Часть 1 http://www.metodolog.ru/node/1010

Часть 2

РазделЭЛЕКТРОНИКА посвящен электронным компонентам с новыми свойствами. «Устройства органической электроники будут компактными, гибкими и прозрачными», утверждает 30 мая www.nanonewsnet.ru. «В Международном лазерном центре (МЛЦ) МГУ создается новое устройство (пока не имеющее названия), включающее дисплей, клавиатуру и источник питания в виде полимерной солнечной батареи. Внешне оно будет напоминать обычную банковскую карточку. Набор элементов и функций устройства сегодня мог бы показаться тривиальным. Если бы в нем использовался кремниевый фотоэлемент, а не органический, представляющий собой тонкую полимерную пленку. Разработку комментирует руководитель исследовательской группы, доктор физико-математических наук Дмитрий Паращук. Специалисты МЛЦ МГУ, работающие совместно с группой «Молекулярная люминесценция» ФИАНа над созданием органических солнечных фотоэлементов, изготавливают новое компактное устройство. Это изделие не предполагается внедрять и тиражировать. Основная цель исследователей – отработать различные этапы технологии, подобрать необходимые материалы, найти оптимальные конструкторские решения. И в результате сделать «неутилитарный» образец, демонстрирующий возможности органической фотовольтаики. Устройство – уже изготовлен его макетный образец – будет выглядеть, как тонкая пластинка размером со стандартную банковскую карту. Эта «карточка» содержит в себе микропроцессор, клавиатуру, дисплей и питающий его органический солнечный фотоэлемент. В перспективе же не только фотоэлемент, но и дисплей, и микропроцессор для подобных устройств могут стать полимерными и гибкими. Это одно из самых актуальных направлений на сегодня, работы по которому ведутся и в ФИАНе, и в других научных центрах. «Научный коллектив делает “игрушку”… конечно, само по себе это прецедент. А предложили идею работающие у нас студенты, занимающиеся компьютерной практикой. Есть специальный практикум, где их этому учат – применять микропроцессоры для различных исследований, автоматизации измерений и других задач. Для этого надо хорошо программировать и знать электронику. Наши сотрудники все делают своими руками. Сначала устройство макетируется, отлаживаются функции. А потом, на следующем этапе, изготавливается уже настоящая плата – с кнопками управления, с экраном. Дисплей может быть как алфавитно-цифровой, так и графический. Питаться же устройство будет от естественного освещения (например, солнечного) с помощью полимерного фотоэлемента, в котором и заключается его особенность!» «Задача разработки – показать потенциал направления. Это демонстрационный образец. Но в принципе, устройства такого формата имеют вполне реальное будущее. Например, те же банковские карточки. Они могут быть умными, гибкими, иметь дисплей, память, мобильную связь, различную электронику с зашитыми кодами и много самых разных функций. А следующим шагом будет плоский и гибкий компьютер – интеллектуальная карта», – рассказал руководитель группы «Фотофизика органических наноматериалов» МЛЦ МГУ доктор физико-математических наук Дмитрий Паращук».

«Intel запускает в серию трёхмерный транзистор», пишет 10 мая www.membrana.ru. «Американцы нашли простой и оригинальный способ нивелировать важную проблему в работе транзисторов, возникающую при уменьшении их размеров. В сравнении с предшествующими, схемы с транзисторами нового типа будут не только более плотно упакованы, но смогут работать на 37% быстрее при сокращении потребления энергии вдвое. Компания Intel решила проблему роста тока утечки через закрытый транзистор, вызывающего сбои в работе схем при сокращении размеров частей транзистора. Если опускать детали, задача была такова: чтобы затвор мог надёжнее управлять полупроводниковым каналом, необходима достаточная площадь контакта между ними. А при переходе на транзисторы меньшего размера и площадь эта быстро падает. Выход же заключался в придании каналу объёмной формы. Теперь этот элемент транзистора является не плоской площадкой, а прямоугольным гребнем, заметно возвышающимся над поверхностью схемы. Затвор окружает такой гребень с трёх сторон, а не с одной, как сделано в нынешних чипах. Intel не является изобретателем данной технологии. Но компания усовершенствовала, довела до рабочего состояния, и, что ещё примечательнее, до конвейера, разработку, начатую учёными из Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) ещё в 1999 году. Новые транзисторы уже были испытаны в рамках экспериментальных схем, а во второй половине нынешнего года Intel намерена начать производство чипов с трёхмерными транзисторами. Это будут как логические микросхемы, так и схемы памяти. Первоначально новинка будет внедрена в сериях процессоров, предназначенных для настольных систем, а позднее — и в «камнях» для мобильных устройств. Трёхмерные гребни не только улучшают экономичность схемы. Новый дизайн транзисторов в теории позволяет поднять допустимый ток, проходящий через них, а также — более тонко настраивать параметры работы каждого транзистора. Самое приятное во всём этом: внедрение трёхмерных транзисторов в массы не потребует перестройки существующей технологии производства микросхем. Это один из факторов, благодаря которому перспективная разработка сумела добраться до серийного воплощения столь быстро. Intel также утверждает, что трёхмерная технология будет использована и в поколении чипов, которые последует за 22-нанометровыми, то есть в схемах, создаваемых по 14-нанометровой технологии».

«Новый конденсатор удачно совместил ёмкость с мощностью», информирует 10 мая www.membrana.ru. «Асимметричный суперконденсатор, изобретённый в США, открывает новый путь к созданию средств хранения энергии, в которых высокая удельная ёмкость одновременно сочеталась бы с высокой же мощностью, низкой стоимостью и превосходной выносливостью.Учёные из Стэнфорда (Stanford University) построили опытный суперконденсатор на основе пары необычных электродов. Как пишет Green Car Congress, для одного из них авторы проекта использовали гибридный материал RuO2/графен, а для второго — Ni(OH)2/графен. В качестве электролита был взят безопасный (негорючий) водный раствор гидроксида калия (KOH).Важно отметить, что и оксид рутения, и гидроксид никеля представляли собой армию наноразмерных частиц, выращенных на высококачественных листах графена. В результате стэнфордский суперконденсатор показал высокую плотность сохраняемой энергии в 48 Вт-ч/кг (это выше, чем у свинцово-кислотных батарей) при удельной мощности в 0,23 кВт/кг, а также просто выдающуюся мощность в 21 кВт/кг при всё ещё удивительной (для суперконденсаторов) удельной ёмкости в 14 Вт-ч/кг».

«Зеленые светодиоды станут последним шагом к экономичным дисплеям», считает www.nanonewsnet.ru(заметка от 3 мая). «Ученые из Политехнического института Ренсселера разработали новый метод производства светодиодов зеленого цвета с увеличенной светоотдачей. Команда исследователей во главе с профессором физики Кристианом Ветцелем (Christian Wetzel) смогла усовершенствовать технику травления наноразмерных слоев на границе между сапфировой основой и слоем нитрида галлия, который дает зеленый цвет свечения светодиодных индикаторов. Новая методика значительно повышает светоотдачу зеленых светодиодов, чего долгое время не удавалось достичь. «Создание ярких дешевых зеленых светодиодов оказалось гораздо более сложной задачей, чем думали академические и промышленные круги, – поясняет Кристиан Ветцель. – Каждый экран компьютера и телевизора формирует цветное изображение с помощью красного, синего и зеленого цветов. У нас уже есть мощные недорогие красные и синие светодиоды. Как только нам удастся разработать аналогичные зеленые, появится возможность перейти к новому поколению высокопроизводительных, энергоэффективных дисплеев». Светодиодное освещение требует малой доли электроэнергии, необходимой обычной лампе накаливания. К тому же, светодиоды очень прочны, долговечны и почти не греются. Цвет светового излучения светодиода зависит от типа полупроводникового материала. Первые светодиоды были красными, затем появились оранжевые. Спустя годы появились синие светодиоды, которые сегодня широко используются для подсветки экранов мобильных телефонов, портативных компьютеров и других электронных устройств. Настоящим прорывом стали светодиоды с белым светом, которые сразу же нашли применение в автомобильных фарах, фонариках, подсветке камер холодильников и т.д. На самом деле белый свет в таких приборах обычно получается благодаря покрытию желтым фосфором обычных синих светодиодов. Это добавляет «лишний» этап в процессе производства, а также приводит к «ложной» белой подсветке с заметным голубоватым оттенком.Ключ к настоящим белым светодиодам, по мнению, Кристиана Ветцеля, лежит в создании яркого зеленого светодиода – достаточно совместить с ним существующие высокопроизводительные красные и синие светодиоды, и можно получить любой видимый человеческим глазом оттенок, включая настоящий белый цвет.Исследовательская группа из Политехнического института Ренсселера близка к тому, чтобы преодолеть отставание в яркости зеленых светодиодов и устранить технологический барьер, мешающий созданию новых экономичных дисплеев».

Раздел НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ в этом обзоре, как и в большинстве предыдущих, самый представительный.«Физики получили алмазный аэрогель», пишет 18 мая www.membrana.ru. «Необычное сочетание свойств нового материала, по мнению его создателей, пригодится в широком спектре областей применения, например в оптике. В дальнейшем, используя отработанную технику, авторы инновации намерены создать и другие странные формы алмаза. Учёные из Ливерморской лаборатории (LLNL) сумели превратить «стандартный» углеродный аэрогель в своего рода пену с нанокристаллической алмазной решёткой. Для этого поры крошечного образца простого аэрогеля заполнили неоном, после чего поместили материал между алмазными наковальнями. Образец одновременно подвергли сжатию (давление составило более 200 тысяч атмосфер) и нагреву при помощи лазера до температуры свыше 1230 °C. Инертный газ в порах предотвратил их схлопывание под давлением, а нагрев со сжатием побудил атомы углерода перестроиться и сформировать алмазную решётку. Плотность полученного аэрогеля с нанокристаллической алмазной решёткой — далеко не рекордная среди аэрогелей и составляет приблизительно 40 миллиграммов на кубический сантиметр. (К примеру, созданный недавно аэрогель из углеродных нанотрубок обладает плотностью 4 мг/см3.) Но, с другой стороны, удельный вес алмазного аэрогеля в 88 раз меньше, чем у обычного алмаза. Авторы эксперимента считают, что из нового материала можно будет делать великолепные просветляющие покрытия для различных оптических систем — от биноклей до телескопов. Кроме того, алмазный аэрогель может сослужить службу в биоинженерии, физических опытах и так далее».

«Новые металлоорганические каркасы выдерживают любые условия», сообщает 2 мая www.nanonewsnet.ru. «Исследователи из США получили металлоорганические каркасные структуры [metal-organic frameworks (MOF)], на настоящее время отличающиеся наиболее значительной химической и термической устойчивостью. Новые MOF могут оказаться более эффективными промышленными катализаторами, чем цеолиты. Природные цеолиты представляют собой пористые алюмосиликатные породы, которые применяются в промышленных процессах в качестве катализаторов. Однако их применение ограничивается тем обстоятельством, что для цеолитов зачастую сложно изменять размеры пор или проводить их функционализацию. MOF, полученные за счет связывания металлоксидных кластеров органическими молекулами – линкерами – характеризуются сходным с цеолитами строением и, таким образом, рассматриваются в качестве альтернативы цеолитам. До настоящего времени известные металлоорганические каркасные структуры не обладали устойчивостью достаточной, чтобы выдерживать условия, воздействию которых цеолиты подвергаются в промышленных процессах. До настоящего времени были описаны только MOF, стабильные при температурах гораздо меньших 500°, некоторые из которых к тому же отличаются гидролитической нестойкостью. Джеффри Лонг (Jeffrey Long) из Университета Калифорнии (Беркли) смог получить металлоорганические каркасные структуры, которые устойчивы при температуре до 510°C в интервале рН от 2 до 14. Новые MOF были получены с помощью реакции хлоридов или нитратов кобальта, никеля, цинка или меди с триспиразолилбензолом. Депротонирование органических соединений, связывающих металлоцентры, привело к образованию трехмерной каркасной структуры. Было получено четыре типа соединений, связи металл-лиганд в которых исключительно прочны, такая стабильность важна для практического применения. Для проверки того, насколько способны новые MOF сохранять свое строение в жестких условиях, исследователи нагревали их до 500°C или кипятили в концентрированных растворах сильной кислоты или сильной щелочи в течение двух недель. Особенно устойчивой, по словам Лонга, оказалась металлоорганическая каркасная структура на основе никеля, проявлявшая невиданную ранее стабильность в широком интервале рН. Рассел Моррис (Russell Morris) из Университета Св. Андрея отмечает, что хотя известно несколько термически устойчивых металлокаркасных органических соединений, наиболее выдающейся чертой производных, полученных Лонгом, является то, что в структуре этих MOF имеются координационно ненасыщенные атомы металла, что должно увеличивать реакционную способность новых систем. Площадь поверхности гетерогенного катализатора важна для активности катализатора, так как с увеличение площади поверхности катализатора увеличивается количество активных центров катализатора. По словам Лонга, у полученных в его группе MOF площадь поверхности выше, чем у цеолитов. Лонг полагает, что полученные в его группе металлоорганические каркасные структуры могут применяться для увеличения эффективности каталитических процессов, молекулярного разделения и хранения сжатого газа».

«Радуга без пигментов будет бороться с фальшивками», пишет 23 мая www.nanonewsnet.ru. «Исследователи из Университета Шеффилда разработали не содержащие пигментов интенсивно окрашенные полимерные материалы, из которых в перспективе будет возможно создание новых антиконтрафактных меток для паспортов, банкнот и других документов – копирование и подделка таких полимерных покрытий весьма затруднительно. Новые полимерные материалы не содержат пигментов, их интенсивная окраска обусловлена их особым строением, напоминающим строение биополимеров, отвечающих за окраску надкрыльев жуков и крыльев бабочек. Окраска новых материалов обусловлена высокоупорядоченным расположением слоев полимера, такого расположения исследователям удалось добиться за счет использования блок-сополимеров. Смешение бесцветных растворов блок-сополимеров друг с другом в нужных соотношениях позволяет получить все цвета радуги. Полученные полимерные материалы самоорганизуются самопроизвольно в слоистую структуру, оптические свойства которых подобны оптическим свойствам опала, цвет системы меняется в зависимости от падения лучей света и угла зрения. Новая система отличается значительными преимуществами в дешевизне, легкости обработки и возможности подбора набора цветов в сравнении с существующими системами такого рода. Тем не менее, сложный характер химических процессов, лежащих в основе получения новой полимерной системы, значительно осложняет возможность ее копирования, что может оказаться идеальной защитой документов и банкнот от подделки. Строение многослойной упорядоченной полимерной системы было изучено с помощью рентгеновского аппарата «Diamond synchrotron», результаты этого исследования позволили понять не только механизм формирования цвета, но и то, как улучшить качество цветопередачи. Возглавлявший исследование Эндрю Парнелл (Andrew Parnell) отмечает, что целью исследования было создание систем, моделирующих природное многоцветье (как в хвостовых перьях павлина). В настоящее время у химиков из Шеффилда есть полная палитра цветов, которую можно получить только за счет смешения двух различных полимеров. Парнелл уверен в скорой коммерциализации своего изобретения. Отвечавший за рентгеноструктурные исследования образцов Ник Террилл (Nick Terrill) поясняет, что метод малоуглового рентгеновского рассеяния дал очень полезную информацию о строении полимерных композитов. Результаты исследования образцов с помощью малоуглового рентгеновского рассеяния позволяет делать предсказания об оптимальном составе смеси для достижения необходимой окраски, таким образом, позволяя настраивать свойства композита».

«Создана светопроницаемая звукопоглощающая ткань», информирует 23 мая www.nanonewsnet.ru. «Сотрудники Швейцарских федеральных лабораторий по испытанию и исследованию материалов и дизайнер Анетт Дуглас (Annette Douglas) разработали светопроницаемую ткань, которая демонстрирует высокий коэффициент звукопоглощения. Значительная часть материалов, используемых в строительстве, классифицируется как акустически жёсткая, отражающая звуковые волны и непригодная для снижения уровня шума; к этой группе относятся, к примеру, обычное стекло и бетон. Давно известно, что роль звукопоглощающей поверхности могут сыграть плотные шторы из тяжёлых и непрозрачных тканей, но примириться с затемнением помещения готовы далеко не все.Создание новой, лёгкой и светопроницаемой ткани учёные начали с разработки компьютерной модели, которая использовалась для предварительной оценки акустических свойств. Выбрав подходящие плотность и структуру материала, г-жа Дуглас изготовила опытные образцы, задействовав несколько разнотипных полиэфирных нитей. Затем эти образцы тестировались в так называемой реверберационной камере, и результаты испытаний оказались более чем убедительными. Если штору, выполненную из новой ткани, повесить в 15 см от стены, коэффициент звукопоглощения будет резко возрастать с увеличением частоты. На отметке в 200 Гц он составляет лишь около 0,2, однако на 500 Гц коэффициент уже превышает 0,6, причём его рост на этом не заканчивается. Максимум чувствительности уха человека, напомним, приходится на диапазон 3–4 кГц. Первые коммерческие образцы таких штор вскоре должны появиться на германском и швейцарском рынках. Стоимость изделий, по словам г-жи Дуглас, будет примерно на 40% превышать стоимость их аналогов, производимых в Швейцарии из обычной прозрачной ткани».

«Американцы нанесли электронную бумагу на ткань», пишет 7 мая www.membrana.ru. «Kомпания E Ink представила прототип дисплея, напечатанного на обычной ткани и сверхпрочной бумаге. Оба материала можно мять, комкать, сворачивать в трубочки, но это не испортит картинку, нанесённую «электронными чернилами». Самый распространённый продукт на основе электронной бумаги – современные читалки. Напомним вкратце принцип действия их экранов. В микрокапсулы, заполненные жидкостью, помещена армия чёрных и белых разноимённо заряженных частиц. Электрическое поле той или иной полярности поднимает их к поверхности (человек видит цвет частиц) либо оставляет на дне. Такой подход позволил среди прочего сделать экраны гибкими. Последняя разработка представляет собой модификацию классической технологии. Дисплей именуется аббревиатурой SURF, что расшифровывается как сегментированный ультратонкий износостойкий и гибкий (Segmented, Ultra-thin, Rugged and Flexible).Пока это не типичный пиксельный экран. Слово «сегментированный» означает, что включать и выключать можно лишь довольно большие блоки «электронных чернил». Получаемая картинка выполнена в серых тонах, и разрешение у неё пока не слишком «весёлое», зато в перспективе блоки можно будет значительно уменьшить, а значит, превратить их в отдельные пиксели. Рубашку, футболку, да и любой другой элемент одежды с ним можно будет надевать хоть каждый день, а картинку (в перспективе) менять по желанию. Возможно, через несколько лет люди будут редко покупать новую одежду – достаточно будет скачать новый дизайн и «залить» его в такой дисплей. Пока о выходе разработки на рынок речи не идёт. Сколько будет стоить футболка с мигающими картинками, не известно. Однако, если вспомнить ценники первых «читалок», можно предположить, что стоимость новинки вряд ли будет низкой».

«Микросферы из нановолокна дают надежду пациентам со сложными травмами хряща», пишет 30 мая www.nanonewsnet.ru. «Ученые из Школы стоматологии Университета Мичигана (University of Michigan School of Dentistry) создали биоразлагаемый полимер, способный самостоятельно собираться в полые микросферы. При введении в рану такие микросферы с находящимися в них клетками постепенно деградируют, а клетки продолжают жить, образуя новую ткань. Разработка такой сферы в качестве носителя клеток, имитирующего естественную для их роста микросреду, представляет собой значительное достижение в области восстановлении тканей, считает профессор Питер Ма (Peter Ma).Восстановление ткани – очень сложная задача, и возможности ее успешного решения чрезвычайно ограничены нехваткой донорской ткани. Разработанный американскими учеными процесс дает надежду пациентам с определенными типами травм хряща, для которых в настоящее время не существует хороших методов лечения. Он представляет собой лучшую альтернативу имплантации аутологичных хондроцитов (autologus chondrocytes implantation ACI) – клиническому методу лечения травм хряща путем непосредственного введения собственных клеток пациента. Качество восстановления ткани методом ACI нельзя назвать хорошим, так как он не позволяет достичь необходимой точности введения клеток, и рост клеток не поддерживается каким-либо носителем, имитирующим естественную среду. Для лечения сложных и необычной формы дефектов ткани желателен инъецируемый носитель клеток. Используя биоразлагаемые нановолокна, лаборатория профессора Ма разрабатывает стратегию создания биомиметического клеточного матрикса – системы, копирующей биологию и поддерживающей клетки в процессе их роста и образования ткани. Полые микросферы из нановолокон чрезвычайно пористы, что очень важно, так как в них должны проникать питающие клетки вещества, и имитируют функции клеточного матрикса живого организма. Кроме того, при деградации они не образуется большого количества побочных продуктов распада, способных нарушить рост клетки. Нановолокнистые сферы заполняются клетками и инъецируются в рану. К тому времени, когда сферы, которые несколько больше, чем клетки, деградируют, росту клеток уже дан хороший старт, так как биомиметический матрикс обеспечил им ту среду, в которой они прекрасно чувствуют себя в естественных условиях. Этот подход показал себя более успешным, чем использование традиционного клеточного матрикса, применяемого для регенерации тканей в настоящее время. До сих пор не существует способа сделать такой матрикс инъецируемым, и он не применим для доставки клеток в раны сложной конфигурации. Пока микросферы из нановолокон протестированы только на кроликах. В группе с инъецированным новым носителем наблюдаемый рост ткани был в три-четыре раза больше по сравнению с контролем. Следующий шаг – выяснить, как микросферы с клетками поведут себя в организме крупных животных и, в конечном итоге, человека».

Продолжение следует