Уважаемые читатели!

На прошлой неделе случилось достаточно много интересных событий, которые дают понять, что коммерциализация основных уже исследованных направлений нанотехнологий не за горами.

Затишье в российской наноактивности связано, скорее, с выборами Президента, и мы надеемся, что результаты выборов не отразятся негативно на развитии нанотехнологий.

Итак, мы начинаем обзор недели с 25 февраля по 2 марта 2008 года!

Материаловедение

Исследование тепловых свойств графена

Как установили ученые из Университета Риверсайда, Калифорния, графеновый лист проводит тепло в составе микроэлектронных компонентов гораздо лучше нанотрубок.

Теплопроводность материала измеряется в Вт/мК (Ватт/метртемпература (Кельвины)). Как видно, зависит этот показатель от мощности тепловой энергии, длины материала и температуры. Так, для кремния этот коэффициент при комнатной температуре составляет 145 Вт/м*К.

Углеродные нанотрубки могут похвастаться значением теплопроводности от 3000 до 3500 Вт/мК, в то время как для графеновой пленки значение этого коэффициента может достигать до 5300 Вт/мК.

Фотопроводимость одностенных нанотрубок – одна из областей исследования современной физики твердого тела. Такие нанотрубки представляют собой практически идеальные одномерные структуры с потрясающими, однако еще не изученными до конца свойствами. Довольно мало литературных данных посвящено вопросам исследования транспортных свойств, а также электронным состояниям агрегатов нанотрубок. Понять основы электронного транспорта в таких системах можно, изучая организацию и поведение нанотрубок на микро- и мезоуровне. Однако для получения таких данных необходимы массивы нанотрубок с хорошей морфологией, сложность получения которых и делает исследования фотопроводимости столь редкими.

Для решения этой проблемы группа итальянских ученых синтезировала упорядоченные массивы нанотрубок методом химического осаждения из газовой фазы по ранее известной процедуре.

SEM и HRTEM изображения исследуемых пучков нанотрубок

Идея, лежащая в основе получения «макроразмерных лент», основана на перестройке нанотрубок, окисленных предварительно KMnO₄/H₂SO₄ и диспергированных в воде. Ленты длиной в несколько миллиметров и несколько микрон в поперечнике были получены в результате получасовой реакции при комнатной температуре. Для удаления слоев графита, присутствующих на внешней поверхности, ленты обрабатывали 1М раствором HNO₃.

Морфологию пленки исследовали методами сканирующей и высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии. По данным микроскопии, ленты состоят из хорошо упакованных упорядоченных пучков. Некоторые типичные пучки были изучены с помощью HRTEM, что показало, что они состоят из параллельно упорядоченных нанотрубок с диаметром около 1 нм. Поразителен малый разброс по диаметрам (в пределах 0.05 нм), поскольку обычно удается получить лишь смесь различных по диаметру нанотрубок. Чтобы подтвердить идентичность нанотрубок, ряд пучков изучали методом электронной дифракции, которая также показала, что все они имеют диаметр 1.10 +/- 0.02 нм.

Нанобиотехнологии

Исследователи из Университета Мичигана сообщили о создании наноэмульсии на основе соевого масла, состоящей из капель детергента размерами до 400 нанометров, содержащего микробные или вирусные белки, которые таким образом легче доставлять к клеткам и вызывать иммунный ответ.

Принцип действие нановакцины достаточно прост: нано-капели содержат вирусные белки, которые и вызывают иммунный ответ. При этом повреждаются только поверхностные ткани человека. Препарат уже опробован на таком заболевании, как оспа, показав прекрасные результаты.

В середине февраля 2008 года Бэйкер опубликовал в журнале AIDS Research Human Retroviruses результаты предварительных тестов эффективности наноэмульсии против вируса иммунодефицита человека.

Наноэмульсия

По результатам тестов на мышах, которым вакцина распылялась в носовую полость, наноэмульсия вызывала сильный иммунный ответ слизистой оболочки, что, по словам, Бэйкера очень важно для борьбы с ВИЧ.

На ПерсТе опубликован материал, в котром проведены исследования пригодности фуллеренов и нанотрубок для лечения определенных заболеваний. Причем оценивается, какой из этих наноматериалов лучше для наномедицины.

Концепцию «магической пули», то есть лекарства, избирательно поражающего болезнетворную мишень и не причиняющего вреда организму, предложил около 100 лет назад Пауль Эрлих, основатель химиотерапии. Конечно, добиться такой исключительной избирательности очень трудно. Одно из современных представлений таково: нанокапсулы с лекарством внутри и химическими рецепторами на внешней поверхности достигают определенного места, где и выделяют лекарство в ответ на изменение окружающих условий, которое чувствуют рецепторы. Неудивительно, что большие надежды возлагаются на новые носители лекарственных средств – одностенные углеродные нанотрубки (ОСНТ) и другие углеродные наноматериалы, например, одностенные нанорожки (ОСНР).

Эти вопросы изучаются, в основном, медиками, биологами, химиками. Но, как справедливо отмечают австралийские исследователи, чтобы успешно применить углеродные наноматериалы в медицине, необходимо привлечь методы математического моделирования. Это поможет разработать такой носитель, в который молекуле лекарства будет энергетически выгодно внедриться, а после срабатывания химического «спуска», например изменения условий окружения вблизи нужного места, – выйти из него. Авторы впервые представили данные математического моделирования «магических пуль», правда, предварительные и относящиеся только к инкапсулированию или всасывающей способности. (Выброс молекулы лекарства из углеродной нанотрубки – очень сложное явление, тем более, что это происходит в клетке, – и его ученые пока не рассматривали).

Максимальная всасывающая способность по результатам должна быть у нанотрубки с диаметром примерно 0,53 нм, что соответствует (11,4) нанотрубке. Ученые полагают, что представленный ими подход можно распространить и на другие молекулы. Главная цель работы – указать исследователям в области медицины направление будущих экспериментов и моделирования.

В Институте генетики и цитологии Национальной академии наук Беларуси будут изучать генетические эффекты нанопорошков . Об этом сообщила заведующая лабораторией генетики животных Института генетики и цитологии Национальной академии наук Беларуси, доктор биологических наук, профессор Ирма Моссэ 29 февраля на пресс-конференции в Минске.

Генетические эффекты нанопорошков еще совершенно не изучены, хотя исследования токсических эффектов таких частиц уже проводились. Так, было доказано, что некоторые из них могут вызывать вредные эффекты в клетках человека. Белорусские ученые планируют "сделать вывод о том, опасны или безопасны наночастицы для наследственности человека.

Наноэлектроника

Нанотрубки и фуллерены все больше появляются в качестве «моторов» наноэлектроники следующих нескольких лет. Однако с их использованием приходится решатиь различные технологические проблемы, но, по словам ученых, все они преоделимы.

Как сообщает сайт NY Times, группе учёных, возглавляемой сотрудниками исследовательского подразделения IBM, удалось найти способ уменьшить размеры проводников, соединяющих транзисторы в современных процессорах . Этот фактор до сих пор в какой-то мере сдерживал рост быстродействия процессоров. Теперь предлагается использовать в качестве изолятора между проводниками не диэлектрики, а пустоты шириной в несколько нанометров.

Представители IBM уверены, что к 2009 году технология начнёт внедряться при производстве передовых процессоров, а затем распространится на всю полупроводниковую продукцию. AMD тоже может выиграть от внедрения данной технологии, ведь IBM является её технологическим донором. С другой стороны, конкурирующие решения могут поставить крест на технологии «вакуумной изоляции». IBM попутно рассматривает возможность замены медных проводников на волноводы, что позволит делать так называемые «оптические» чипы. В любом случае, инновационная деятельность не останавливается, и какое-то из этих решений на определённом этапе развития технологий позволит делать соединяющие транзисторы проводники более компактными.

Схема транзистора

На проходящей на этой неделе в Сан Хосе, США, конференции «Перспективная литография» прозвучали два сенсационных сообщения — AMD и IBM изотовили первый чип с применением экстремальной ультрафиолетовой литографии ; японская Canon раскрыла важные сведения о своей ЭУФ литографической установке.

Партнеры по исследованиям в области новейших технологий для компьютерных чипов компании Advanced Micro Devices (AMD) и IBM сообщили о рабоспособном тестовом чипе, изготовленном с использованием экстремальной ультрафиолетовой (ЭУФ, длина волны 13,5 нм) литографии для критического первого слоя металлических межсоединений по всей поверхности чипа (в предыдущем сообщении говорилось лишь о применении ЭУФ лишь на узкой области чипа).

Работа выполнялась сотрудниками AMD, IBM и другими партнерами на Нанотехнологическом комплексе в Олбани (Albany NanoTech Complex). Таким образом, продемонстрирована возможность успешной интеграции ЭУФ литографии «полного поля» в 45-нм технологический процесс на площади 22х33 мм².

Учёные из Франции создали методом электронной литографии в виде сопланарных полосок транзистор на основе углеродной нанотрубки с двумя симметрично расположенными верхними затворами на окисленной высокорезистивной подложке из кремния (сопротивление 3–5кОм). Нанотрубки были получены обычным CVD-методом с применением наноструктурного катализатора. Палладиевые контакты были напылены после многоступенчатого процесса окисления алюминия (толщина окисленного слоя 6 нм), а затем были осаждены затворы из золота.

В ходе работы авторы установили, что большая крутизна характеристики прямой передачи полевого транзистора на основе углеродных нанотрубок сохраняется вплоть до частот 1,6 ГГц. Также было показано, что высокая чувствительность остаётся практически неизменной и что ёмкость затвора соотносится с его протяжённостью вплоть до размеров ~300 нм.

Авторы ожидают, что в скором будущем подобные полевые транзисторы на основе углеродных нанотрубок можно будет использовать в качестве сенсоров с очень малым временем реакции.

Бизнес

Nokia Morph

Одно из важнейших событий недели – представление компанией Nokia и исследователями из Кембриджа телефона следующего поколения Morph на выставке «Дизайн и творчество», проходящей в Нью-йоркском музее современного искусства.

Morph должен продемонстрировать гибкость будущих мобильных устройств и возможность изменения их формы по желанию пользователя в зависимости от его задач.

Технологии будущего позволят создавать такие устройства из гибких материалов, прозрачной электроники и самоочищающихся поверхностей. По словам доктора Боба Януччи, СТО Nokia, Morph служит демонстрацией того, что это возможно. Элементы, использованные в Morph'е, смогут быть применены в коммерческих портативных устройствах приблизительно через семь лет.

В статье об этой новинке мы провели подробный разбор функциональной нанотехнологической части Morph
и не нашли каких-либо невыполнимых вещей. Более того, все продемонстиррованные технологии появятся раньше, и Morph будет явно не единственным нано-телефоном.

Евросоюз намерен в ближайшие десять лет вложить 5,5 миллиарда евро в разработку нанотехнологий и встроенных систем. Нанотехнологический проект ENIAC получит финансирование в размере трех миллиардов евро и охватит все возможные аспекты применения нанотехнологий.

В свою очередь, консорциуму ARTEMIS по созданию встраиваемых микрокомпьютеров выделены средства в размере 2,5 миллиарда евро. В ARTEMIS уже входят Airbus, Ericsson AB, Nokia и ST Microelectronics.

В 2007 году на европейском рынке было продано свыше четыре миллиардов встроенных в различные устройства процессоров общей стоимостью около 60 миллиардов евро. Ожидается, что рынок встроенных систем, для которых характерно низкое энергопотребление и малые размеры, будет расти на 14 процентов в год. Кроме того, ЕС потратит 19 миллионов евро на разработку технологии P2P Next, которая позволит телекомпаниям использовать преимущества цифрового распространения контента через файлообменники.

NANOEDUCATOR

В начале февраля этого года компания НТ-МДТ анонсировала учебный сканирующий зондовый микроскоп NANOEDUCATOR , совместимый с Mac OS, и первой предоставила пользователям этой операционной системы возможность исследования наномира с помощью зондовой микроскопии.

Ряд необходимых для научно-образовательного процесса характеристик прибора, таких как пошаговая настройка методик, простая смена образца и дружественный пользовательский интерфейс, пополнился возможностью работы в операционной системе Mac OS.

События

«СНГ было и остается главным российским внешнеполитическим и экономическим приоритетом», — с таким заявлением выступил вице-премьер Дмитрий Медведев в ходе встречи глав государств–участников Содружества Независимых Государств.

Среди основных направлений сотрудничества он назвал развитие нанотехнологий. «Здесь есть огромный потенциал для взаимного сотрудничества. Формирование на пространстве СНГ единого регионального рынка наноиндустрии способствовало бы сохранению и развитию наукоемких отраслей экономики, реализации научно-технических и образовательных возможностей наших стран, позволило бы сохранить им свое место в глобальном высокотехнологичном мире», — заметил Д. Медведев.

В Монгольском государственном университете создана первая в стране лаборатория по обучению и пропаганде нанотехнологий .

«Мы планируем стать комплексной лабораторией и расширить свою деятельность. Лабораторное оборудование для МонГУ поставили Токийский технологический университет и Национальный университет Иокохама», — сказал заведующий химико-технологической кафедры профессор Ганзориг. При лаборатории работает группа «Нано» в составе 16 человек.

НАНО-волна докатилась до окружных департаментов образования, т.е. до школ и учеников. Учителям предлагают проводить ОПЛАЧИВАЕМЫЕ департаментом дополнительные занятия (кружки) по нанотехнологиям . Чтобы департамент стал платить руководителю кружка деньги, этот учитель должен представить в департамент программу работы кружка или темы лекций элективного курса.

Занятия по нанотехнологиям предназначены для учащихся 11 класса общеобразовательных средних школ естественно-научного, физико-математического и подобных профилей, федеральный компонент базисного учебного плана которых включает в себя 5 часов физики в неделю. Курс основан на знаниях, полученных учащимися при изучении физики в основной и средней школе.

Занятия кружка (элективный курс) рассчитан на 34 часа (1 час в неделю), однако занятия можно провести и в одном из полугодий 11 класса по два часа в неделю. При этом наиболее эффективным было бы проведение этих занятий во втором полугодии 11 класса, так как к этому времени учащиеся уже знакомы с основными положениями квантовой физики.

Итак, наш седьмой выпуск подошел к концу!

Напоминаем, что если у вас есть какие-либо замечания или пожелания насчет состава рубрик или того, что бы вы хотели видеть в следующих выпусках – пишите !

До встречи через неделю!

Составитель – Свидиненко Юрий