Информация от 24 марта 2004 года

7.1. Умный картон и говорящие лекарства

Шведская компания Cypak выпустила на рынок первый в мире одноразовый компьютер. Новшество условно называют "умным" картоном.

Это новая технология, которая позволяет "вживлять" тончайшие электронные схемы с процессорами и модулями памяти в картон, плотную бумагу или пластик.

Стали реальными такие фантастические вещи, как говорящая, "умная" пачка с лекарствами, которая может напоминать о необходимости принимать себя в определнное время, "умная" упаковка для посылок, которая в случае повреждения или вмешательства в содержимое пакета сможет определить, где и когда именно это произошло, а также "умные" смарт-карты с собственным кодом.

Инженеры Cypak предлагают в будущем внедрить подобную технологию в паспорта и иные документы, электронные системы для голосования, железнодорожные билеты или некие интерактивные средства развлечения.

Надо заметить, что устройства из "умного" картона стоят до 1 евро за упаковку.

Изобретение оказалось крайне полезным. Например, интеллектуальная упаковка фармацевтической продукции автоматически делает запись каждого приема лекарства: человек лишь вскрывает очередную ампулу, а упаковка отмечает дату и время. Также пачку можно оснастить электронным дневником, доступным для чтения пользователем при помощи сканера, а также программируемым звуковым напоминающим сигналом.

Все чипы в "умном" картоне могут работать в Интернете посредством обычного ПК. Например, на упаковках с лекарствами можно печатать анкеты. А заполнять их нужно лишь нажатием кнопки напротив вариантов ответов. Таким образом, тысячи "умных" упаковок могут снабжать врачей или фармацевтические компании медицинской статистикой.

Возможность функционировать в сети есть и у почтового варианта "умного" картона. Бумага, из которой изготавливается интеллектуальная упаковка для посылки, располагает датчиками повреждения. Это дает возможность отследить то звено в длинной цепочке служб, где произошло какое-либо вмешательство в содержимое пакета. Проще говоря - где вскрывали. Обмануть электронику или перекодировать ее практически невозможно.

17.03.2004 17:54 | Газета.ru

7.2. Прокладка-детектор

Химическая и нефтехимическая промышленности - крупнейшие потребители уплотнений и прокладок, поскольку на установках данных отраслей используют различные опасные и токсичные вещества (фтористая и серная к-ты, фосген, цианиды и пр.) и фирмы несут ответственность за герметичность многочисленных трубопроводов. На фирме Техасо в Пемброке, штат Техас (США), действует система изучения предложений и идей сотрудников с последующим использованием самых ценных в производстве. В числе таких предложений была идея использования уплотнительных прокладок одновременно в качестве детекторов утечек опасных в-в из трубопроводов. Для этого используют прокладку, названную по имени изобретателя LS-Baker. Идея была воплощена в соответствии с программой совместных разработок фирмами Техасо и Flexitallic в изделиие, действующее как устройство раннего оповещения и имеющее вид спиральной намотки из ПТФЭ или наполнителя флексикарб с красителем в качестве детектора, оповещающего об опасности путем изменения цвета

ЖУРНАЛ Eureka, ТОМ 18, ВЫП. 5, 1998, c. 51, СТР. ВЕЛИКОБРИТАНИЯ, ЯЗЫК АНГЛ., ISSN 0261-2097, РЕФ.ЖУРНАЛ: Общие вопросы химической технологии (Вып.св.тома),

7.3. Удалось найти замену дорогому тефлону

Мембраны из кремниевой органики, с которой научились работать российские химики, послужат хорошей заменой тефлону. Не только на сковородках, но и, возможно, в топливном элементе ближайшего будущего.

Ученые из Института элементоорганических соединений имени Несмеянова РАН (ИНЭОС) создали российского соперника тефлона. Основа этого уникального соединения - не углерод, а кремний. Получено вещество, на редкость устойчивое ко всяческим неблагоприятным воздействиям вроде тех, что случаются на поверхности раскаленной сковородки или космического корабля.

Синтезированные силоксановые блок-сополимеры состоят из цепочек двух сортов. Первые - гибкие и линейные не дают материалу закристаллизоваться даже при 100 градусах мороза. А вторые жесткие, похожие на лесенку, отвечают за прочность и термическую стойкость будущего покрытия даже при температурах более 400 градусов С. Кроме того, в отличие от тефлона, они растворимы в воде.

Если нанести раствор этих полимеров на поверхность изделия - как клей или лак, то образуется нерастворимая пленка - гибкая, прозрачная, намертво сцепленная с поверхностью.

У полимера, названного "Блоксил" - есть особенность, которой нет у тефлона. В тефлоновом покрытии повреждения ничем не залатаешь. Надо снимать весь слой и наносить новый. А в предлагаемом покрытии повреждения можно залечивать. Для этого достаточно нанести на них еще один слой раствора полимера.

Новый полимер можно использовать и в производстве топливных элементов - основы водородной энергетики. В одном из их вариантов, а именно в элементах с твердополимерным электролитом, которые считаются самыми многообещающими для использования в водородных автомобилях, как раз и есть тефлоновая мембрана. Она представляет собой сердце элемента, и ее высокая стоимость неизбежно приводит к тому, что киловаттная батарейка стоит более $3000.

Дело в том, что на одном из электродов приходится иметь дело с чрезвычайно активными веществами и из всего многообразия полимеров только тефлон способен долго выдерживать соседство с ними. Видимо, перескочить через барьер цены удастся, только применив тот обходной путь, о котором упоминает руководитель совместной комплексной программы исследований по водородной энергетике РАН и "Норильского никеля" академик Геннадий Месяц: "Традиционные технологии, несмотря на колоссальные вложения, не позволили решить задачу. А технологии будущего, которые основаны на наших фундаментальных исследованиях, на это способны".

Судя по всему, применять свой полимер московские химики хотят для изготовления более дешевых сковородок. Однако кто знает, вдруг им придет в голову присоединиться к водородной программе и создать такой кремниевый полимер, мембрана из которого позволит заменить дорогое тефлоновое сердце топливного элемента.

http://www.inauka.ru/technology/article39199.html

7.4. У природы нет плохой погоды

В корпорации Hitachi разработан необычный источник энергии, использующий естественную вибрацию зданий и механизмов. Даже в самом тихом помещении всегда можно зафиксировать некоторый уровень звукового фона, а это значит, что стены чуть заметно вибрируют с амплитудой в несколько микрон. Эти естественные вибрации возникают и передаются по зданию из-за проезжающих рядом машин, ветра и пр.

Японские инженеры умудрились использовать фоновые микровибрации для питания датчиков температуры, освещенности или усталости конструкции. Экспериментальное устройство, похожее на плоский конденсатор, один из электродов которого вибрирует, имеет размеры 2,5х7 сантиметров и генерирует 0,12 микроватт энергии. Этого оказывается достаточно, чтобы умный автономный датчик передавал результаты измерений один раз в час.

В отличие от традиционно используемых в таких случаях солнечных батарей, новый источник энергии не зависит от погоды, долговечен и будет работать даже в самом темном чулане. В ближайшее время инженеры планируют повысить эффективность генератора и уменьшить его размеры.

http://forum.compulenta.ru/xterra/homo/29690/

7.5. В Bell Labs вырастили кремниевый "наногазон"

Ученые Bell Labs (исследовательского подразделения Lucent) открыли новый метод управления поведением капель жидкости путем приложения электрического заряда к специальным образом сформированной кремниевой поверхности, которая при большом увеличении напоминает аккуратно подстриженный газон. Размер отдельных стеблей "травы" такого газона не превышает нескольких нанометров.

Взаимодействие жидкостей с такой поверхностью обнаруживает совершенно новые свойства. Как пояснил руководитель исследований Том Крупенкин (Tom Krupenkin), площадь соприкосновения капель жидкости и поверхности значительно уменьшается, одновременно в 100 - 1000 раз уменьшается и сила взаимодействия. В проведенных опытах "наногазон" покрывался водоотталкивающим материалом, после чего капли перемещались по поверхности, не смачивая ее. Прикладывая незначительное напряжение, ученые управляли движением капель, заставляя их проникать вглубь "газона" и растекаться по определенным участкам поверхности, после чего капли могли продолжать дальнейшее движение. Также наблюдалась реакция капель на изменения температуры, что говорит о возможности использования новой технологии в системах охлаждения электронных компонентов.

Другое возможное применение - это оптические сети. Так, перемещая капли жидкости по "наногазону", можно изменять оптические свойства среды передачи световых лучей, что, по словам Крупенкина, может найти применение в оптической коммутации и при разработке оптических фильтров.

Также рассматривается применение новой технологии для создания резервных аккумуляторов следующего поколения, в которых электролит в процессе хранения будет физически изолирован от электродов, что исключит ток саморазряда и существенно увеличит срок службы. Такие аккумуляторы могут найти применение, например, в различных автономных датчиках, передающих сигнал только при наступлении определенных событий.

Еще одним возможным применением г-н Крупенкин считает создание "однокристальных лабораторий": тысячи различных реагентов, размещенных в корнях "наногазона", позволят создавать новые приборы для комбинаторной химии, генетического анализа и т.д. Ученый также предполагает, что новая технология может быть востребована для создания торпед с низким коэффициентом трения, самоочищающихся автомобильных стекол, корпусов скоростных судов и других устройств, где большое значение имеют водоотталкивающие свойства материала.

Источник: сообщение пресс-службы компании Lucent.

http://www.cnews.ru/newtop/index.shtml?2004/03/17/156509

7.6. Придуман новый прогрессивный способ переработки пластиковых бутылок

Химики из Российского химико-технологического университета имени Менделеева придумали, как перерабатывать смесь всевозможных пластмассовых бутылок, даже если они сделаны из разных полимеров.

Куда деваются все те многочисленные бутылки, банки, контейнеры и другая полимерная тара, которые сегодня в избытке можно видеть в киосках, магазинах, да и на собственной кухне, которые люди используют и выбрасывают каждый день? Перерабатывать же использованную тару весьма нелегко.

Дело в том, что полиэтилен, полиэфир и другие полимеры, помещенные в реактор и нагретые до температуры их переработки, часто вызывают взаимное разложение друг друга. Для того чтобы избежать этих неприятных явлений, химики придумали делать органические добавки в смесь. Назначение такой спасительной добавки (это оксазолины карбоновых кислот) - подавлять разложение основной цепи или концов молекулы, равно как и сам по себе распад полимера, вызванный чрезмерным нагревом. Добавки могут быть разными - в зависимости от того, какие полимеры нужно переработать и до какой температуры их требуется нагреть в реакторе.

На выходе оказываются полимерные композиционные материалы, которые имеют повышенную механическую и ударную стойкость и почти не впитывают воду. Поэтому из них можно делать корпуса фильтров, мембран, аппаратуры водоподготовки и другие изделия, которые работают при повышенных температуре и влажности. Сегодня ученые работают над созданием аппарата реакционной экструзии для переработки полимеров и их отходов независимо от состава и химической природы их компонентов.

http://www.inauka.ru/technology/article40009.html]

7.7. Наномашины стремительно совершенствуются

Самая сложная на сегодняшний день работоспособная наномашина это нанолифт, созданный американскими и итальянскими учеными. По мнению разработчиков, устройство может с успехом применяться в системах прецизионного управления химическими реакциями, либо, к примеру, для подачи лекарств.

Нанолифт размером 2,5 нанометров в высоту и 3,5 нанометра в ширину состоит из двух компонент - "платформы" и "направляющей", каждая из которых представляет собой отдельную молекулу. "Направляющая" имеет плоское основание, расположенное на трех вертикальных ногах-опорах, и отдаленно напоминает по форме табуретку. Плоская "платформа" присоединена по краям к трем кольцевым группам с атомами кислорода, которые надеты на ноги платформы.

Платформа может перемещаться вдоль "ног" направляющей вверх-вниз за счет энергии химических реакций с участием кислот. Управление платформой осуществляется следующим образом. В кислотной среде группа атомов, расположенная в верхней части опор и имеющая в своем составе азот, приобретает положительный заряд и электрически притягивает к себе кольцевые группы по краям платформы, а с ними и саму платформу, благодаря поляризации атомов кислорода в них. Платформа при этом поднимается в верхнее положение. При добавлении в окружающую среду основания азотная группа теряет заряд и кольца начинают притягиваться атомами, расположенными в нижней части ног-опор. Платформа опускается в свое нижнее положение.

О возможностях и сферах практического применения подобного агрегата специалисты высказываются с осторожностью. "Никто пока не знает, найдется ли применение таким "моторизованным молекулам" и если да, то какое именно", - говорит Фред Броуэр (Fred Brouwer) из университета Амстердама, создавший в 2001 году первый молекулярный мотор, приводившийся в действие световой энергией. По мнению Броуэра, в ближайшее десятилетие нанолифт может использоваться для доставки одного химического реагента к другому, что позволило бы с высокой точностью управлять протеканием химической реакции.

В более туманном будущем нанолифт может превратиться в поршень, обеспечивающий подачу лекарств. Для этого, правда, необходимо научиться управлять наномеханизмом с помощью световой либо электрической энергии, а не изменением кислотности среды. Научившись закреплять нанолифты на поверхности (пока что они свободно плавают в растворе), можно было бы придавать таким поверхностям определенные свойства. Например, они могли бы отбирать из окружающей среды молекулы определенного типа, захватывая их в "шахту лифта", и отдавать их при изменении свойств внешней среды.

Источник: по материалам журнала New Scientist.

http://www.cnews.ru/newtop/index.shtml?2004/03/22/156698

7.8. Электрический разряд уничтожит раковые клетки

Управляя продолжительностью и амплитудой электрических импульсов, можно получить совершенно неожиданные результаты воздействия на живые клетки. Ученые из Центра по изучение биоэлектрических явлений в Норфолке (штат Виржиния в США) опубликовали результаты исследований, которые в будущем могут стать основой для разработки новых способов лечения рака и других заболеваний.

Биологи и раньше применяли электрические разряды для мягкого воздействия на клетки. В методике, получившей название электроперфорирования, с помощью сравнительно слабых электрических разрядов удалось проделывать в клеточных мембранах отверстия, через которые в клетку вводили чужие гены и белки. Отверстия через некоторое время затягивались, клетка возвращалась к нормальной деятельности.

Карл Шонбах (Karl Schoenbach) и Стивен Биб (Stephen Beebe) из Норфолка были первыми, кто наблюдал неожиданные эффекты воздействия ультракоротких (длящихся наносекунды) электрических импульсов, которые создавали поле с потенциалом в миллионы вольт. Такие электрические разряды могут полностью уничтожить бактерии в воде, обеспечив тем самым полную стерильность. Этот эффект был достаточно предсказуем, поскольку разряд в жидкости приводил к сильному нагреву, который и уничтожал микробы. Неожиданным было другое - наноимпульс приводил к отсроченной гибели клеток, запуская механизм, который ученые определили как "самоубийство клеток". Если для тех же клеток изменить условия эксперимента и увеличить продолжительность импульса, это приведет к разрыву оболочки клеток и выделению токсических веществ - процессу, который на уровне отдельных тканей проявляется как воспаление и боль.

Разница в протекании этих двух процессов породила у ученых надежду на то, что электрический разряд может уничтожать раковые клетки, оставляя при этом неизменными здоровые клетки организма. Обнадеживающие результаты уже есть - в опытах на мышах наблюдали сокращение на 50% раковых опухолей. Сейчас ведется разработка способов создания электрических импульсов в различных органах и тканях организма.

Механизм, приводящий клетки к самоубийству, пока неясен. Есть предположение, что импульс меняет направление дипольных молекул в клеточных мембранах на противоположное, и именно это является сигналом для гибели клеток. У новой методики могут быть и другие медицинские приложения - например, уничтожение жировых клеток или же атеросклеротических бляшек в сосудах.

Источник: по материалам журнала Nature.

http://weekly.cnews.ru/2004/03/22/#news_156583

7.9. Вирусы смогут плодотворно работать в электронике

Человечество обычно вынуждено бороться с вирусами. Эти то ли существа с предельно примитивной организацией, то ли очень сложно организованные молекулы чаще всего причиняют людям разнообразные неприятности. Даже самозванные компьютерные родственники "обыкновенных" биологических вирусов активно развиваются в сторону увеличения разрушительной способности. Но, похоже, при соответствующем подходе и вирусы могут оказаться полезными. Например, в электронике.

В Science опубликована работа, в которой способность вирусов к созданию себе подобных была перенаправлена на синтез полупроводниковых и магнитных нанопроволок. Вообще-то в чем-в чем, а в синтезе нанопроволок и вообще 1D материалов современная нанотехнология вполне преуспела. Чего стоит один изысканный метод конденсации паров в жидкость по следу пролетающей нанопорции катализатора с последующим затвердеванием жидкости (в полете!) в кристаллическую нить! Но и этот механизм не оказался пределом изобретательности. Основной факт, который фактически сделал возможным появление обсуждаемой работы, был опубликован всего несколько лет назад. Тогда было открыто, что пептиды не только способны кодировать информацию в двойных спиралях ДНК, но и обладают селективным сродством к материалам, которые трудно себе представить составной частью живых систем - полупроводникам ZnS, CdS или магнитным сплавам FePt, CoPt. Вооруженные этой информацией, в игру вступили биотехнологи, внедрившие соответствующие пептиды в генетические наборы бактериофага М13. В свою очередь, бактериофаг М13 был выбран потому, что при определенных условиях он, вместо воспроизводства отдельных экземпляров себе подобных, начинает продуцировать образования неопределенной длины, словно испорченный автомат для производства сосисок. Поставленные в соответствующие условия, генетически модифицированные, но ничего не подозревавшие вирусы, размножаясь, стали строить вирусные оболочки из того, что им казалось подходящим - из наночастиц полупроводниковых или магнитных материалов. На этом их роль заканчивалась. Последующий отжиг при сравнительно низких температурах (400-500°С) превращал их минерализированные скелеты в соответствующие нанопроволоки. Исследования методом электронной дифракции и сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения показали высокую степень кристалличности полученных полупроводниковых нанопроволок. Нанопроволоки из магнитных материалов оказались устойчивыми к окислению и обладали высокой коэрцитивной силой, что, собственно, и требуется от материалов для магнитной записи.

Воистину - нет предела способностям человеческим, в особенности, если речь идет о том, чтобы перегрузить на других часть работы по удовлетворению собственных нужд.

М.Компан

Science, 2003, 303, 213

7.10. Однофотонные излучатели на квантовых пирамидках

И правительства, и бизнес заинтересованы в таких каналах связи, которые в принципе нельзя подслушать. В принципе - значит по законам Природы, а не по недостатку средств или компьютерных мощностей. Такую возможность предоставляет квантовая криптография. Для ее реализации необходимы источники одиночных фотонов.

Совместная швейцарско-французской группа исследовала в качестве источников одиночных фотонов приборы на основе квантовых точек. На подложке GaAs(111)B с помощью литографии и травления создавали гексагональную систему пирамидальных ямок (сторона основания ~ 1мкм, шаг - 5мкм). Затем на этой подложке методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений выращивали 6 специальных слоёв. После их выращивания подложку целиком стравливают (поэтому слой 1 - это стоп-слой для травления). Перед стравливанием на ростовую поверхность наносят слой золота и приклеивают на несущую пластинку из того же GaAs. Таким нехитрым с виду способом получают строго упорядоченную совокупность перевернутых пирамид микронных размеров, у каждой из которых в вершину встроена пирамидальная же квантовая точка из InGaAs, ограниченная со всех сторон широкозонным AlGaAs. На одну единственную квантовую точку без проблем фокусируют возбуждающий луч аргонового лазера ((lambda)=514нм) и с помощью специальной корреляционной техники смотрят, сколько фотонов она выдаёт. Почти в 100% случаев оказывается, что один.

С.Чикичев

Appl. Phys. Lett., 2004, 84(5), pp,648-650

7.11. Молекулярные губки из нанотрубок

Образцы из углеродных нанотрубок впитывают загрязнения с поверхности подложки, как губка! - сообщают ученые из США.

Обнаружен новый, уникальный эффект - нанотрубки действуют как эффективные стоки подвижных молекул.

При нагреве до температуры ~ 150К (то есть ниже той, при которой происходит десорбция с контрольной пластинки) адсорбированные молекулы загрязнений мигрируют по поверхности пластинки (причем на макроскопические расстояния!), до тех пор, пока не попадают в более глубокую потенциальную яму - в нанотрубку (или в канавки между нанотрубками). Миграция к адсорбционным центрам нанотрубок заканчивается при ~ 200КАвторы предлагают возможные применения материалов, содержащих нанотрубки, - хранение или улавливание токсических соединений на молекулярном уровне.

Chem. Phys. Lett. 2004, 383, p. 314-316

7.12. Повышение стабильности НТСП катушек

В Курчатовском институте разработан и реализован новый подход к увеличению стабильности сверхпроводящих обмоток, основанный на использовании материалов с чрезвычайно высокой удельной теплоемкостью при низких температурах.

Высокая теплоемкость некоторых материалов (например, HoCu2) обусловлена явлением магнитного фазового перехода при низких температурах. При более высоких температурах различие в удельной теплоемкости между такими материалами и обычными металлами становится менее выраженной вследствие доминирования вклада решетки и уменьшения вклада электронной системы. Материалы с такой чрезвычайно высокой теплоемкостью теперь широко и успешно используются в качестве регенерирующих матриц в криокулерах. Как результат, созданы коммерческие варианты надежных и эффективных двухкаскадных криокулеров на температуры около и ниже 4К.

Предложенный и экспериментально подтвержденный метод может эффективно применяться при изготовлении сверхпроводящих магнитов с предельными параметрами (плотность тока, магнитное поле, большая скорость изменения магнитного поля). Он позволяет значительно улучшить характеристики сверхпроводящих магнитов, открывая возможность значительного повышения стабильности сверхпроводящих обмоток, плотности тока в них, а также допустимой скорости изменения магнитного поля.
Руководитель исследования - Кейлин Виктор Ефимович (kev@isssph.kiae.ru).

7.13. Экстраординарный эффект в исполнении Пашкина

Имя Ю.Пашкина не раз упоминалось в ПерсТе в связи с успешными экспериментами со сверхпроводящими кубитами в NEC Fundamental Research Laboratories (Япония). ...Совсем недавно его имя появилось в публикации, посвященной магнитным сенсорам, основанным на эффекте экстраординарного магнитосопротивления. Экстраординарное магнитосопротивление (EMR) проявляется в баллистических полупроводниковых (немагнитных) структурах. Электроны, вылетающие из одного контакта, отклоняются в магнитном поле, и либо попадают в другой контакт, либо нет.

Датчик был изготовлен из InSb, высокая подвижность электронов при комнатной температуре соответствовала длине свободного пробега 200нм. Размер датчика в нанометрах = 35·30·20. Величина магнитосопротивления при напряженности поля 0.05Т составляла 35%. Предполагается, что подобные сенсоры на считывающей головке позволят увеличить плотность магнитной записи до 1Тб/кв.дюйм. Сенсоры, основанные на слоистых магнитных структурах с гигантским магнитосопротивлением (GMR) имеют принципиальное ограничение размера, связанное с большим магнитным шумом, который не позволяет увеличить плотность записи выше 100Гб/кв.дюйм. Современные коммерческие устройства имеют плотность записи 20Гб/кв.дюйм.

В.Вьюрков

J.Vac.Sci.Technol. 2003, B 21, 3002

7.14. Молекулярные ЗУ

Группа специалистов одного из калифорнийских университетов разрабатывает молекулярные запоминающие среды на основе молекул с окислительно-восстановительным (redox) поведением, прикрепленных к электроактивной поверхности (в частности, к Si(100)), в которых информация хранится в дискретных redox состояниях. В качестве активного элемента памяти исследователи выбрали порфирин, потому что 1) этот материал обладает стабильными 2-битовыми и 4-битовыми redox состояниями (в зависимости от архитектурного строения порфирина) и 2) все эти состояния считываются при относительно низких потенциалах (меньше 1.6В). Время хранения заряда в элементах ЗУ на основе порфирина исчисляется в минутах - необычайно большое по сравнению с миллисекундами полупроводниковых динамических ЗУ с произвольной выборкой - DRAM. Все эти свойства порфиринов позволяют создавать ЗУ с большей плотностью памяти (за счет хранения многобитовой информации) и с меньшим энергопотреблением (за счет низких потенциалов и длительного времени хранения зарядов). К тому же порфириновые запоминающие среды памяти удовлетворяют набору стандартов, упомянутых выше.

Л.Журавлева

Science, 2003, 302, 1543, 28 ноября