš porą metų biologai atrado, kad bakterijos, galinčios užauginti savo nanolinius laidus. Bakterija vadinama Geobakteris sulfurreducens meta metalus ant metalų atomų (elektronai yra bakterijos sunaudojamo kuro šalutinis produktas). Jei bakterijos aplinkoje trūksta metalo, ji išaugs iš nanovielio, kad elektronai galėtų patekti į artimiausią metalą, leisdami bakterijai sunaudoti daugiau degalų. Mokslininkai tikisi sukurti organinio kuro elementus naudodami tokias bakterijas Geobakteris sulfurreducens gaminti elektrą.

„Nanowire“ programos

„Intel“ generalinis direktorius Paulius Ortelli turi kompiuterinių lustų plokštelę su 32 nanometrų grandine.

„Intel“ generalinis direktorius Paulius Ortelli turi kompiuterinių lustų plokštelę su 32 nanometrų grandine.

Ko gero, akivaizdžiausias nanolaidų panaudojimas yra elektronikoje. Kai kurie nanolaidai yra labai geri laidininkai arba puslaidininkiai, o jų mažas dydis reiškia, kad gamintojai viename mikroprocesoriuje galėtų įmontuoti dar milijonus tranzistorių. Dėl to smarkiai padidės kompiuterio greitis.

Nanowires gali atlikti svarbų vaidmenį kvantinių kompiuterių srityje. Tyrėjų komanda Nyderlanduose sukūrė nanovielių laidus iš indio arsenidas ir pritvirtino juos prie aliuminio elektrodai. Esant beveik absoliučiai nulinei temperatūrai, aliuminis tampa superlaidžiu, ty jis gali valdyti elektrą be jokio pasipriešinimo. Nanosriegiai taip pat tapo superlaidininkais dėl artumo efektas. Mokslininkai galėjo valdyti nanovielių superlaidumą, naudodami įvairią įtampą per substratą po laidais [šaltinis: Naujasis mokslininkas].

Nanodangos taip pat gali vaidinti svarbų vaidmenį tokiuose nanodalelių įrenginiuose kaip nanorobotus. Gydytojai galėjo naudoti nanorobotus tokioms ligoms kaip vėžys gydyti. Kai kuriuose „nanorobotų“ projektuose yra įmontuotos maitinimo sistemos, kurioms sukurti reikalingos tokios struktūros kaip nanolaidai energijai generuoti ir lavinti.

Naudojant pjezoelektrinis medžiagos, nanomokslininkai galėtų sukurti nanolaidus, iš kurių gaminama elektra kinetinė energija. Pjezoelektrinis poveikis yra tam tikrų medžiagų reiškinys - kai pjezoelektrinei medžiagai veikiate fizinę jėgą, ji skleidžia elektros krūvį. Jei tai pačiai medžiagai pritaikysite elektrinį krūvį, ji vibruos. Pjezoelektriniai nanolaidai ateityje gali tiekti energiją nanodalelių sistemoms, nors šiuo metu tai nėra praktiška.

Elektronikoje yra šimtai kitų galimų nanovielų pritaikymų. Japonijos tyrėjai dirba su atominiais jungikliais, kurie galėtų pakeisti elektroninių prietaisų puslaidininkių jungiklius. Nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos mokslininkai tikisi, kad bendraašis nanolaidai pagerins saulės elementų energijos vartojimo efektyvumą. Kadangi mes vis dar mokomės nanodalelių ir kitų nanoskalės struktūrų savybių, gali būti tūkstančiai programų, kurių dar net nesvarstėme.

Norėdami sužinoti daugiau apie nanovizus ir susijusias temas, sekite kitame puslapyje pateiktas nuorodas.

Nanowires medicinoje

Ne visos nano laidų pritaikymo galimybės yra elektronikos srityje. Arkanzaso universitete mokslininkai titano implantams dengti naudoja nanolaidus. Gydytojai išsiaiškino, kad raumenų audiniai kartais nelabai laikosi titano, tačiau, padengtas nanodailėmis, audinys gali pritvirtinti prie implanto, sumažindamas implanto nesėkmės riziką.

-Gladstone'o širdies ir kraujagyslių ligų instituto mokslininkai eksperimentuoja su nanolaidais ir kamieninėmis ląstelėmis. Jie tikisi, kad, įvesdami elektros srovę per nanolaidą į kamieninę ląstelę, jie galės nukreipti, kaip ląstelė diferencijuojasi [šaltinis: Berkeley Lab].


Vaizdo Papildas: Remote handling from fusion research.




Tyrimas


Ploniausi Pasaulyje Varikliai Gali Būti Galingi Mikroskopiniai Robotai
Ploniausi Pasaulyje Varikliai Gali Būti Galingi Mikroskopiniai Robotai

Magnetinis Įrenginys Leidžia Išmaniesiems Telefonams Patikrinti Jūsų Kraują
Magnetinis Įrenginys Leidžia Išmaniesiems Telefonams Patikrinti Jūsų Kraują

Mokslas Naujienos


Iš Ko Pagamintas Centas?
Iš Ko Pagamintas Centas?

Kiaulių Gripo Vakcina Gali Būti Susijusi Su Retų Nervų Sistemos Sutrikimais
Kiaulių Gripo Vakcina Gali Būti Susijusi Su Retų Nervų Sistemos Sutrikimais

Nuotraukose: Archeology Dig Atskleidžia Medusa Statulą Ir Kitus Lobius
Nuotraukose: Archeology Dig Atskleidžia Medusa Statulą Ir Kitus Lobius

Danties Spiralinis Žandikaulis Davė Senovės Jūros Plėšrūnui Kraštą
Danties Spiralinis Žandikaulis Davė Senovės Jūros Plėšrūnui Kraštą

Hormonų Oreksinas Gali Padėti Kontroliuoti Svorio Augimą, Tyrimų Išvados
Hormonų Oreksinas Gali Padėti Kontroliuoti Svorio Augimą, Tyrimų Išvados


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com