مرکز انجمنهای تخصصی

 فناوري‌نانو پارچه‌هاي پشمي را اصلاح مي‌کند 

دانشمندان در آکادمي علوم چين و دانشگاه پلي‌تکنيک هنگ کنگ توانسته‌اند با ايجاد لايه بسيار نازکي از نانوذرات سيليکا روي سطح پارچه‌هاي پشمي خواص آنها را به طور قابل‌توجهي بهبود دهند. اين لايه پايداري خوبي داشته و با شستشو حذف نمي‌شود. اين پژوهشگران ابتدا براي ايجاد لايه‌اي از سيلان واکنش‌پذير روي سطح اين پارچه‌هاي پشمي از يک روش ساده و مؤثر استفاده کردند و سپس با کمک يک روش رشد درجا، لايه‌ي بسيار نازکي از نانوذرات سيليکايي رشد دادند که با پيوندهاي شيميايي به لايه سيلاني متصل بودند.


   تصاوير جذب قطرات آب روي چپ: پارچه پشمي اصلاح نشده و راست: پارچه پشمي اصلاح شده. 
دانگ چن، يکي از اين محققان مي‌گويد: اين پارچه‌هاي پشمي اصلاح شده خواص جذب‌کنندگي فوري و خشک‌شوندگي سريع دارند. مهم‌تر آنکه اين خواص بعد از 20 بار شستن نيز حفظ مي‌شوند.

بر اساس آزمايشات و بررسي‌هاي اين دانشمندان سرعت جذب آب توسط اين پارچه پشمي اصلاح‌شده با نانوذرات سيليکا بسيار بالا است و ضريب نفوذ آب در آن نيز بزرگ است. اين خواص جهت جذب فوري و خشک‌شدن سريع آب يا عرق روي سطح پوست انسان بسيار مهم مي‌باشند.

روش ساخت نسبتاً ساده‌ي اين پژوهشگران شامل دو مرحله است. اولين مرحله عامل‌دار كردن پارچه‌هاي پشمي است كه با غوطه‌ور كردن در يك محلول سيلان و سپس خشك كردن آنها براي 20 دقيقه انجام مي‌شود. عامل‌هاي ايجاد شده همانند لنگر عمل مي‌كنند. مرحله دوم اتصال نانوذرات سيليكا مي‌باشد كه از طريق يك واكنش هيدروليزي بين عامل‌هاي آلكيل‌سيلان ايجاد شده روي سطح پارچه پشمي در مرحله اول و تترااتوكسيلان انجام مي‌شود.

به دليل اينكه هر دو مرحله‌ي اصلاح سطحي و اتصال نانوذرات پشت‌سرهم و طي يك فرآيند انجام مي‌شوند، تمام فرآيند ساخت آسان است.

به اعتقاد اين محققان لايه واكنش‌پذير ايجاد شده بوسيله محلول سيلان در مرحله اول بواسطه نوع گروه‌هاي عاملي خود مي‌تواند به ديگر نانوذرات عملكردي نيز به خوبي متصل شود. بعلاوه راهبرد رشد درجا توان بالقوه‌اي براي اصلاح شيميايي ديگر عوامل عملكردي دارد. با اين فناوري مي‌توان در نهايت به منسوجات هوشمندي دست يافت که دوام خوبي طي شستشوهاي متوالي دارند و هنگام پوشيدن نرم و راحت هستند.

اين پژوهشگران در ادامه تحقيق خود روي دو موضوع متمرکز خواهند شد. 1) ايجاد عملکردهاي چندگانه در يک سيستم منسوجات منفرد مبتني بر راهبرد عامل‌دار کردن با سيلان و رشد درجا. 2) ارزيابي ايمني بيولوژيکي اين منسوجات اصلاح شده.

نتايج اين پژوهش در مجله‌ي ChemSusChem به چاپ رسيده است.


[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 [HIGHLIGHT=#c4bd97]شناسايي سريع ويروس با آشکارساز نانوذره‌  

يک تکنيک آشکارسازي نانوذره‌اي بسيار حساس جديد را مي‌توان در تشخيص سريع عفونت‌هاي ويروسي مورد استفاده قرار داد. اين تکنيک، که توسط پژوهشگران در آمريکا ابداع شده است، مي‌تواند بين ويروس‌هاي متفاوت تمايز قائل شود و داراي حساسيت کافي براي آشکارسازي حضور يک ذره ويروسي منفرد است.

تکنيک‌هاي حساس و سريع براي آشکارسازي ويروس‌ها و ساير عوامل بيماريزا مي‌توانند زندگي‌ها را نجات دهند و از گسترش بيماري جلوگيري کنند. در گذشته، دانشمندان از تکنيک‌هاي برچسب‌گذاري و نيز حسگرهايي که ساخت آنها سخت و گرانقيمت است براي شناسايي عوامل بيماريزا استفاده مي‌کردند. اکنون، سِليم اونلو و همکارانش از دانشگاه بوستون يک روش آشکارسازي ارزان و بدون برچسپ بر اساس سيليکون ابداع كرده‌اند.



   اين تکنيک ويروس آنفلانزاي H1N1 را شناسايي کرد. 
اين گروه از يک قرص سيلکوني براي ساخت يک سطح تخت و صاف که براي اندازه‌گيري‌هاي دقيق ضروري است، استفاده کردند و نشان دادند که تکنيک آنها مي‌تواند دانه‌هاي ريز پلي استايرن و ويروس‌هاي آنفلانزاي H1N1 را که داراي قطر 100 نانومتر هستند، آشکارسازي کند. هنگامي که يک ويروس با پادتني که مختص آن ويروس است، به اين سطح پيوند مي‌خورد به خاطر اثرات تداخلي-که از تأخير نور برهم‌کنش‌کننده با ذره ناشي مي‌شود- يک سيگنال نوري توليد مي‌شود. اين گروه همچنين قادر به تمايز بين ذرات با اندازه‌هاي متفاوت تا كمتر 70 نانومتر است که مي‌تواند به آنها در حذف اختلال ناشي از ذرات کوچک‌تر مانند پروتئين‌هاي موجود در سرم يا نمونه‌هاي بزاقي، کمک کند.

امتياز کليدي فناوري اين گروه در اندازه حسگر استفاده شده توسط آنها است. اکثر تکنيک‌هاي آشکارسازي عوامل بيماريزاي منفرد از حسگرهاي بسيار کوچکي استفاده مي‌کنند، اما همان‌طور که اونلو توضيح مي‌دهد، چنين تکنيک‌هايي کار سختي در يافتن ويروس خواهند داشت. او مي‌گويد: "مزيت کار ما در اين است که داريم همان کار را بر روي سطحي که بسيار بزرگ - در حدود چند صد ميکرون و يا حتي يک ميليمتر- است، انجام مي‌دهيم. بنابراين ما صدها هزار و يا يک ميليون حسگر با حساسيت تک ذره‌اي داريم. اين کار به شما اجازه مي‌دهد تا در غلظت‌هاي بسيار کم، بسيار حساس باشيد. "

اونلو مي‌گويد که اين رهيافت مي‌تواند براي آشکارسازي هر ويروسي استفاده شود به شرطي که پادتن‌هاي آنها موجود باشد. گروه او کار خود را بر روي تب‌هاي خوني مانند ابولا و ماربورگ شروع کرده است.

نتايج اين پژوهش در مجله‌ي Nano Letters منتشر شده است.


[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 [HIGHLIGHT=#c6d9f0]افزايش جذب دارو و کاهش پاسخ التهابي با نقاط   
پژوهشگراني از دانشگاه ايالتي نيويورگ در بوفالو با استفاده از نقاط کوانتومي فناوري نويني ابداع كرده‌اند که انتظار مي‌رود تأثيرات بزرگي در پژوهش و درمان بيماري سل و ساير بيماري‌هاي التهابي ريه داشته باشد.

دانشمندان علاقمند به نقاط کوانتومي هستند زيرا آنها يک حامل بسيار خوب مي‌باشند و طول عمر بيشتري نسبت به رنگدانه‌هاي متداولي که براي علامت‌‌گذاري مولکول‌ها استفاده مي‌شوند و معمولاً خاصيت نورافشاني آنها در عرض چند ثانيه از بين مي‌رود، دارند.

اين پژوهشگران پيشرفت‌هاي مهمي در استفاده از نقاط کوانتومي، که گاهي اوقات اتم‌هاي مصنوعي خوانده مي‌شوند، براي ساخت افزاره‌هاي جديد جهت حسگري زيستي و محيطي داشته‌اند.



   تصوير چپ نشاندهنده بافت ريه است که به آن فقط دوکسوروبيسين تزريق شده است، در حاليکه تصوير سمت راست (نقاط زردرنگ) نشان‌دهنده اين است كه جذب اين دارو هنگامي كه با نقاط کوانتومي تحويل داده شده است، افزايش يافته است.  لينك عكس در مقياس بزرگ  **[External Link Removed for Guests]** 
در اين پژوهش، نقاط کوانتومي به دوکسوروبيسين (doxorubici N ، که يک داروي شيمي درماني ضد سرطان است، متصل ‌شدند تا به سلول‌هاي خاص ريه، به نام ياخته‌هاي بيگانه‌خوار (ماكروفاژهاي) حفره‌دار (aMØ) که نقش اساسي در ايجاد بسياري از آسيب‌هاي التهابي ريه دارند، حمله کنند.

کريشنان چاکراوارثي، يكي از اين محققان، مي‌گويد: " aMØيک سلول نگهبان براي جهت‌دهي پاسخ‌هاي ايمني سازگار و ذاتي ميزبان در بيمارهاي عفوني و غيرعفوني ريه مانند COPD است. نقش مرکزي aMØ در پاسخ به تأثيرات محيطي باعث شده است تا به عنوان يک نامزد ايده‌آل جهت تحويل هدفگيري شده دارو براي تعديل پاسخ ايمني/التهاب تلقي گردد. "

اين پژوهشگران براي تست توانايي اتصال نقطه کوانتومي- دوکسوروبيسين (QD-DOX) در کاستن التهاب ريه، QD-DOX و يا دوکسوروبيسين تنها را به موش‌هاي خانگي و صحرايي تزريق کرده و آسيب‌هاي وارد شده به ريه را ارزيابي کردند. معلوم شده است که دوکسوروبيسين، که يک داروي ضدسرطان مرسوم است، مسبب انواع مختلفي از پاسخ‌هاي ايمني مضر در بيماران سرطاني است.

نتايج نشان داد که QD-DOX در مقايسه با دوکسوروبيسين تنها جذب دارو را افزايش و پاسخ‌هاي التهابي را کاهش مي‌دهد. همچنين اين محققان نشان دادند که فرمول QD-DOX به محض ورود به سلول هدف، دارو را آزاد کرده و خاصيت بيوفعالي خودش را همچنان حفظ مي‌کند.

اين محققان جزئيات نتايج تحقيق خود را در مجله‌ي Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine منتشر كردند.


[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 [HIGHLIGHT=#ebf1dd]کيوبيت‌هاي نانوالماس و بلورهاي   

محققان دانشگاه هومبولدت موفق به ساخت يک سيستم کوانتومي پردازشگر اطلاعات شدند که مي‌تواند گام جديدي به‌سوي توليد کامپيوترهاي کوانتومي باشد.

بي‌شک پردازش اطلاعات کوانتومي يکي از جذاب‌ترين بخش‌هاي فيزيک کوانتوم مدرن است. کامپيوترهاي کوانتومي از بيت‌هاي کوانتومي به‌عنوان واحد‌هاي اطلاعاتي استفاده مي‌کنند. با تبعيت از قوانين مکانيک کوانتوم، چنين کامپيوترهايي قادرند چندين کار پردازشي بسيار دشوار را که با فناوري امروزي قابل انجام نيست، انجام دهند. در چند دهه‌ي گذشته، دانشمندان آموخته‌اند که تعداد اندکي از بيت‌هاي کوانتومي را کنترل کرده و بخوانند.

اخيراً پژوهشگران آلماني در دانشگاه هومبولدت موفق شدند که يک نمونه‌ي ابتدايي از سيستم هيبريدي پردازش‌کننده‌ي کوانتومي را بسازند. آنها براي اين کار از برانگيختگي‌هاي الکتروني در نانوذرات الماس استفاده کردند. نانوذرات الماس به‌عنوان بيت‌هاي کوانتومي و نانوساختارهاي نوري به کار گرفته‌ شده، که به بلورهاي فتونيک شهرت دارد. چنين مهندسي‌اي ممکن است اجازه‌ي‌ ادغام سيستم‌هاي چندکيوبيتي را روي يک تراشه‌ي ميکرومتري براي ساخت کامپيوترهاي کوانتومي دهد.

نتايج کار اين گروه منجر به ارائه‌ي راهبرد براي بسط سيستم اطلاعات کوانتومي به مقياس بزرگ‌تر شد که پيش از اين امکان‌پذير نبوده‌است. جانيک ولتر از دانشگاه صنعتي برلين مي‌گويد که آزمايش‌هاي ما مرحله‌ي مهمي از مسير طولاني به‌سوي ساخت تراشه براي پردازش اطلاعات کوانتومي است و مي‌تواند رؤياي کامپيوترهاي کوانتومي را به واقعيت تبديل کند.



[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 [HIGHLIGHT=#c6d9f0]ساخت کوچک‌ترين بطري آب   

محققان چيني و آلماني با دستکاري ساختار فولرين، موفق شدند که آن را به‌نحوي طراحي کنند که بتوان درون آن مولکول‌هاي آب را قرار داد. از اين سيستم مي‌توان در حمل و نقل مواد در مقياس بسيار کوچک استفاده کرد. در اين پروژه از گروه‌هاي فسفات براي باز و بسته کردن دهانه‌ي فولرين استفاده شده‌است.

کيانيان زانگ و همکارانش در بنجينگ با همکاري همتايان آلماني خود، مقاله‌اي را درباره‌ي قفسه‌هاي فولريني در نشريه‌ي Angewandte Chemie چاپ کردند. پيش از اين، پژوهشگران نشان داده بودند که از قفسه‌هاي فولرين مي‌توان براي کپسوله کردن مواد استفاده کرد، در اين پروژه اين محققان راهي براي باز و بسته کردن فولرين به‌منظور داخل کردن آب درون آن ارائه دادند.

  
يکي از بخش‌هاي مهم اين پروژه ايجاد دهانه‌اي با اندازه‌ي مناسب است؛ به‌طوري که يک مولکول آب بتواند از آن عبور کند، همچنين اصلاح ساختار فولرين، از ديگر بخش‌هاي مهم اين پروژه به شمار مي‌رود. به‌دليل خواص شيميايي اين ماده، گروه‌هاي فسفات موجود در دهانه‌ي فولرين مي‌تواند به‌راحتي به لبه‌ي دهانه متصل و بعد جدا شوند، با اين کار تک‌مولکول آب مي‌تواند درون آن محصور شود.

از اين مولکول مي‌توان در نقل و انتقال مولکول‌هاي کوچک يا اتم‌هاي راديواکتيو براي مقاصد پزشکي استفاده کرد.


[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 [HIGHLIGHT=#ddd9c3]توليد چارچوب پليمري جديد براي درمان پوکي   

پوکي استخوان يکي از بيماري‌هاي شايعي است که يک سوم زنان و يک دوازدهم مردان بالاي 50 سال را درگير مي‌کند. استخوان اين بيماران بسيار شکننده بوده و خطر شکستگي مفصل ران، مچ و دنده در آنها بسيار بالاست. مهندسي بافت يکي از روش‌هاي جذاب براي ترميم استخوان‌هاي شکننده و يا شکسته است. در اين رشته از علم از سلول‌هاي بنيادي، فاکتورهاي رشد و چارچوب‌ها براي توليد بافت‌هاي جديد استفاده مي‌شود. چارچوب‌ها ساختارهاي متخلخلي هستند که به‌عنوان پايه براي تکثير، تمايز و تشکيل بافت‌ها عمل مي‌کنند. با اين حال اين فناوري هنوز در مراحل اوليه خود قرار داشته و موانع زيادي وجود دارند که بايد برطرف شوند.

چارچوب‌ها که نقش بافت برون‌سلولي را ايفا مي‌کنند، کيفيت و موفقيت تشکيل بافت‌هاي جديد را در مهندسي بافت بهبود مي‌بخشند. لي ژو و همکارانش از موسسه مهندسي و تحقيقات مواد A*STAR يک سري مواد کوپليمري براي ساخت چارچوب‌هاي مورد استفاده در مهندسي بافت ايجاد کرده‌اند. ويژگي‌هاي مکانيکي، شيمي سطح و تخلخل اين چارچوب‌ها شبيه محيط برون‌سلولي بافت استخوان انسان مي‌باشد. اين چارچوب‌ها زيست‌تخريب‌پذير و جاذب بسيار خوب آب و مواد معدني کلسيمي هستند که اين ويژگي‌ها براي توليد مجدد استخوان، ايده‌آل هستند.



    SEM از چارچوب‌هاي کوپليمري  
پلي‌هيدروکسي بوتيرات (PHB) يک پليمر زيست‌سازگار، زيست‌تخريب‌پذير و فراوان است که توسط باکتري‌ها توليد مي‌شود. با اين حال PHB به ندرت به‌عنوان ماده چارچوب استفاده مي‌شود، زيرا شکننده و آبگريز است. ژو و همکارانش با اضافه کردن بخش‌هاي پلي‌اتيلن گليکولي (PEG) به زنجيره اصلي PHB آن را آبدوست و انعطاف‌پذير نمودند. سپس با استفاده از روش الکتروريسندگي، اليافي از کوپليمر PHB-PEG را به شکل ساختارهاي متخلخل توليد کردند.

اندازه‌گيري‌هاي انجام شده نشان دادند که مي‌توان ماده توليد شده را قبل از پاره شدن تا 20 برابر طول اوليه آن کشيد. همچنين قدرت جذب آب چارچوب‌هاي توليد شده از اين کوپليمر جديد بسيار بيشتر از چارچوب‌هاي ساخته شده از PHB بوده و اين چارچوب‌ها در طول مدت کشت سلول، يکپارچگي خود را حفظ مي‌کنند.

اين گروه از محققان تکه کوچکي از چارچوب توليد شده را در مايعي شبيه مايع درون بدن که حاوي نمک‌هاي مختلفي همچون کلريد سديم، کلريد کلسيم و دي‌سديم هيدروژن فسفات بود قرار داده و مشاهده کردند که بدون نياز به تغييرات سطحي، فرايند معدني‌سازي در اين ساختارهاي حفره‌اي اتفاق مي‌افتد.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

[FONT=Tahoma, Tahoma, Tahoma, Tahoma][COLOR=#NaNNaNNaN][FONT=Tahoma, Tahoma, Tahoma, Tahoma][COLOR=#NaNNaNNaN] [HIGHLIGHT=#c6d9f0][COLOR=#4f6128]
نانولوله‌ها مي‌توانند آنتن نوري ايده‌آلي باشند  

پژوهشگران کرنل کشف کرده‌اند که نانولوله‌های کربنی می‌توانند در مقیاس نانو نور را دریافت و منتقل كنند. طبق گفته جیوونگ پارک، استاد دانشگاه کرنل، نانولوله‌های کربنی ممکن است روزی سیم‌های پخش‌کننده نور ایده‌آلی (آنتن‌های ریز و تقریباً نامرئی که رنگ‌های معینی از نور را کنترل، جذب و منتشر می‌کنند) بسازند.

این پژوهشگران تفرق ریلی (Rayligh) نور (همان پدیده‌ای که آسمان را آبی می‌کند) از نانولوله‌های کربنی رشد یافته در آزمایشگاه، را استفاده کردند آنها متوجه شدند که در حالی که پیشرفت تفرق نور به طور عمده کلاسیک و ماکروسکوبی است، رنگ و شدت پرتوی متفرق ‌شده بوسله خواص کوانتومی ذاتی تعیین می‌شود. به عبارت دیگر، ساختار مولکولی پیوندی کربن- کربن ساده‌ی این نانولوله مشخص می‌کند که چگونه آنها مستقل از شکل‌شان نور را متفرق می‌کنند، این با خواص ساختارهای نوری نانومقیاس فلزی امروزی متفاوت است.


   [HIGHLIGHT=#d8d8d8]يك طرح هنرمندانه از نانولوله‌هاي كربني پخش‌كننده نور.   متوجه شدند که این نانولوله‌ها هنگام انتقال نور، همانند یک نمونه بسیار کوچک آنتن رادیویی که در دستگاه والکی- تالکی (دستگاه مخابره یا رادیویی ترانزیستوری کوچک) دیده شده، رفتار می‌کنند، به استثنای اینکه آنها بجای امواج رادیویی با نور برهم‌کنش می‌کنند آنها همچنین متوجه شدند که اصول حاکم بر این برهم‌کنش بین نور و نانولوله‌ها مشابه با اصول حاکم بین آن آنتن رادیویی و سیگنال رادیویی است.

این پژوهشگران برای انجام آزمایشات‌شان از یک روش استفاده کردند که در آزمایشگاه خودشان ابداع شده و سیگنال زمینه مزاحم را به‌طور کامل حذف می‌کند. در این روش، این سیگنال با روکش‌دهی سطح یک بستر با یک ماده‌ای که اندیس انکسار آن قابل‌تنظیم است، حذف می‌شود. قابل‌تنظيم بودن انديس انكسار اين روكش جهت نامرئی کردن آن از نظر نوری (نه فیزیک)، است. این تکنیک به این پژوهشگران این توانایی را می‌دهد که طیف‌های نوری مختلف تولید شده به‌وسیلة این نانولوله‌های کربنی را مشاهده کنند.

همچنین این تکنیک این امکان را فراهم می‌کند که تعداد زیادی از نانولوله‌های کربنی به آسانی و به سرعت مشخصه‌يابي شوند. این توانایی می‌تواند منجر به ابداع روش‌هایی برای رشد نانولوله‌های کربنی با مشخصه‌های یکسان شود.

جزئیات نتایج این كار تحقیقاتي تحت عنوان "نانولوله‌هاي كربني تك‌جداره بعنوان سيم‌هاي نوري اكسايتونيك" در مجله‌ي Nature Nanotechnology و تحت عنوان "طيف‌بيني و تصويربرداري ريلي روي تراشه از نانولوله‌هاي كربني" در مجله‌ي Nano Letters منتشر شده است.

[External Link Removed for Guests]
     

 [HIGHLIGHT=#92d050]توسعه ميکروالکترونيک به کمک اکسيدهاي فلزات   

امروزه مواد ميکروالکترونيک شامل لايه‌هاي نيمه‌هادي روي يک زيرلايه سيليکوني هستند. به‌منظور بهبود کارايي تجهيزات ميکروالکترونيک فناوري‌هاي ديگري نيز مورد مطالعه قرار گرفته‌ و محققان در حال تغيير نگرش خود به اکسيدهاي فلزات واسطه، ترموالکتريسيته و ظرفيت فوتوکاتاليستي هستند.

در ميان اين دسته از مواد، تيتانات استرنسيوم بسيار مورد توجه قرار دارد. اين ماده عايق هنگامي که به‌وسيله‌ي ايجاد مکان‌هاي خالي اکسيژن در سطح دوپ شود يک رساناي فوق‌العاده مي‌شود. در واقع، اين فصل مشترک SrTiO3 و اکسيدهاي ديگر (LaAlO3 و LaTiO3) است که رساناست. همچنين اين مواد در دماي اتاق خواصي نظير ابررسانايي و ترموالکتريسيته از خود نشان مي‌دهند. با وجود اين، مشکل اصلي در توليد اين فصول مشترک است.

اخيراً گروهي از دانشمندان دانشگاه پاريس يک گاز الکتروني فلزي دو بعدي (2DEG )ايجاد کرده‌اند. اين لايه هادي که تقريباً 2 نانومتر ضخامت دارد به طريق شکافتن تيتانات استرنسيوم در خلا و طي يک فرايند ساده و اقتصادي بدست آمد. عناصر سازنده SrTiO3 به مقدار فراوان در طبيعت وجود دارند و بر خلاف موادي که امروزه در ميکروالکترونيک به‌کار مي‌روند؛ سمي نيستند. همچنين مي‌توان 2DEG را با همين روش روي سطح اکسيدهاي فلزات واسطه ديگر ايجاد کرد.

کشف چنين لايه رسانايي گام مهمي به سوي ميکروالکترونيک مبتني بر اکسيدها است. يکي از دستاوردهاي اين کار مي‌تواند اتصال اکسيدهاي فروالکتريک به گاز الکتروني و توليد حافظه‌هاي پايدار باشد. نتايج اين مطالعه در شماره ژانويه سال 2011 مجله Nature منتشر شده است.

امروزه مواد ميکروالکترونيک شامل لايه‌هاي نيمه‌هادي روي يک زيرلايه سيليکوني هستند. به‌منظور بهبود کارايي تجهيزات ميکروالکترونيک فناوري‌هاي ديگري نيز مورد مطالعه قرار گرفته‌ و محققان در حال تغيير نگرش خود به اکسيدهاي فلزات واسطه، ترموالکتريسيته و ظرفيت فوتوکاتاليستي هستند.

در ميان اين دسته از مواد، تيتانات استرنسيوم بسيار مورد توجه قرار دارد. اين ماده عايق هنگامي که به‌وسيله‌ي ايجاد مکان‌هاي خالي اکسيژن در سطح دوپ شود يک رساناي فوق‌العاده مي‌شود. در واقع، اين فصل مشترک SrTiO3 و اکسيدهاي ديگر (LaAlO3 و LaTiO3) است که رساناست. همچنين اين مواد در دماي اتاق خواصي نظير ابررسانايي و ترموالکتريسيته از خود نشان مي‌دهند. با وجود اين، مشکل اصلي در توليد اين فصول مشترک است.

اخيراً گروهي از دانشمندان دانشگاه پاريس يک گاز الکتروني فلزي دو بعدي (2DEG )ايجاد کرده‌اند. اين لايه هادي که تقريباً 2 نانومتر ضخامت دارد به طريق شکافتن تيتانات استرنسيوم در خلا و طي يک فرايند ساده و اقتصادي بدست آمد. عناصر سازنده SrTiO3 به مقدار فراوان در طبيعت وجود دارند و بر خلاف موادي که امروزه در ميکروالکترونيک به‌کار مي‌روند؛ سمي نيستند. همچنين مي‌توان 2DEG را با همين روش روي سطح اکسيدهاي فلزات واسطه ديگر ايجاد کرد.

کشف چنين لايه رسانايي گام مهمي به سوي ميکروالکترونيک مبتني بر اکسيدها است. يکي از دستاوردهاي اين کار مي‌تواند اتصال اکسيدهاي فروالکتريک به گاز الکتروني و توليد حافظه‌هاي پايدار باشد. نتايج اين مطالعه در شماره ژانويه سال 2011 مجله Nature منتشر شده است.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 [HIGHLIGHT=#ddd9c3]توليد اولين نانوپردازنده‌هاي قابل برنامه ريزي جهان  

كاشي‌‌هاي نانوسيمي توانايي انجام کارهاي منطقي و رياضي را دارند و کاملاً مقياس‌پذير مي‌باشند. مهندسان دانشگاه هاروارد اولين نانوپردازنده قابل برنامه‌ريزي جهان را ساخته و به نمايش گذاشته‌اند.

نمونه اوليه اين سيستم رايانه‌اي جديد، بيانگر يک گام مهم در راستاي ارتقاي پيچيدگي مدارهاي رايانه‌اي است که مي‌توانند از مولفه‌هاي نانومقياسي سنتزي، آرايش يابند.

همچنين اين نمونه اوليه نشانگر يک پيشرفت است زيرا اين نانومدارهاي بسيار ريز مي‌توانند به ‌صورت الکترونيکي برنامه‌ريزي شوند و تعدادي از اعمال اصلي منطقي و رياضي را انجام دهند.


   [HIGHLIGHT=#c6d9f0]تصوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي با رنگ مصنوعي از يک نانوپردازنده نانوسيمي قابل برنامه‌ريزي که روي طرحواره يک ساختار مدار نانوريزپردازنده قرار گرفته است.  
چارلز لايبر، از دانشگاه هاروارد و يكي از اين محققان، مي‌گويد: "اين کار نشان‌دهنده يک پرش کوانتومي به سوي افزايش پيچيدگي و عملكرد مدارهاي ساخته شده از روش‌هاي پايين- به- بالا است و به ‌همين خاطر نشان مي‌دهد که اين نمونه پايين- به- بالا، که با روشي که امروزه مدارهاي تجاري از آن ساخته مي‌شود، متفاوت است، مي‌تواند در آينده در ساخت نانوريزپردازنده‌ها و ساير سيستم‌هاي مجتمع مورد استفاده واقع شود".

اين کار به خاطر پيشرفت‌هاي انجام شده در طراحي و سنتز آجربناهاي نانوسيمي امكان‌پذير شده است. اکنون اين مولفه‌هاي نانوسيمي نشانگر تکرارپذيري مورد نياز براي ساخت مدارهاي الکترونيکي عملكردي هستند و همچنين اين کار را در اندازه‌ها و موادي انجام مي‌دهند که انجام آنها با رهيافت‌هاي بالا- به- پايين متداول بسيار مشکل است.

علاوه براين، اين ساختار كاشي‌كاري شده بسيار مقياس‌پذير است و به‌همين خاطر اجازه آرايش نانوريزپردازنده‌هاي بزرگ‌تر و با خواص عملكردي بيشتر را مي‌دهد.

لايبر مي‌گويد كه در 10 تا 15 سال گذشته، پژوهشگراني که روي نانوسيم‌ها، نانولوله‌هاي کربني، و ساير نانوساختارها کار کرده اند، براي ساخت اکثر مدارهاي اساسي با استفاده از اين نانوساختارهاي منفرد كه خواص ويژه‌اي دارند، تلاش زيادي داشته‌اند. اکنون ما نشان داده‌ايم که اين كار امكان‌پذير است و از اينرو هيجان زيادي براي بکارگيري اين فرآيند پايين- به- بالا جهت ساخت الکترونيک آينده در ما ايجاد شده است.

ويژگي ديگر اين پيشرفت آن است که مدارهاي موجود در اين نانوپردازنده‌ها داراي توان مصرفي بسيار کم هستند، حتي با لحاظ کردن اندازه کوچک آنها، زيرا آنها شامل سوئيچ‌هاي ترانزيستوري هستند که "غيرفرار" مي‌باشند.

اين بدان معناست که برخلاف ترانزيستورهاي موجود در مدارهاي ريزرايانه اي متدوال، همينکه اين ترانزيستورهاي نانوسيمي برنامه‌ريزي شوند ديگر هيچ نيازي به توان الکتريکي اضافي براي نگهداري آنها نخواهد بود.

اين محققان نتايج خود را در مجله‌ي Nature منتشر كرده‌اند.


[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 [HIGHLIGHT=#dbeef3]كنترل جهت فضايي مولكول با موتور مولكولي   
 
دانشمندان هلندي يک سيستم کاتاليزوري تک مولکولي ساخته‌اند که از يک موتور مولکولي قابل راه‌اندازي با نور براي کنترل ديناميکي حالت کايرالي مولکول استفاده مي‌کند. اين گروه تحقيقاتي معتقد است که چنين سيستمي مي‌تواند يک ابزار مفيد براي ساخت کاتاليزورهاي قابل کنترلي که چندين کار متوالي را انجام دهد، باشد و کاربردهاي بالقوه ديگري براي موتورهاي مولکولي ايجاد کند.

بن فرينگا، که مسئوليت هدايت اين کار را به همراه جائوبينگ وانگ از دانشگاه گرونينگن بعهده دارد، مي‌گويد: "تا جايي که ما اطلاع داريم اين يک رفتار بي‌نظير است. معمولا تغيير دادن راست يا چپ دستي محصولِ يک تبديل نامتقارن کاتاليزوري بدون استفاده از انانتيومر مخالف مربوط به کاتاليزور بسيار مشکل است".




[HIGHLIGHT=#ddd9c3]چرخش ساعتگرد يک چرخنده حول محور، که شامل گام‌هاي فوتوشيمي و گرمايي است، مي‌توانند با ايجاد وضعيت‌هاي ترتيبي I و II، و III با فعاليت‌ها و فضاگزيني‌هاي متفاوت، مکان و جهت‌گيري مارپيچي گروه‌هاي کاتاليزوري A و B را کنترل کند.
  

  اين گروه تحقيقاتي از مزيت خواص شيمي- فضايي ديناميکي منحصر به فرد موتورهاي مولکولي تک- جهتي که قابل تغيير با نور است، استفاده مي‌کند. گروه مذکور با مجتمع‌سازي گروه‌هاي عاملي کاتاليزوري در يک موتور توانست، سيستمي توليد کند که در آن يک انانتيومر منفرد مي‌تواند در محل مورد نظر تحريک شود و بر طبق نياز يک راسمات (racem ATE - يک انانتيومر مشابه و يا يک انانتيومر متفاوت محصول کايرالي - توليد کند.

فرينگا مي‌گويد: "ما مي‌توانيم بين سه حالت مختلف با فعاليت‌ها و فضاگزيني‌هاي مجزا سوئيچ کنيم. " ترتيب رخدادها از طبيعت تک- جهتي موتور تعيين مي‌شود. او افزود: "اين بمعناي آن است که با تغيير جهت چرخش مي‌توان ترتيب رسيدن حالت‌هاي کاتاليزوري مجزا را عوض کرد".

استفان فلچر، يک مختصص شيمي آلي از دانشگاه آکسفورد انگليسي، به اين کار علاقمند است. او مي‌گويد: "توانايي روشن کردن، خاموش کردن و يا حتي وارونه کردن ديناميکي گزينش‌پذيري يک کاتاليزور نامتقارن واقعاً يک موفقيت است. قابليت طراحي يک مولکول کاملاً سنتزي با اين سطح کنترل خيلي چشمگير است و نمايش زيبايي از قابليت‌هاي ماشين‌هاي مولکولي در آينده مي‌باشد".

اين دانشمندان جزئيات نتايج كار تحقيقاتي خود را در مقاله‌اي تحت عنوان "كنترل ديناميكي فضاي كايرال در يك واكنش نامتقارن كاتاليستي با استفاده از يك موتور مولكولي" در مجله‌ي Science منتشر كرده‌اند.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]  

 [HIGHLIGHT=#8db3e2]تحول در دنياي فناوري با صفحه‌هايي به ضخامت يک اتم   


روش جديد مجزا کردن مواد لايه لايه‌اي مانند گرافيت به صفحه‌هايي از ماده که ضخامتي به اندازه فقط يک اتم دارند، مي‌تواند منجر به تحول بزرگي در فناوري‌هاي ذخيره انرژي و الکترونيک جديد شود. يک گروه بين‌المللي براي ايجاد اين نانوصفحه‌ها به ضخامت يک اتم از گستره‌اي از مواد، روش جديدي ابداع کرده است. در اين روش از پالس‌هاي مافوق صوت شبيه آنچه بوسيله افزاره‌هاي تميزکننده جواهرات توليد مي‌شود، استفاده مي‌شود.


 
تصوير ميکروسکوپ الکتروني (STEM) از يک نانوصفحه.  


اين روش جديد ساده، سريع و ارزان است و مي‌توان آن را براي کار در مقياس صنعتي افزايش مقياس داد. هر لايه از گرافيت به ضخامت يک ميلي‌متر از حدود سه ميليون لايه‌ي گرافني (صفحه‌ مسطحي از کربن به ضخامت يک اتم) که روي همديگر قرار گرفته‌اند، تشکيل شده است.

دکتر والريا نيکولاسي از دانشگاه آکسفورد و يکي از اين محققان گفت: گرافن به دليل خواص الکترونيکي غيرمعمولش توجه زيادي را به خود جلب کرده است. فيزيکدانان اميدوارند که اين ماده روزي جايگزين سيليکون در الکترونيک شوند. اما در حقيقت صدها ماده لايه‌لايه‌اي ديگري وجود دارد که مي‌توانند ما را قادر سازند که فناوري‌هاي جديدي ايجاد کنيم.

نانوصفحه‌هاي تهيه‌شده از مواد لايه‌لايه‌اي، خواص الکترونيکي و شيميايي دارند که براي کاربردهايي در افزاره‌هاي الکترونيکي جديد، مواد کامپوزيتي ابرمستحکم و ذخيره و توليد انرژي، مناسب هستند. در عمل اين تحقيق تحول بزرگي در ساخت مواد ترموالکتريک مؤثر ايجاد مي‌کند.

حدود 150 نوع از اين مواد لايه‌لايه‌اي عجيب و غريب از قبيل نيتريد بور، دي‌سولفيد موليبدن و دي‌سولفيد تنگستن، وجود دارد که بسته به اجزاء شيميايي‌شان و چگونگي ترتيب اتم‌ها در آنها، مي‌توانند فلزي، نيمه‌فلز يا نيمه‌رسانا باشند. چندين دهه است که محققان سعي کرده‌اند که نانوصفحه‌هايي از اين نوع مواد ايجاد کنند که ضخامتي به اندازه فقط يک اتم داشته باشند. اگرچه روش‌هاي قبلي بسيار زمان‌بر و مقياس‌‌ناپذير هستند و منجر به موادي مي‌شوند که شکننده و غيرمناسب براي بيشتر کاربردها هستند.

دکتر نيکولاسي گفت: روش جديد ما کم‌هزينه، داراي راندمان بسيار بالا و توان عملياتي بسيار بزرگي مي‌باشد؛ با اين روش در عرض دو ساعت، و با فقط يک ميلي‌گرم از ماده لايه‌لايه‌اي مي‌توان بيليون‌ها و بيليون‌ها از نانوصفحه‌هاي شبه‌گرافني با ضخامت يک اتم، ساخت. بعلاوه ، اين روش را علاوه بر گرافيت، مي‌توان براي گستره وسيعي از ديگر مواد لايه‌لايه‌اي نيز بکار برد.

اين محققان جزئيات نتايج تحقيق خود را در مجله‌ي Science منتشر کرده‌اند.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 [HIGHLIGHT=#ebf1dd]نانوکامپوزيت جديد عملکرد باتري‌ها را بهبود مي‌دهد   
 
پژوهشگران در سنگاپور براي رفع مشکل تحليل رفتن و كاهش ظرفيت باتري‌هاي يون ليتيوم بعد از تعداد زيادي چرخه شارژ - تخليه، راهبرد جديدي شرح داده اند. اين راهبرد شامل استفاده از يک ماده نانوکامپوزيتي با ساختاري شبيه نخود فرنگي و پوسته شان است، که متشکل از نانوذرات اکسيد کبالت (Co3O4) درج شده در الياف کربني مي‌باشد.

باتري هاي يون ليتيوم براي توان دادن به گستره‌ي وسيعي از افزاره هاي الکترونيکي استفاده مي‌شوند. تاکنون تلاش هاي بسياري براي بهبود عملکرد اين باتري ها بويژه بهبود راندمان و رفع نقايص الکترودهاي آنها انجام شده است. در اين باتري ها، يون هاي ليتيوم طي فرآيندهاي شارژ و تخليه با تشکيل آلياژ يا تبديل شيميايي، به‌طور تکراري وارد الکترود ها شده و از آنها خارج مي‌شوند. اين فرآيندهاي تکراري سبب تحليل تدريجي الکترودها شده و به‌طور برگشت‌ناپذيري عملکرد اين باتري ها را بدتر مي کند.  
 

 
 
چپ: نانوذرات اكسيد كبالت درج شده در الياف كربني. راست: نخود فرنگي و پوسته‌شان. اين ساختار شبيه نخود فرنگي و پوسته‌شان، طول عمر الكترودها در باتري‌هاي يون ليتيوم را بهبود مي‌دهند.  


اکنون يو وانگ و همکارانش در A*STAR براي غلبه بر اين مشکل يک راهبرد ظريف شرح داده اند. اکسيد کبالت يک ماده نويدبخش براي آندها در باتري هاي يون ليتيوم است، زيرا ظرفيت آن براي نگه داشتن يون ها بيشتر از ظرفيت مواد الکترودي مرسوم از قبيل قلع است. بعلاوه Co3O4 به آساني به LiCoO3 که ماده اي است که اخيراً در کاتدهاي تجاري استفاده مي‌شود، تبديل مي شود. اين پژوهشگران با گرم کردن نانوتسمه هاي هيدرواکسيد کربنات کبالت روکش داده شده با لايه هاي گلوكز پليمره شده، در يک اتمسفر بي‌اثر در 700 درجه سلسيوس و سپس در هوا در 250 درجه سلسيوس، ساختارهايي شبيه نخود فرنگي و پوسته شان توليد کردند. الکترودهاي ساخته شده با اين نانوکامپوزيت ذخيره ليتيوم و ماندگاري ظرفيت را افزايش دادند.

وانگ مي گويد: نانوذرات کبالت بعنوان مواد فعال براي ذخيره يون هاي ليتيوم عمل مي کنند و الياف کربني اين نانوذرات را از جمع شدن و تخريب محافظت مي کنند. اين الياف کربني همچنين نقش هدايت الکترون ها از اين نانوذرات را بازي مي کنند.

اين پژوهشگران باور دارند که روش شان را مي توان براي توليد نانوذرات کپسوله شده با استفاده از گستره وسيعي از مواد بکار برد كه در کاربردهايي غير از باتري هاي يون ليتيوم، براي مثال در مهندسي ژن، کاتاليز، حسگري گاز و ساخت خازن ها و مگنت ها استفاده مي‌شوند.

اين پژوهشگران جزئيات نتايج کار تحقيقاتي خود را در مجله ي ACS Nano منتشر کرده اند.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]