Нанотехнологии

Цифровые глаза, как у насекомых

Исследователи из Гонконгского университета науки и технологии создали уникальную систему зрения для роботов, которая имитирует сложные глаза насекомых. Эта система, называемая составным глазом с пинхолом (PHCE), состоит из трёхмерной напечатанной сферической структуры с отверстиями и полусферического фоточувствительного детектора на основе перовскитных нанопроводов.

Принцип работы PHCE основан на просвечивании светом через отверстия-пинхолы в сферическом корпусе на расположенный внутри массив нанопроводных фотодетекторов. Каждый нанопровод выступает в роли омматидия (светочувствительного элемента) сложного глаза. Сигналы от отдельных нанопроводов объединяются в общее изображение.

Перовскитные нанопровода демонстрируют широкий спектральный диапазон фоточувствительности от видимого до ближнего инфракрасного диапазона. Они обладают высокой чувствительностью до 2,9 А/Вт при низкой освещённости 2,3 мкВт/см2 и стабильной работой в течение 10 месяцев.

Благодаря специально разработанному расположению отверстий-пинхолов, система PHCE обеспечивает ультраширокое поле зрения около 140 градусов. Используя две такие системы под углом 60 градусов, поле зрения расширяется до 220 градусов, позволяя определять положение объектов в трёхмерном пространстве.

Исследователи продемонстрировали работоспособность PHCE, интегрировав её с беспилотным летательным аппаратом для отслеживания движения наземного робота-квадропода. PHCE определяла положение робота по световому сигналу и передавала данные на дрон для корректировки траектории полёта.

Учёные выяснили, что двумерные материалы можно использовать в солнечных батареях в качестве барьерного слоя, что позволит повысить их эффективность и увеличить срок службы. Компьютерное моделирование показало, что двумерные соединения на основе нитридов цинка маловосприимчивы к воздействию окружающей среды и обладают высокой подвижностью носителей заряда. Эти свойства помогут усовершенствовать солнечные элементы и ускорить переход от традиционных источников энергии к экологически чистым. Результаты исследований, поддержанных грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журналах Physical Chemistry Chemical Physics и Nanoscale.

Батареи из куриного жира

Суперконденсаторы - это устройства для накопления энергии, которые играют важную роль в переходе к возобновляемым источникам энергии. Однако многие используемые в них материалы дороги и вредны для окружающей среды. Исследователи разработали метод получения электропроводящих углеродных наноструктур из отходов куриного жира для создания более экологичных электродов для суперконденсаторов.

Сначала они использовали газовую горелку для выжимания жира из курицы. Затем растопленный жир сжигали фитильным методом, аналогично масляной лампе. Образовавшуюся сажу, содержащую углеродные наноструктуры, собирали. Электронная микроскопия показала, что они представляют собой однородные сферические решетки из концентрических графитовых колец, похожие на слои лука.

Для улучшения электрических свойств углеродные наночастицы обрабатывали тиомочевиной. Полученные электроды продемонстрировали хорошую емкость, долговечность, высокую плотность энергии и мощности в асимметричном суперконденсаторе. Обработка тиомочевиной дополнительно повысила их характеристики.

Исследователи из Гонконгского университета науки и технологии создали уникальную систему зрения для роботов, которая имитирует сложные глаза насекомых. Эта система, называемая составным глазом с пинхолом (PHCE), состоит из 3х мерной напечатанной сферической структуры с отверстиями и полусферического фоточувствительного детектора на основе перовскитных нанопроводов.

Принцип работы PHCE основан на просвечивании светом через отверстия-пинхолы в сферическом корпусе на расположенный внутри массив нанопроводных фотодетекторов. Каждый нанопровод выступает в роли омматидия (светочувствительного элемента) сложного глаза. Сигналы от отдельных нанопроводов объединяются в общее изображение.

Учёные получили композит нового типа на основе алмаза и люминесцентных наночастиц внутри него. Разработанный материал сочетает в себе лучшие характеристики как алмаза, так и частиц — прочность, высокую теплопроводность и способность светиться в видимом диапазоне, что позволяет визуализировать невидимое рентгеновское излучение. Это поможет увидеть пучки излучения синхротронов и лазеров на свободных электронах — устройств, используемых для исследования структуры молекул и кристаллов с помощью рентгеновских лучей. Это нужно, чтобы контролировать форму рентгеновского пучка и понимать, проходит ли он через анализируемый объект. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Carbon.

Исследователи из AMOLF в сотрудничестве с партнёрами из Германии, Швейцарии и Австрии создали новый тип метаматериала, через который звуковые волны проходят необычным образом. Его способность усиливать механические колебания потенциально может улучшить сенсорные технологии и устройства обработки информации. Этот метаматериал является первым примером так называемой «бозонной цепочки Китаева», которая приобретает свои особые свойства благодаря своей природе топологического материала. Его удалось реализовать, заставив наномеханические резонаторы взаимодействовать с лазерным излучением посредством сил давления излучения.

Учёные УрФУ с коллегами из Индии и УрО РАН разработали нанокерамику, которая люминесцирует тремя основными цветами: красным, зелёным и синим. Новый материал крайне прочен, так как создан под высоким давлением. Как полагают учёные, характеристики новой нанокерамики — свечение, прочность и прозрачность — пригодятся для создания экранов с улучшенной яркостью и детализацией для смартфонов, телевизоров и других устройств. Подробную информацию о новой нанокерамике и её свойствах учёные опубликовали в журнале Applied materials today. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, экспериментальные работы проводились в рамках госзадания.

Исследователи из Института квантовых технологий МФТИ создали сверхгибкую и растяжимую сегнетоэлектрическая память на биосовместимой платформе. Они разработали технологию производства плёночной памяти, стенд для тестирования её свойств и теоретически подтвердили результаты экспериментальных испытаний. Полученная «флешка» толщиной всего 30 микрометров выдерживает 150 000 циклов сгиба и нагрузку растяжения в полтора килограмма, не теряя своих сегнетоэлектрических свойств, и может быть применена для создания гибкой медицинской электроники. Исследование опубликовано в журнале Advanced Electronic Materials.

Вдохновленные классической игрушкой в виде пьющей птицы, ученые из Гонконга и Гуанчжоу (Китай) разработали двигатель, который эффективно преобразует энергию испарения воды в электричество для питания небольшой электроники. Согласно исследованию, опубликованному 14 марта в журнале Device, устройство выдает напряжение свыше 100 вольт — гораздо выше, чем другие технологии, генерирующие электричество из воды, — и может работать в течение нескольких дней, используя в качестве топлива всего 100 миллилитров воды.

Учёные добились более качественного сцепления между слоями полимерных и металлических материалов, обработав первые кислотами и «пришив» к ним молекулы целлюлозы. Такой подход позволит создавать композитные материалы для различных изделий: от эндопротезов до элементов подвижных металлических конструкций, например автомобильных подшипников. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Composites Science.

В различных композиционных — то есть состоящих из нескольких компонентов — материалах все чаще используют сверхвысокомолекулярный полиэтилен. Его называют «полимером будущего» за уникальные механические и функциональные свойства: биосовместимость, низкий коэффициент сухого трения, высокую износостойкость и химическую инертность, то есть неспособность реагировать с другими веществами. Благодаря такому набору свойств он применяется в медицине для производства имплантатов и вкладышей эндопротезов, в промышленности — для создания подшипников скольжения, облицовки металлургических ковшей, а также во многих других областях. Кроме того, композиты на основе такого полимера позволяют отказаться от смазочных материалов, загрязняющих окружающую среду.

Разработана революционная технология, позволяющая в режиме реального времени получать изображения с помощью изменений в наноструктурах. Эта инновационная технология, разработанная профессором Канг Хи Ку и её командой из Школы энергетики и химической инженерии UNIST, способна произвести переворот в различных областях, например, в создании умных полимерных частиц.

Используя блок-сополимеры, исследовательская группа добилась самосборки фотонных кристаллических структур в больших масштабах, имитируя природные явления, наблюдаемые в крыльях бабочек и птичьих перьях. Отражая форму и направление наноструктур, эта технология позволяет визуализировать яркие цвета в режиме реального времени.

Учёные уже установили, что свет можно замедлить в определённых условиях, а новое исследование демонстрирует метод, который обещает стать одним из самых полезных. Исследователи из Университета Гуанси и Китайской академии наук в Китае утверждают, что их метод может принести пользу в разработке вычислительной технике и оптической связи.

В вакууме свет движется только с одной скоростью — 299 792 километра в секунду. Однако если на его пути возникнут электромагнитные поля — как, например, поля, окружающие материю, эта скорость начнёт падать.

Алмазы известны не только своей привлекательной формой и прозрачностью, но и рядом физико-механических свойств: высокой твёрдостью, теплопроводностью, большим показателем преломления. Чтобы применять алмазы в оптике, электронике и электрохимии, их подвергают металлизации — наносят на матрицу алмаза тонкий слой переходного металла. Группа учёных из Сколтеха, Физического института им. П. Н. Лебедева РАН и других ведущих научных организаций выяснила, как улучшить адгезию алмаза — то есть связь между алмазом и переходным металлом — с помощью ниобия. Работа опубликована в журнале Journal of Alloys and Compounds.

«У алмаза есть два ограничения, связанные с синтезом больших пластин и его металлизацией: когда мы начинаем металлизировать алмаз, то большинство контактов на нём не держится. Например, когда мы работали над детекторами для ионизирующего излучения и наносили золото и другие материалы, адгезия контактов к алмазу была очень плохой. В тот момент мы задались вопросом, как можно улучшить адгезию контактов к алмазу», — объяснил соавтор исследования, старший преподаватель в Центре технологий материалов Сколтеха Станислав Евлашин.

Корейский институт науки и технологий (KIST) объявил о том, что совместная исследовательская группа под руководством доктора Со-Хе Чо из Центра изучения архитектуры материалов и доктора Сын Ын Ли из Центра исследований ресурсов животных разработала технологию нанопокрытия, которая не только максимизирует противовирусную активность поверхности, но и позволяет окрашивать её в различные цвета.

Учёные МФТИ показали, что плёнки оксида гафния нестандартной геометрии ведут себя как хороший пьезоэлектрик. Результат поможет создавать новые электромеханические моторы микро- и наномасштаба, совместимые с современной кремниевой технологией. Исследование опубликовано в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Плёнки оксида гафния давно используются в процессорах в качестве элемента транзисторов. Также на основе этих плёнок изготавливают устройства энергонезависимой памяти — «флешки». Материал умеет «запоминать» информацию, так как обладает сегнетоэлектрическими свойствами: поляризацией, которую можно менять внешним электрическим полем. Также плёнки оксида гафния идеально совместимы со всей полупроводниковой электроникой.

Особенности нашего времени в том, что ранее фантастические инструменты кажутся чем-то если не невозможным, так трудно достижимым. И когда речь заходит о вмешательстве в работу мозга, то мы имеем дело с гибридными технологиями. Когда технологичные элементы нагружаются бионическими фрагментами и отправляются в мозг. Но ради чего?

Учёные впервые в мире вырастили в микроволновой плазме алмазы с примесью олова размером в несколько микрометров. Такие кристаллы способны поглощать и переизлучать видимый свет, что потенциально можно использовать для передачи информации между элементами квантовых компьютеров. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society A.

Квантовые компьютеры позволяют решать некоторые задачи — например, моделировать молекулярные системы — значительно быстрее, чем самые мощные «классические» суперкомпьютеры. Они работают на основе кубитов — квантовых вычислительных элементов, которые служат альтернативой битам в обычных компьютерах и способны совершать более сложные операции, тем самым увеличивая скорость вычислений.

В Институте автоматики и электрометрии СО РАН в лаборатории дифракционной оптики осуществляется разработка и исследование термохимической технологии прямой лазерной записи на двухслойных металлосодержащих материалах. В частности, исследовалось использование металлических пленкок подгрупп хрома и титана. Полученные результаты расширяют возможности термохимической лазерной записи микроструктур и элементов дифракционной оптики. Работа выполнена в рамках проекта Российского научного фонда. О результатах исследования можно прочесть на страницах научных журналов Photonics и Optica Publishing Group.

Исследователи Института биофизики будущего МФТИ разработали инновационный класс наночастиц — таргосомы — для терапии и диагностики онкозаболеваний. Наночастицы прошли лабораторные испытания на грызунах. Эффективность уничтожения опухоли составила более 90%. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном издании Journal of Controlled Release.

В настоящее время рак является одной из ведущих причин смертности во всём мире, и хотя в разработке новых методов лечения достигнут значительный прогресс, хирургическое вмешательство и/или химиотерапия продолжают оставаться одними из основных стратегий лечения. Существенным недостатком химиотерапии является неспецифичность данного метода. В организм пациента системно поступает большое количество низкомолекулярного токсичного соединения, которое наносит вред не только раковым, но и нормальным клеткам. Это приводит к серьёзным побочным эффектам (тошнота, рвота, нарушения пищеварения), связанными с гепатотоксичностью, почечной токсичностью, кардиотоксичностью и другими нежелательными явлениями.

Российские учёные совместно с коллегами из Бразилии разработали бактерицидный материал, который можно применять в составе красок и покрытий в инфекционных и хирургических отделениях. В перспективе разработка может также использоваться при создании медицинских имплантов. В её основе — глинистый материал с добавлением наночастиц серебра и фосфорномолибденовой кислоты. Последняя усиливает высвобождение ионов серебра, которые убивают патогенные микроорганизмы. Результаты исследования,поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале JCIS Open.