Реферат_Наносенсоры. наносенсоры. Появившиеся в последней четверти ХХ века нанотехнологии стремительно развиваются. За свой небольшой срок существования они уже успели проникнуть в самые различные области науки и производства

• Название: Появившиеся в последней четверти ХХ века нанотехнологии стремительно развиваются. За свой небольшой срок существования они уже успели проникнуть в самые различные области науки и производства
• Анкор: Реферат_Наносенсоры
• Дата: 15.10.2019
• Размер: 1.09 Mb.
• Имя файла: наносенсоры.docx
• Тип: Документы; #90154
• страница: 2 из 4

Определение

Наносенсоры (англ. Nanosensors) - это любые биологические, химические или другие сенсорные точки для передачи информации о наночастицах на макроскопический уровень. Их использование, в основном, включает различные медицинские применения, а также компьютерные чипы, работающие на нанодиапазоне и в нанороботах. В настоящий момент наносенсоры изготавливают несколькими путями, такими как нисходящая литография, восходящая сборка и молекулярная самосборка. Медицинское применение наносенсоров связано с их способностью точно идентифицировать необходимые клетки и области организма. За счет измерения изменений объема, концентрации, смещения и скорости гравитационных, электрических и магнитных сил, давления или температуры клеток организма наносенсоры способны различать отдельные клетки, в основном раковые, на молекулярном уровне с целью доставки препаратов или мониторинга развития определенных областей организма. Примером наносенсора может служить сенсор, использующий флуоресцентные свойства квантовых точек селенида кадмия для поиска опухолей. В природе наиболее распространенные и массово производящиеся наносенсоры относятся к классу биологических. Они являются естественными рецепторами внешних раздражителей. Например, обоняние, особенно у животных, основано на рецепторах, улавливающих молекулы наноразмеров. Некоторые растения также используют наносенсоры для улавливания ультрафиолета. Химические наносенсоры используют нанотрубки для детектирования отдельных свойств молекул в газовой фазе. Карбоновые нанотрубки используются для определения ионизации молекул в газовой фазе, в то время как титановые нанотрубки детектируют концентрацию водорода в атмосфере на молекулярном уровне.

Таким образом: наносенсор – сенсор, при изготовлении которого используются наноматериалы и нанотехнология микросхем и наноэлектромеханических систем (НЭМС), с электрическим выходным сигналом.

2. Нанотранзисторы

Американские ученые представили свои последние разработки в области нанотехнологий, которые позволят создать миниатюрные и высокопроизводительные электронные устройства. Группа исследователей из Питтсбургского университета разработала нанотранзисторы, которые сделают возможным изготовление микросхем и процессоров существенно меньших размеров и более сложной конструкции — по сравнению с современными чипами.
Для создания крохотных транзисторов использовались такие материалы-диэлектрики, как алюминат лантана и титанат стронция. Соединенные вместе, эти материалы обретали способность проводить позитивные электрические заряды.

С помощью атомного силового микроскопа ученые подавали напряжение на крошечный проводник между материалами, который впоследствии мог менять заряд на противоположный.
В то же время объединенная группа исследователей из университетов Беркли и Массачусетса изобрела технологию создания полупроводниковой нанопленки, которая может использоваться для хранения данных. Ранее для создания тонких полупроводниковых листов использовались полимеры, но материал при установке на большие поверхности часто терял свою структуру. Применение нагретых сапфировых кристаллов позволило создавать паттерны на пленке. Руководитель научной группы, Томас Рассел, сказал, что с новой технологией будет возможно создавать массивы полупроводника, которые будут в 15 раз плотнее существующих носителей.

3. Самосборка

Чтобы материалы обладали высоким качеством, они должны быть хорошо структурированы на уровне атомов и молекул. Одним из нанотехнологических способов создания таких заданных структур является самосборка.

Самосборка широко распространена в живой природе. Структура всех тканей определяется их самосборкой из клеток, структура самих клеток определяется самосборкой из отдельных молекул и т.д. Механизм самосборки наносистем в природе подтолкнул исследователей к попытке “скопировать” его принципы для построения искусственных наноструктур. Так, в настоящее время достигнуты успехи в изготовлении наноматериала, имитирующего естественную костную ткань. Для этого использовалась самосборка волокон около 8 нм диаметром, имитирующих естественные волокна коллагена. К полученному материалу хорошо прикрепляются естественные костные клетки, что позволяет использовать его как “клей” или “шпатлёвку” для костной ткани.

Очень развита электростатическая самосборка, позволяющая изменять материал в реальном времени. Основой для этого служит управление разностью потенциалов, приложенных к материалу с наночастицами внутри.

На ровне с ней используется самоорганизация, механизм которой заключается в созданиии сложных «шаблонов», процессов и структур.

4. Фуллерены и углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки представляют собой крошечные ци­линдры или цилиндрические образования с диаметром от 0,5 до 10 нм и длиной примерно в 1 мкм. Они являются новой кристалличе­ской формой углерода, открытой в 1991 году сотрудниками научно-исследовательского отдела Национальной Электронной Компании (NEC). Углеродные нанотрубки похожи на свернутые в рулоны «листы», образо­ванные из шестигранных структур или колец из атомов углерода.

Ранее считалось, что углерод имеет лишь две кристаллические формы (алмаз и графит), однако в 1985 году была обнаружена и тре­тья аллотропная форма углерода (так называемые фуллерены). Фуллерены представляют собой огромные молекулы углерода в виде за­мкнутых объемных структур, напоминающих по форме футбольный шар (Рис. 1.4.1.). Собственно говоря, углеродные нанотрубки образованы из та­ких же кристаллических структур, но собранных в другую форму.



Рис. 1.4.1.

Углеродные нанотрубки являются новым веществом или мате­риалом, чрезвычайно перспективным для различных технических применений в некоторых очень важных практических областях, из которых стоит сразу отметить полупроводниковую технику и акку­муляцию (поглощение и хранение) водорода (Рис. 1.4.2.). Особое значение для исследователей имеет возможность введения в углеродные нанот­рубки различных веществ, что сразу наводит на мысль о их возмож­ном использовании в электронной технике, за счет преобразования и модификации полупроводниковых структур в нанометровом мас­штабе, т. е. повышения степени интеграции.



Рис. 1.4.2.

С другой стороны, очень важно, что углеродные нанотрубки способны поглощать и удерживать водород в больших количествах, поскольку аккумуляция водорода (точнее, создание материалов, способных удерживать водород) является одной из ключевых проблем современной техники вообще.

Общераспространенные электронно-лучевые трубки Брауна (с подогреваемым катодом) работают в бытовых телевизорах под очень высоким напряжением (порядка 10 кВ) и потребляют большое количество энергии. Использование углеродных нанотрубок, возможно, позво­лит перейти к так называемым низкотемпературным катодам, т. е, понизить прилагаемое напряжение примерно до 500 В, что имело бы огромное практическое и экономическое значение.

Уникальные свойства нанотрубок – высокая удельная поверхность, электропроводность, прочность – позволяют создавать на их основе эффективные носители катализаторов для различных процессов. Например, из нанотрубок делают новые источники энергии – топливные ячейки, способные работать в 3 раза дольше, чем простые батарейки аналогичного размера.