Чернила графена и родственных материалов улучшают солнечные элементы

Представьте себе преимущества для окружающей среды, если бы мы все могли просто нарисовать солнечные элементы на крыше наших домов или на любой поверхности в этом отношении. Мы могли бы сделать это с помощью солнечных батарей на основе перовскита (PSC), но из-за их нестабильности они еще не получили широкого распространения. Теперь исследователи из Флагманского графена разработали гибриды квантовых точек дисульфида графена и молибдена для стабилизации PSC.

Прогресс в PSC означает, что они готовы стать доступным и гибким вариантом солнечных батарей для интеллектуальных приложений с низкой интенсивностью. Это связано с тем, что PSCs менее сложны в производстве, изготавливаются из более дешевых материалов и благодаря своей гибкости могут использоваться в местах, где традиционные кремниевые солнечные элементы не могут быть размещены.

Сотрудничество между флагманскими партнерами Istituto Italiano di Technologia, Римского университета Tor Vergata и BeDimensional привело к новому подходу, основанному на графене и связанных с ним материалах, для стабилизации PSC.

PSC быстро улучшаются. Когда они были впервые разработаны в 2009 году, они имели начальную эффективность 3,8%. Сегодня они могут достичь эффективности выше 22%. Для сравнения, кремниевые солнечные элементы существуют примерно с 1880 года, достигнув уровня эффективности только 26,1% в 2018 году.

Основным недостатком ЧОКов является их нестабильность. Именно здесь вступают в игру гибриды квантовых точек / графена дисульфида молибдена. Сотрудничество между исследовательскими институтами и промышленными партнерами, поддерживаемое компанией Graphene Flagship, позволило получить чернила на основе материала, связанного с графеном (GRM). Слои этого над PSC видели их резко повысить стабильность.

Графен был центральным, так как дисульфид молибдена был прикреплен к восстановленному оксиду графена. Это позволило применить свойства обоих материалов, и чернила не только повысили стабильность, но и производительность PSC.

«Флагман графена был в центре этого развития», объяснил профессор Эммануэль Кимакис, заместитель руководителя рабочего пакета по производству энергии. «Финансирование и структура, которые были созданы, стали ключом к участию новых исследовательских групп, таких как Римский университет Tor Vergata.

«Благодаря этому исследованию мы преодолели серьезное препятствие на пути внедрения этой новой технологии», – продолжил профессор Кимакис. «С новыми уровнями стабильности и производительности мы можем увидеть массовое внедрение PSC в ближайшие несколько лет».

Как только стабильность PSC будет решена, внимание может быть сосредоточено на расширении производства. Производство PSC требует обработки решения, которое может быть увеличено до промышленного масштаба. Благодаря гибкости, PSC могут применяться практически на любой поверхности и производить электричество.

Стабильные PSC могли изменить способ, которым мы питаем наши дома и устройства, поскольку любая доступная поверхность могла бы быть сделана для производства электричества.

Андреа С. Феррари, специалист по науке и технике флагманского корабля «Графен» и председатель его группы управления, добавила: «потенциал графена и связанных с ним материалов для улучшения солнечных элементов был признан с самого начала флагманского корабля. Их Сочетание с появляющимся полем солнечных элементов на основе перовскита в настоящее время позволяет сделать решающий шаг вперед в области стабильности. Это подтверждает основные инвестиции в передовые проекты по созданию солнечных батарей Flagship и прокладывает путь для новой солнечной фермы, которую мы будем развивать к 2020 году ».

Источник: http://graphene-flagship.eu/

Source link

Ученые используют ближний инфракрасный свет и ДНК-наноустройство для наведения стволовых клеток на рану

Представьте, что у врачей есть пульт дистанционного управления, который они могут использовать, чтобы подвести собственные клетки пациента к ране, чтобы ускорить процесс заживления.

Исследователи могут направлять стволовые клетки (подобные тем, что на иллюстрации выше) к травме, используя ближний инфракрасный свет и инъецированная ДНК наноустройство. (Изображение предоставлено: Juan Gaertner / Shutterstock.com)

Такое устройство все еще далеко от реальности, однако, ученые описали в журнале ACS Nano Letters что сделали ключевой начальный шаг: они использовали ближний инфракрасный свет и инъекционное ДНК-наноустройство, чтобы направлять стволовые клетки в рану, которые помогли в восстановлении мышечной ткани у мышей.

Сложные сигнальные пути синхронизируют клеточные действия, такие как пролиферация, движение и даже смерть. Например, когда сигнальные молекулы прикрепляются к белкам, известным как рецепторные тирозинкиназы, на поверхности клетки, они стимулируют рецепторы к спариванию и фосфорилированию друг друга. Этот процесс может вызвать другие белки, которые в конечном итоге приводят к движению или росту клетки.

Хонг-Хуэй Ван, Чжоу Не и его партнеры сомневались, смогут ли они установить наноустройство для клеток, которые бы перемонтировали эту систему, активируя рецепторы ближним инфракрасным светом, а не сигнальными молекулами. Ученые выбрали ближний инфракрасный свет, поскольку он может проникать в живые ткани, в отличие от видимого или ультрафиолетового света. Группа нацелена на рецепторную тирозинкиназу, известную как MET, которая важна для заживления ран.

Ученые разработали молекулу ДНК, которая может присоединяться к двум рецепторам МЕТ одновременно, связывая их вместе и стимулируя их. Чтобы система реагировала на свет, исследователи связали множество копий последовательности ДНК с золотыми наностержнями. При облучении ближним инфракрасным светом наностержни нагреваются и выделяют ДНК, чтобы она могла активировать рецепторы.

Ученые внедрили связанные с ДНК наностержни золота мышам в поврежденной области и на несколько минут осветили на мышах ближний инфракрасный свет. Через три дня большее количество мышечных стволовых клеток переместилось в рану у обработанных мышей по сравнению с таковыми у необработанных мышей. У обработанных мышей также наблюдались улучшенные признаки регенерации мышц по сравнению с контрольными мышами.

Исследователи отмечают финансирование со стороны Национального фонда естественных наук Китая, Национального крупного научно-технического проекта, Программы молодых талантливых талантов на десять тысяч талантов, Программы исследований и изобретений в ключевых областях провинции Хунань и Национальных институтов Здоровье.

Source link

Компактная нанопозиционная система XYZ для быстрого активного выравнивания

Основанный на параллельной кинематической конструкции с единственной легкой подвижной платформой для всех 3 осей, P-616 PI доступен с высокой точностью и динамичностью в компактном корпусе. Также известная как NanoCube ® это самая маленькая и легкая система с емкостной обратной связью, обеспечивающая диапазон перемещения 100 мкм при 3 степенях свободы.

<img alt=" Нанокуб "src =" http://www.azonano.com/image.axd?picture=2019%2f4%2fP616_high-speed-XYZ-piezo-flexure-stage.jpg "style = «ширина: 680 пикселей; высота: 509 пикселей; "title =" "/>

Расширенное перемещение до 1 ”- комбинации для грубого / точного выравнивания

Пьезо-сканер можно комбинировать с компактными моторизованными микропозиционными ступенями, такими как миниатюрная сцена PI-L-505, для достижения дальности перемещения до 1 дюйма в очень маленькой упаковке.

Цифровой контроллер для более высокой скорости, улучшенной линейности

P-616 работает с цифровым сервопьезоконтроллером PI E-727, который обладает преимуществом более высокой линейности, более быстрой настройки и скорости сканирования и легкого доступа ко всем параметрам движения по сравнению с обычными аналоговыми пьезоконтроллерами. Включен полный пакет программного обеспечения: драйверы для LabVIEW, динамические библиотеки для Windows и Linux, MATLAB. Интерфейсы состоят из USB, SPI, RS-232 и аналоговых. Поддерживаемые функции включают генератор волн, регистратор данных, автоматический обнуление и триггерный ввод / вывод.

Работа в замкнутом контуре с обратной связью линейного энкодера

В дополнение к вариантам шагового двигателя с разомкнутым контуром начального уровня доступны модели с замкнутым контуром и встроенными линейными энкодерами. Линейные энкодеры обеспечивают прямое измерение положения на подвижной платформе и обеспечивают лучшую точность и повторяемость по сравнению с обычными поворотными энкодерами, установленными на валу двигателя. Предлагаются кодеры с разрешением 50 нм и 5 нм.

Посмотрите, как быстро NanoCube выполняет выравнивание волокон в этом видео:

Пьезодвигатели с длительным сроком службы, достаточно для НАСА

Пьезостадия XYZ приводится в действие керамическими герметизированными предварительно нагруженными и изгибными пьезоприводами PICMA® с усиленным движением, которые обеспечивают лучшую производительность и надежность по сравнению с пьезоприводами с традиционной изоляцией. Приводы, руководство и датчики не требуют технического обслуживания, не подвержены износу и обеспечивают исключительный срок службы и экономическую эффективность. В тестах надежности, проведенных NASA / JPL для Mars Mission, приводы выдержали 100 миллиардов циклов без сбоев.

Применение NanoCube

Области применения включают фотонное выравнивание, микроскопию, трехмерную визуализацию, скрининг, анализ поверхности и проверку пластин.

Стандартный и Пользовательский

PI имеет собственные инженерные решения с более чем 4-х десятилетним опытом работы с клиентами для предоставления продуктов, отвечающих требованиям приложений, и может быстро изменять существующие конструкции продуктов или предоставлять полностью настраиваемые детали OEM для соответствия точным требованиям приложения.

Источник: https://www.pi-usa.us/en/

Source link

Новый метод микроскопии обеспечивает трехмерную реконструкцию белковых структур в нанометрическом масштабе

Когерентная дифракционная визуализация, также известная как микроскопия без линз с рентгеновскими лучами, известна как многообещающий метод. Этот подход позволяет ученым исследовать сложные трехмерные структуры, которые часто встречаются в природе, с динамической точки зрения.

Представление показывает основные элементы эксперимента. Объект (вырезанный крестик в центре изображения) освещается с двух сторон импульсом рентгеновского лазера. На следующем этапе звездчатые дифракционные изображения восстанавливаются в трехмерный объект (внизу слева). (Фото предоставлено доктором Хамедом Мерджи, CEA-Saclay)

Несмотря на то, что 2D-изображения могут быть созданы быстрым и эффективным способом, все еще сложно создавать 3D-изображения. Обычно трехмерные изображения объекта рассчитываются из бесчисленного количества отдельных изображений – процесс, который занимает много времени, а также требует высоких значений излучения и огромных объемов данных.

Теперь исследовательская группа из Университета Лейбница в Ганновере и нескольких других университетов разработала методику, позволяющую значительно ускорить этот процесс. В этом методе один лазерный импульс используется для получения двух изображений объекта с двух разных направлений. Впоследствии эти изображения объединяются для создания пространственного изображения – так же, как человеческий мозг создает стереоизображение из пары слегка различающихся изображений обоих глаз. Хотя метод компьютерного стереоскопического зрения уже используется в области робототехники и машинного зрения, впервые исследователи используют этот метод в рентгеновской визуализации.

Наш метод позволяет выполнять 3D-реконструкцию в нанометрическом масштабе с использованием одного изображения, которое состоит из двух изображений с двух разных точек зрения.

Милютин Ковачев, соавтор исследования и профессор, Институт квантовой оптики, Университет Лейбница, Ганновер.

Этот подход будет иметь большое влияние на трехмерную структурную визуализацию отдельных макромолекул и может быть использован в медицине, биологии и даже в промышленности, считают авторы. Например, структура белка вируса может быть исследована быстрее и без особых усилий. Эта структура белка оказывает значительное влияние как на поведение, так и на функцию вируса, и играет жизненно важную роль в медицинской диагностике.

Исследовательская группа из Португалии, Германии и Франции недавно опубликовала результаты своих исследований в известном научном журнале Nature Photonics . Laserlab Europe, консорциум европейских лабораторий, целью которого является продвижение междисциплинарных лазерных исследований, профинансировал исследование.

Source link

Исследователи производят позолоченные нанодиски для медицинских нужд

[1945900] [1945900]

Молодые исследователи из Сибирского федерального университета (СибГУ) вместе со своими коллегами из ФНЦ КНЦ СО РАН разрабатывают технологию изготовления многослойных позолоченных нанодисков для адресной доставки лекарств и лечения рака с использованием нанолитографии с использованием погружной ручки (DPN).

(Фото: Сибирский федеральный университет)

«Магнитные нанодиски, покрытые золотом, пользуются большим спросом в биологии и медицине. Они могут быть успешно использованы для апоптоза, вызванного магнитным воздействием (процесс запрограммированной гибели клеток) и механического разрушения клеточных мембран. Нанодиски можно «запрограммировать» на доставку лекарств исключительно в больные органы и ткани, а также они могут механически уничтожать клетки-мишени (например, клетки злокачественной опухоли). Чтобы поместить нанодиски в организм человека, их необходимо «одеть» в специальное покрытие, которое уменьшит токсичность наших агентов, предотвратит их раннюю деградацию в организме и позволит им «увеличить» аптамеры на них для целенаправленной доставки. лекарств. Поэтому структура дисков является многослойной и состоит из ферромагнитного металла, покрытого золотом. В настоящее время метод высоковакуумного осаждения используется в сочетании с методами литографии и процессов химического травления для получения таких нанодисков, которые определяют форму и размер конечного продукта »– говорит Анна Лукьяненко, ассистент специализированного отдела по физике твердого тела и нанотехнологиям в Сибирском федеральном университете, научный сотрудник Физического института им. Киренского СО РАН.

Для получения наночастиц с большим диапазоном размеров и форм и строгого контроля их параметров для производства дисков для медицинских нужд, исследователи университета разрабатывают более рентабельную и адаптируемую технологию по сравнению с существующей.

«Мы хотим усовершенствовать технологию погружной нанолитографии, чтобы в качестве подложек можно было использовать многослойные тонкие пленки металлов. Тогда нанолитография с помощью пера поможет нам создать именно те нанодиски, которые требуются медицинским исследовательским группам, занимающимся внедрением новых методов лечения (например, исследователи из Красноярского государственного медицинского университета имени профессора В. Ф. Войно-Ясенецкого). Также этот метод может быть реализован практически на любом производстве, например, на заводе или в исследовательском центре »– сказал ученый.

В настоящее время рабочая группа проекта определяет оптимальные параметры в камере устройства NanoInk, Ink. DPN 5000 для создания наноразмерных объектов на поверхности золотой пленки. Ведется детальное изучение полученных тонких пленок, а также подбор химических реагентов и калибровка скоростей травления. Испытания биологическими объектами запланированы на 2019 год.

(Фото: Сибирский федеральный университет)

Source link

Гибридные магнитно-плазмонные элементы обеспечивают бесконтактный селективный контроль температуры в магнитных метаматериалах

В недавнем исследовании, опубликованном в Nanoscale ученые, принадлежащие к группе наномагнетизма в nanoGUNE, демонстрируют использование гибридных магнитно-плазмонных элементов для облегчения бесконтактного и селективного контроля температуры в магнитных функциональных метаматериалах.

Схематическая иллюстрация гибридных золотомагнитных наноструктур, освещаемых лазером (красный). Из-за поляризационно-зависимого возбуждения плазмонного резонанса в золотой части ортогональные наноэлементы могут нагреваться независимо. Магнитный момент горячих магнитов (спереди) можно легче изменить, что приводит к более узкой управляемой полем петле магнитного гистерезиса (слева) по сравнению с магнитными холодными магнитами (справа). (Изображение предоставлено CIC Nanogune)

По сравнению с глобальными схемами нагрева, используемыми на сегодняшний день, которые представляют собой энергоемкое и медленное, управляемое светом отопление, которое использует оптические степени свободы, такие как поляризация, длина волны света и мощность, позволяет локальные, эффективные и быстрые методы нагрева для быть выполненным для использования в наномагнитных вычислениях или для измерения явлений коллективного развития в искусственных спиновых системах .

Основными метаматериалами для обработки информации с низким энергопотреблением, для устройств хранения магнитных данных и для изучения коллективных явлений в так называемых искусственных льдах являются однодоменные магниты наноразмера, взаимодействующие посредством бесконтактных магнитостатических взаимодействий. Эти магнитные метаматериалы производятся с помощью электронно-лучевой нанолитографии, где может быть разработано любое необходимое двумерное расположение тонкопленочных магнитных элементов с размерами в несколько сотен нанометров.

Функциональность таких магнитных метаматериалов определяется способностью инвертировать суммарный момент каждого наномагнита для уменьшения общих взаимных магнитостатических взаимодействий, которые происходят быстрее при высоких температурах. В последние годы различные схемы нагрева использовались для питания сетей взаимодействующих наномагнитов до состояния равновесия, начиная от термического отжига стабильных магнитов до изготовления быстро флуктуирующих ультратонких суперпарамагнитных элементов.

В настоящее время тепловое возбуждение искусственных спиновых систем достигается тепловым контактом с горячим резервуаром, либо нагревом всей подлежащей подложке, либо электрическим током в соседнем проводящем проводе. Все эти методы являются пространственно недискриминационными, энергетически неэффективными и по своей природе медленными, с масштабами времени от секунд до часов, что затрудняет достижение надлежащего состояния равновесия в протяженных нарушенных наномагнитных решетках. Кроме того, для выполнения в устройствах магнитных метаматериалов, таких как наномагнитные логические схемы и магнонные кристаллы, глобальный нагрев не имеет управления, пространственной дискриминации и скорости, необходимых для интегрированной работы с технологией CMOS.

В этом исследовании ученые применяют гибридный метод, который объединяет плазмонный нанонагреватель с магнитным элементом и устанавливает надежный и надежный контроль локальных температур в наномагнитных массивах с помощью бесконтактных оптических мод. В этом случае плазменный фотообогрев позволяет повысить температуру до нескольких сотен Кельвинов, что приводит к термически активированным изменениям момента и значительному уменьшению магнитного коэрцитивного поля.

Кроме того, зависящее от поляризации сечение поглощения удлиненных плазмонных элементов обеспечивает специфичный для подрешеток нагрев на субнаносекундных временных масштабах, что не может быть выполнено с использованием традиционных схем нагревания. Ученые экспериментально измеряют магнитные и оптические свойства ряда одиночных гибридных элементов, а также вершиноподобных сборок и демонстрируют подходы к тому, как добиться быстрого, эффективного и избирательного управления термически активированным магнитным реверсированием путем выбора мощности накачки, фокус, длительность импульса и поляризация света.

Таким образом, рост эффективного неинвазивного плазмонного оптического нагрева наномагнетиков позволяет гибко контролировать временные масштабы и продолжительность теплового возбуждения в магнитных метаматериалах. Это позволяет глубоко исследовать равновесные свойства и развивать возбуждения в искусственных спиновых системах, а также открывает путь для практического использования в таких приложениях, как маломощные наномагнитные вычисления.

Это исследование было поддержано Министерством экономики и конкуренции в рамках Программы единиц мастерства Марии де Маэзту – MDM-2016-0618 и проекта FIS2015-64519-R, а также Европейской комиссией в рамках проекта H2020- FETOPEN-01-2016-2017 «FEMTOTERABYTE» (проект № 737093).

Source link

Исследователи разрабатывают новый высокочувствительный и быстрый графеновый фотоприемник

Исследовательская работа, опубликованная в Nano Letters объясняет продвижение детектора на основе графена для терагерцового света, который является более чувствительным и быстрым по сравнению с современными технологиями комнатной температуры.

(слева) Схематическое изображение центральной части ТГц фотоприемного устройства на основе графена, содержащего канал с графеном, инкапсулированным в hBN, на вершине узкой антенной структуры. При подаче различных напряжений к левой и правой ветвям антенны в канале графена создается pn-переход с неравными коэффициентами Зеебека слева и справа от перехода. Падающий свет фокусируется антенной над зазором, где генерируется фотоответ. (Справа) Измерение ТГц фокусировки, полученное путем сканирования ТГц детектора в плоскости фокуса. Наблюдение за несколькими кольцами рисунка Эйри свидетельствует о высокой чувствительности детектора. (Фото: ICFO)

Очень полезно обнаружить терагерцовый (ТГц) свет по двум основным причинам. Во-первых, технология ТГц оказывается жизненно важным компонентом в приложениях, касающихся беспроводной передачи данных, безопасности (например, сканеры в аэропортах) и контроля качества. Однако существующие ТГц детекторы имеют строгие ограничения, когда речь идет об одновременном выполнении требований скорости, чувствительности, способности работать при комнатной температуре, спектральном диапазоне и т. Д.

Во-вторых, низкоэнергетические фотоны делают его очень безопасным типом излучения с более чем в сто раз меньшей энергией по сравнению с фотонами в диапазоне видимого света.

Несколько приложений на основе графена, вероятно, станут известны благодаря его использованию в качестве материала для обнаружения света. По сравнению со стандартными материалами, используемыми для фотодетектирования, такими как кремний, графен имеет свойство не иметь запрещенной зоны. Из-за запрещенной зоны в кремнии падающий свет с длиной волны более одного микрона не поглощается и, следовательно, не обнаруживается.

Наоборот, графен может поглощать и обнаруживать даже терагерцовый свет с длиной волны в сотни микрон. ТГц детекторы на основе графена до сих пор дают многообещающие результаты; однако, ни один из детекторов на сегодняшний день не может победить коммерчески доступные детекторы, когда речь заходит о чувствительности и скорости.

В недавнем исследовании ученые ICFO Себастьян Кастилья и доктор Бернат Террес, возглавляемые профессором ICREA в ICFO Фрэнком Коппенсом и бывшим исследователем ICFO доктором Клаасом-Яном Тиелрой (ныне младшим руководителем группы в ICN2), вместе с исследователями из CIC NanoGUNE NEST (CNR), Нанкинский университет, Международный физический центр Donostia, Университет Янины и Национальный институт материаловедения сумели решить эти проблемы. Они создали новый фотоприемник на основе графена, который работает при комнатной температуре, очень быстрый и высокочувствительный, имеет широкий динамический диапазон и включает в себя широкий диапазон частот ТГц.

В своем эксперименте исследователи могли оптимизировать механизм фотоотклика ТГц фотоприемника, используя нижеприведенную стратегию. Они включили дипольную антенну в детектор, чтобы сфокусировать падающий ТГц свет вокруг области зазора антенны. Сделав чрезвычайно маленький (100 нм, примерно в тысячу раз меньший, чем толщина волоса) антенный зазор, они смогли получить большую интенсивность падающего света ТГц в фотоактивной области графенового канала.

Они заметили, что свет, поглощенный графеном, образует горячие носители на pn-переходе в графене; затем неравномерные коэффициенты Зеебека в областях p и n создают локальное напряжение и ток через устройство, создающее очень большой фотоответ, что приводит к очень высокочувствительному высокоскоростному детектору с широким динамическим диапазоном и широким спектральным диапазоном. покрытие.

Результаты этого исследования проложили путь к разработке полностью цифровой недорогой системы камер. Это может быть столь же экономично, как камера внутри смартфона, потому что такой детектор продемонстрировал чрезвычайно низкое энергопотребление и полностью совместим с технологией CMOS.

Это исследование было профинансировано фондом Cellex, флагманом Graphene, а также грантом Mineco Young Investigator.

Source link

Первые в мире индивидуальные двумерные фосфорированные наноленты могут революционизировать электронику

В 2014 году, после выделения двумерного фосфора, представляющего собой фосфор, равный графену, более 100 теоретических исследований показали, что новые и стимулирующие свойства могут материализоваться путем создания узких «лент» этого материала. Эти свойства могут быть очень полезны для целого ряда отраслей.

Отдельные фосфористые наноленты (Фото автора: Watts et al.)
[1945909] [1945909] [1945909]

В исследовании, опубликованном недавно в Nature ученые из Университетского колледжа Лондона (UCL), Бристольского университета, Содружества Вирджинии и Университета École Polytechnique Fédérale de Lausanne, объясняют, как они разработали количество превосходных ленты фосфора из кристаллов ионов лития и черного фосфора.

«Впервые были изготовлены отдельные фосфористые наноленты. Были предсказаны захватывающие свойства, и применение, где фосфорированные наноленты могут играть преобразующую роль, очень широко распространено », – сказал автор исследования, доктор Крис Ховард (UCL Physics and Astronomy).

Ленты образуются со стандартной высотой одного атомного слоя, шириной от 4 до 50 нм и длиной до 75 мкм. Это соотношение сторон эквивалентно тому, что у кабелей, соединяющих две башни моста Золотые Ворота.

Используя передовые методы визуализации, мы очень подробно охарактеризовали ленты, обнаружив, что они чрезвычайно плоские, кристаллические и необычайно гибкие. Большинство из них имеют толщину только в один слой атомов, но там, где лента состоит из более чем одного слоя фосфорана, мы обнаружили бесшовные шаги между 1-2-3-4 слоями, где лента расщепляется. Это не было замечено ранее, и каждый слой должен иметь различные электронные свойства.

Митч Уоттс, Первый Автор, Физика и Астрономия, UCL.

Хотя наноленты были получены из ряда материалов, таких как графен, изготовленные здесь нановоленты из фосфора имеют лучший диапазон длин, высот, ширин и соотношений сторон. Кроме того, их можно изготавливать в масштабе в жидкости, которую затем можно использовать для их экономичного нанесения в объеме для применений.

Исследователи утверждают, что предполагаемые области применения включают солнечные элементы, батареи, термоэлектрические устройства для преобразования отработанного тепла в электричество, наноэлектронику, фотокатализ и квантовые вычисления. Кроме того, было предсказано появление экзотических эффектов, таких как волны спиновой плотности, новый магнетизм и топологические состояния.

Наноленты создаются путем смешивания черного фосфора с ионами лития, растворенными в жидком аммиаке при -50 ° C. Через двадцать четыре часа аммиак удаляется и заменяется органическим растворителем, который образует раствор из нано-лент различных размеров.

Мы пытались сделать листы из фосфорана, поэтому были очень удивлены, обнаружив, что мы сделали ленты. Чтобы нано-ленты обладали четко определенными свойствами, их ширина должна быть одинаковой по всей длине, и мы обнаружили, что это точно относится к нашим лентам .

Доктор Крис Ховард, Автор исследования, Физика и астрономия, UCL.

Одновременно с обнаружением лент быстро развивались наши собственные инструменты для характеристики их морфологии. Высокоскоростной атомно-силовой микроскоп, который мы создали в Бристольском университете, обладает уникальными возможностями для картирования наноразмерных характеристик лент по их макроскопическим длинам. Мы также могли бы оценить диапазон длин, ширин и толщин, получаемых с большой детализацией, изобразив множество сотен лент на больших площадях.

Доктор Лорен Пикко, Соавтор, Физика, VCU.

Продолжая исследовать основные свойства нанолент, команда планирует также исследовать их использование в электронном транспорте, накопителях энергии и термоэлектрических устройствах в рамках новых глобальных партнерских отношений и работая с профессиональными командами в UCL.

Исследование финансировалось Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам и Королевской инженерной академией.

Source link

Композитные полые нанотрубчатые катализаторы на основе никеля, легированного никелем, демонстрируют отличные характеристики в нейтральных Zn-воздушных батареях

Исследовательская группа из Школы химии и химической инженерии Университета науки и технологии Хунани предложила новый подход к производству катализаторов из недрагоценных металлов в воздушно-цинковых батареях, не влияя на его стабильность, электроактивность и доступность. , Результаты исследования будут опубликованы в следующем номере в NANO .

Композиты с полыми нанотрубками, легированные NiCo, полученные прямым прямым пиролизом соли Ni / Co, дициандиамида и глюкозы, обладают превосходными характеристиками катодного катода нейтральная Zn-воздушная батарея. (Изображение предоставлено: Qingfeng Yi et al.)

Цинко-воздушная батарея, являющаяся экологически чистым и устойчивым генератором энергии, вызвала значительный интерес ученых из-за ее высокой плотности тока, высокой удельной энергии, экологичности и низкой стоимости. Однако воздушно-цинковая батарея также имеет определенные недостатки. Например, его коммерческое применение в значительной степени ограничено реакцией медленного восстановления кислорода на катоде (ORR). Одним из потенциальных способов решения этой проблемы является использование платины (Pt), а также катализаторов на основе Pt; однако этот подход не идеален из-за высокой стоимости и ограниченной доступности этого металла. Кроме того, щелочной NaOH (или KOH) часто используется в качестве электролита, но это приводит к образованию карбонатов (CO 3 2- ); Это связано с тем, что CO 2 имеет тенденцию растворяться в электролите, а анодный цинк также самопроизвольно корродирует в сильных щелочных средах. В результате ионная проводимость электролита и срок службы батареи замедляются.

Следовательно, лучше использовать нейтральный электролит. Чтобы дополнить это, необходимо идентифицировать металлический катализатор ORR, который является недрагоценным и может также функционировать в нейтральном электролите.

Исследовательская группа из Школы химии и химической инженерии в Университете науки и техники Хунани предложила новый метод синтеза катализаторов из недрагоценных металлов с превосходной электроактивностью для ORR в нейтральном электролите. Посредством поверхностного пиролиза глюкозы, соли Ni / Co и дициандиамида исследователи подготовили композитные катализаторы на основе полых нанотрубок C-N, легированных Ni / Co (Ni / C-N, Ni-Co / C-N, C-N и Co / C-N). Затем, используя подготовленный образец в качестве катализатора воздушного электрода, демонстрируя превосходную стабильность и характеристики разряда, соответствующую нейтрально-воздушную батарею размещали в нейтральной среде.

Фигурная трубчатая структура была продемонстрирована только что синтезированными Ni / Co-легированными C-N композитами, что привело к замечательной стабильности и активной площади поверхности. Нейтральная воздушно-цинковая батарея с использованием раствора 0,5 мольL -1 KNO 3 была собрана с использованием пластины Zn в качестве анода, а также приготовленного композитного катализатора, нанесенного на углеродную бумагу в виде воздушный катод. Напряжение разомкнутой цепи 1,13 В и наибольшая плотность мощности 65 мВт · см -2 подаются от батареи, снабженной катодным катализатором Ni-Co / C-N. Кроме того, плотность тока непрерывного разряда 50, 100 и 150 мА · см -2 может длиться 202, 93 и 11 часов соответственно. При многочисленных плотностях тока разряда возникает стабильное плато напряжения. После замены цинкового анода нейтрально-воздушно-цинковая батарея может многократно разряжаться, демонстрируя высокую стабильность катодного катализатора и широкие возможности его применения в качестве мобильного источника питания.

Национальный фонд естественных наук Китая (21875062) поддержал исследование. Цинфэн Йи является соответствующим автором исследования.

Источник: https://www.worldscientific.com/

Source link

Исследователи определили необычный способ предотвращения образования воды кристаллами льда при минусовых температурах

По данным исследовательской группы из Цюрихского университета и ETH Zurich, вода может достигать – 263 ° C, не превращаясь в лед, если она заключена в нанометр липидные каналы.

Трехмерная модель новой липидной мезофазы: этот кубический мотив регулярно повторяется в материале. (Изображение предоставлено: Peter Rüegg / ETH Zurich)

Кубики льда можно сделать довольно легко. Все, что нужно сделать, это взять пластиковый поднос с кубиками льда, который можно найти в большинстве домашних хозяйств, затем наполнить его водой и поместить в морозильник. За короткий промежуток времени вода кристаллизуется и превращается в лед.

Если бы люди изучали структуру кристаллов льда, они обнаружили бы, что молекулы воды организованы в правильные трехмерные решетчатые структуры. С другой стороны, молекулы не организованы в воде, и это причина, по которой вода течет.

Стекловидная вода

Команда химиков и физиков из Цюрихского университета и ETH Zurich, возглавляемая профессором Раффаэле Мецценга и профессором Эхудом Ландау, обнаружила необычный метод предотвращения превращения воды в кристаллы льда, то есть она продолжает удерживать аморфные свойства жидкости даже при экстремальных минусовых температурах.

На начальном этапе ученые спроектировали и разработали новый класс липидов или молекул жира для получения липидной мезофазы – инновационной формы «мягкой» биологической материи. Липиды в этом материале самопроизвольно собираются и объединяются, образуя мембраны, действуя как молекулы естественного жира. Впоследствии эти мембраны создают сеть соединенных каналов, принимая четное расположение; эти каналы имеют диаметр менее 1 нм. Содержание воды и температура, а также новая структура сконструированных липидных молекул определяют структуру, которую принимает липидная мезофаза.

Нет места для кристаллов воды

Уникальным в этой структуре является то, что в узких каналах, в отличие от лотка для кубиков льда, нет места для превращения воды в кристаллы льда, и поэтому она остается разупорядоченной даже при очень низких минусовых температурах. Более того, липиды также не замерзают.

Исследователи использовали жидкий гелий для охлаждения липидной мезофазы, содержащей химически измененный моноацилглицерин, до такой низкой температуры – 263 ° C, что всего на 10 ° C выше абсолютного нуля температура, а еще кристаллы льда не образуются. Вода при этой температуре стала «гладкой», как команда смогла показать и доказать в симуляции. Результаты необычного поведения воды, когда она ограничена липидной мезофазой, были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology .

« Ключевым фактором является соотношение липидов к воде », – объяснил профессор Раффаэле Мецценга из Лаборатории пищевых и мягких материалов в ETH Zurich. Следовательно, содержание воды в смеси определяет температуры, при которых изменяется геометрия мезофазы. Например, если смесь содержит 12% воды по объему, структура мезофазы изменится при температуре 15 ° C от кубического лабиринта до пластинчатой ​​структуры.

Натуральный антифриз для бактерий

Что делает разработку этих липидов настолько сложной, так это их синтез и очистка.

Д-р Эхуд Ландау, профессор химического факультета Цюрихского университета.

Ландау объяснил, что причина этого в том, что молекулы липидов состоят из двух частей: одна притягивает воду (гидрофильная), а другая отталкивает воду (гидрофобная). « Это делает их чрезвычайно трудными для работы с », – заявил он.

Новый мягкий биоматериал, изготовленный из воды и липидных мембран, имеет сложную структуру, которая увеличивает интерфейс воды с гидрофильными частями и уменьшает ее контакт с гидрофобными частями.

Новая группа липидов была впоследствии смоделирована на мембранах специфических бактерий. Эти микроорганизмы также создают уникальный класс липидов, которые собираются самостоятельно и могут естественным образом ограничивать количество воды в их внутреннем пространстве, позволяя микробам переноситься в чрезвычайно холодных условиях.

Новизна наших липидов заключается во введении сильно напряженных трехчленных колец в специфические положения внутри гидрофобных частей молекул. Они обеспечивают необходимую кривизну для образования таких крошечных водяных каналов и предотвращают кристаллизацию липидов .

Д-р Эхуд Ландау, профессор химического факультета Цюрихского университета.

Мягкая материя для исследований

Новые липидные мезофазы будут в основном служить инструментом для других исследователей. С помощью этих липидных мезофаз огромные биомолекулы в среде, имитирующей мембрану, могут быть неразрушительно разделены, сохранены и изучены, например, с помощью криогенной электронной микроскопии. Этот метод все чаще используется биологами для установления функций и структур огромных молекулярных комплексов или гигантских биомолекул, таких как белки.

В обычном процессе замораживания, когда образуются ледяные кристаллы, они обычно повреждают и разрушают мембраны и важные биомолекулы, что не позволяет нам определить их структуру и функцию при взаимодействии с липидными мембранами.

Доктор Раффаэле Меззенга, профессор, Лаборатория пищевых и мягких материалов, ETH Zurich.

Однако, не с новой мезофазой, которая, помимо того, что является неразрушающей, поддерживает эти молекулы в их первоначальном состоянии, а также в присутствии другого главного строительного блока жизни, то есть липидов.

« Наше исследование открывает путь для будущих проектов по определению того, как белки могут сохраняться в в их первоначальной форме и взаимодействовать с липидными мембранами при очень низких температурах », – заявил ETH профессор.

Кроме того, новый класс мягкой материи может даже использоваться в многообещающих применениях, где необходимо предотвратить замерзание воды.

Но наша работа не была направлена ​​на экзотические приложения. Нашей основной задачей было дать исследователям новый инструмент, который облегчил бы изучение молекулярных структур при низкой температуре без кристаллов, влияющих на лед, и, в конечном счете, чтобы понять, как два основных компонента жизни, то есть вода и липиды, взаимодействуют в экстремальных температурных и геометрических условиях. удержания.

Доктор Раффаэле Мецценга, профессор, Лаборатория пищевых и мягких материалов, ETH. Цюрих

Source link

Исследователи-инженеры по искусственным атомам, которые функционируют при комнатной температуре

С помощью недавно опубликованного открытия физика Университета Орегона (ОО) Бена Алемана сверхзащищенные онлайн-коммуникации, совершенно непостижимые при перехвате, стали на шаг ближе к тому, чтобы стать реальностью.

Изображение предоставлено: Университет Орегона

[1945901] [1945901]

Алеман, член Центра оптических, молекулярных и квантовых наук при Университете США, разработал искусственные атомы, которые функционируют в окружающей среде. Исследование, опубликованное в журнале Nano Letters, могло бы стать важным шагом в усилиях по созданию безопасных квантовых сетей связи и полностью оптических квантовых вычислений.

Большой прорыв заключается в том, что мы обнаружили простой, масштабируемый способ нанобработки искусственных атомов на микрочипе, и что искусственные атомы работают в воздухе и при комнатной температуре. Наши искусственные атомы позволят много новых и мощных технологий. В будущем их можно было бы использовать для более безопасных, более безопасных, полностью частных коммуникаций и гораздо более мощных компьютеров, которые могли бы создавать жизненно важные лекарства и помогать ученым глубже понять вселенную с помощью квантовых вычислений.

Бен Алеман, физик, Институт материаловедения и Центр оптических, молекулярных и квантовых наук, УО.

Джошуа Циглер, аспирант из лаборатории Алемана, и его коллеги просверлили отверстия – шириной 500 нм и глубиной 4 нм – в тонком двумерном листе гексагонального нитрида бора, который также называют белым графеном из-за его белого цвета и атомная толщина.

Чтобы просверлить отверстия, исследователи использовали процесс, похожий на мойку под давлением, но вместо струи воды они использовали сфокусированный пучок ионов, чтобы вытравить круги в белый графен. Затем они нагревали материал в кислороде при высоких температурах, чтобы устранить остатки.

Циглер, используя оптическую конфокальную микроскопию, впоследствии наблюдал небольшие пятна света, испускаемого из пробуренных участков. Изучив свет с помощью методов подсчета фотонов, он узнал, что отдельные яркие пятна излучают свет на минимально возможном уровне – по одному фотону за один раз.

Эти узорчатые яркие пятна являются искусственными атомами, и они обладают рядом одинаковых свойств реальных атомов, таких как однофотонное излучение.

С триумфом проекта, сказал Алеман, UO в настоящее время находится впереди в гонке по созданию таких материалов в квантовых исследованиях. Это приносит радость Алеману.

Когда он вступил в УО в 2013 году, он планировал следовать идее, что искусственные атомы могут быть сформированы в белом графене. Однако, прежде чем Алеман смог начать собственное исследование, другая университетская команда обнаружила искусственные атомы в чешуйках белого графена.

Алеман тогда стремился развить это открытие. Изготовление искусственных атомов является основным шагом к их использованию в качестве источников одиночных частиц света в квантовых фотонных схемах, заявил он.

Наша работа предоставляет источник одиночных фотонов, которые могут выступать в качестве носителей квантовой информации или кубитов. Мы создали образцы этих источников, создавая столько, сколько мы хотим, там, где мы хотим. Мы хотели бы сформировать эти однофотонные излучатели в цепи или сети на микрочипе, чтобы они могли общаться друг с другом или с другими существующими кубитами, такими как твердотельные спины или кубиты сверхпроводящих цепей.

Бен Алеман, физик, Институт материаловедения и Центр оптических, молекулярных и квантовых наук УО.

Соавторами статьи являются докторанты UO Джошуа Циглер, Рэйчел Клэйс, Эндрю Блэйки и Дэвид Миллер, а также Вива Горовиц, профессор физики в Гамильтонском колледже в Нью-Йорке, который провел лето 2018 года в лаборатории Алемана во время посещения профессор.

Исследования, проводимые при поддержке Национального научного фонда, проводились в лаборатории Алемана, Центре передовых исследований свойств материалов в Орегоне и в Центре быстрого прототипирования материалов штата Орегон. Последний был создан в 2016 году наградой Благотворительного фонда М. Дж. Мердока.

Source link

Ученые создают новую технику для визуализации 2D кристаллов борофена

Возможно получить графен из графита. Однако как насчет борофена? Не существует ничего, что называется борит .

Ученые из университетов Райс и Северо-Западного региона разработали методику получения изображений двумерного борофена и сопоставления их с моделями , Полиморфный борофен перспективен для электронного, теплового, оптического и других применений. Исследователи также создали фазовую диаграмму справа с подробной информацией о полиморфах борофена, наблюдаемых до настоящего времени. (Фото предоставлено: Сяолун Лю / Северо-западный университет)

В отличие от углеродного аналога, двумерный борофен не может быть восстановлен из более крупной природной формы. Объемный бор обычно присутствует только в сочетании с другими элементами и действительно не является слоистым, поэтому борофен должен быть получен из атомов вверх. Тем не менее, полученный борофен может быть не совсем тем, что требуется.

Таким образом, ученые из университетов Райс и Северо-Западного региона разработали метод, позволяющий увидеть двумерные кристаллы борофена, которые могут иметь несколько конфигураций решетки, известных как полиморфы, которые, в свою очередь, определяют их характеристики.

Получение информации о том, как можно получить конкретные полиморфы, могло бы помочь производителям включать в продукты борофен с необходимыми тепловыми, электронными, оптическими и другими физическими свойствами.

Борис Якобсон, физик материалов в Технической школе Райса Брауна, и Марк Херсам, материаловед из Северо-Запада, руководили командой, которая открыла, как просматривать наноразмерные структуры решеток борофена, а также разработала теоретические модели, которые помогли охарактеризовать кристаллический материал. структуры.

Об их результатах сообщалось в Nature Communications .

Трудно производить борофен даже в небольших количествах. Даже если его можно увеличить, производители, вероятно, предпочтут модифицировать его для приложений. В этом отношении помогут знания, полученные командами Райс и Северо-Запад.

Графен принимает единственную форму – серию шестиугольников, напоминающих проволочную сетку, – но идеальным борофеном является сетка из треугольников. Тем не менее, борофен – это полиморф, материал, который может принимать множество кристаллических форм. Электрические и физические свойства борофена определяются его вакансиями, которые оставляют структуры «полых шестиугольников» в решетке.

Якобсон сообщил, что теоретически может быть более 1000 видов борофена, каждый с отличительными характеристиками.

У этого есть много возможных образцов и сетей атомов, связанных в решетке .

Борис Якобсон, физик материалов, Техническая школа Брауна, Университет Райса

Работа началась в северо-западной лаборатории Херсама, где ученые изготовили острый наконечник атомно-силового микроскопа с острым наконечником из атомов кислорода и углерода. Это дало им возможность сканировать чешуйку борофена, чтобы обнаружить электроны, которые обозначают ковалентные связи между атомами бора. Они использовали сканирующий туннельный микроскоп, который был настроен таким же образом, чтобы идентифицировать полые шестиугольники, в которых был потерян атом бора.

Путем сканирования чешуек, образованных на серебряных подложках при различных температурах посредством молекулярно-лучевой эпитаксии, были обнаружены различные кристаллические структуры, поскольку изменяющиеся условия роста модифицировали решетку.

« Современная микроскопия очень сложна, но в результате, к сожалению, получаемое вами изображение, как правило, трудно интерпретировать », – заявил Якобсон. « То есть трудно сказать, что изображение соответствует определенной атомной решетке. Это далеко не очевидно, но именно здесь появляются теории и симуляции ».

Команда под руководством Якобсона использовала моделирование по первому принципу, чтобы выяснить, почему борофен приобрел определенные структуры на основе расчета взаимодействующих энергий как бора, так и атомов субстрата. Их модели соответствовали многим изображениям борофена, созданным на Северо-западе.

« Из моделирования мы узнали, что важна степень переноса заряда с металлической подложки на борофен », – сказал он. « То, как много всего происходит, может иметь значение ».

Ученые доказали, что борофен также не является эпитаксиальной пленкой. Проще говоря, расположение или угол поворота борофена не зависит от атомного расположения подложки.

Группа создала фазовую диаграмму, которая описывает, как борофен может образовываться при определенных температурах и на ряде подложек, и отметила, что их микроскопические разработки будут полезны для определения атомных структур перспективных 2D материалов.

Разработка методов для характеристики и управления атомной структурой борофена является важным шагом к реализации многих предлагаемых применений этого материала, которые варьируются от гибкой электроники до новых тем в квантовой информатике .

Марк Херсам, ученый материалов, Северо-Западный

Ведущими авторами статьи являются Сяолун Лю из Северо-Запада и Луцин Ван из Райса. Шаовей Ли и Мэтью Ран из Северо-западного региона являются соавторами. Якобсон – профессор материаловедения и наноинженерии им. Карла Ф. Хассельмана и профессор химии в Райсе. Херсам является профессором материаловедения и инженерии Уолтера П. Мерфи на Северо-западе.

Исследование было поддержано Управлением военно-морских исследований, Национальным научным фондом, Министерством энергетики Министерства науки и Международным институтом нанотехнологий Северо-Западного университета.

Источник: https://www.rice.edu/

Source link