Газовый наносенсор на основе проводящего полимера

Исследователями из Национального института стандартов и техно­логий США (NIST) был сконструирован новый наносенсор на осно­ве проводящих полимерных пленок, который может улавливать газо­образные химические соединения (рис. 10.23). Их работа была описана в выпуске журнала Американского химического общества от 6 апре­ля 2005 г. Благодаря нанопорам, расположенным на полимерной плен­ке, сенсор детектирует очень малые концентрации газообразных хи­мических соединений.

Устройство также можно легко изготовить с помощью уже суще­ствующих технологий производства полимерных пленок. Но в первую очередь создание газового наносенсора обязано электропроводящим полимерам. Они обладают электрическими и оптическими свойствами, близкими к свойствам металлов и полупроводников. Но в отличие от металлов, их легче синтезировать, они дешевле и, что самое интерес­ное, могут изгибаться. Благодаря этим уникальным свойствам электро­проводные гибкие полимеры сегодня объект пристального внимания со стороны мировой микроэлектронной индустрии.

Полианилин, например, один из представителей класса электропро­водящих полимеров. Он может использоваться во многих электронных интегральных схемах. Однако его трудно обрабатывать, так как он пло­хо растворяется в большинстве традиционных растворителей. Исследователи из NIST решили эту проблему, поместив наночастицы полиани­лина в слабый раствор растворителя.

«Прелесть этого метода в том, — говорит Гуофенг Ли, один из уче­ных, работающих над газовым наносенсором, — что цепи полимера ани­лина несут естественный положительный заряд. Как только мы синте­зировали наночастицы, они перестали слипаться друг с другом, так как несут одинаковый заряд и силы электростатики действуют на них от­талкивающе. Более того, этими положительно заряженными наночастицами можно манипулировать, применив к раствору электрическое поле определенного шаблона, для того чтобы получить структуру необходи­мой конфигурации».

В течение процесса синтеза с помощью метода, предложенного ис­следователями из NIST, был получен наногубчатый полианилин, кото­рый способен эффективно захватывать молекулы газов. Далее исследо­ватели продемонстрировали, как можно с помощью этого полимера детектировать спирт или водяной пар. Для того чтобы перенастроить сенсор на другие газы (токсичные, например), исследователям необхо­димо провести ряд дополнительных изысканий.

Ученые из NIST запатентовали полученный наносенсор (рис. 10.17) и принцип его производства. Принцип действия наносенсора доволь­но прост: микронагреватель постепенно нагревает нанопористый полианилин, сопротивление которого зависит от того типа молекул, которые в нем находятся. По изменениям электрического тока, про­текающего через наносенсор, ученые узнают, на какой газ он среаги­ровал.

Газовая нанотурбина

Как мы уже говорили, наноактюатор — один из основных компонентов наномашин, наноманипуляторов и нанокомпьютеров. Поэтому многие исследовательские команды стараются как можно больше приблизить­ся к тому, чтобы рассчитать и создать миниатюрные моторы. Ученые из Корейского университета предлагают использовать в качестве основы наноактюатора газовую турбину.

Ученый Чанг-Анг разработал газовую нанотурбину на основе вло­женных друг в друга нанотрубок. Как он полагает, это будет простым и надежным решением для приведения в движение наномашин. Производство нанотрубок сегодня не является проблемой. А то, что нанотрубки имеют малый диаметр (от I нм и более), позволяет суще­ственно уменьшить размеры актюатора. Напомним, что диаметр самого маленького наноактюатора, созданного человеком, составляет около 500 нм (Алекс Зеттл).

Ученые уже давно синтезировали и исследовали многослойные нанотрубки, которые представляют собой несколько нанотрубок, вло­женных одна в другую. Чанг-Анг исследовал трение, которое возни­кает при протекании газа по внешней поверхности нанотрубки и, изучив результаты исследований, пришел к выводу, что силу трения можно использовать в качестве вращающего момента, действующего на нанотрубку.

Ранее, изучив трение в многослойных нанотрубках, исследователи узнали, что при вращении одной нанотрубки внутри другой сила тре­ния ничтожно мала. Используя разницу в силе трения, можно было бы заставить вращаться внешнюю нанотрубку, воздействуя на нее газом или жидкостью. Скорость вращения ротора можно было бы изменять, управляя количеством газа, протекающего по поверхности нанотрубки. Проведенные ранее исследования показали, что если внутренний слой многослойной нанотрубки провернуть, то она возвращается в пре­жнее положение благодаря силам электростатики. Но при этом она дви­гается маятникообразно, делая миллион колебаний в секунду. Исследо­ватели решили использовать это свойство нанотрубки для того, чтобы сделать насос, который сможет нагнетать в другую нанотрубку-турбину газ или жидкость. А газ, в свою очередь, протекая по внешней поверх­ности нанотрубки, заставляет ее вращаться. А так как частотой осциллирования нанотрубки-насоса мож­но управлять (например, подав напряжение на нанотрубку), то, со­ответственно, можно заставить ра­ботать турбину с различной скорос­тью (рис. 10.18). Так исследователи хотят создать и насос, и актюатор. Как утверждает Чанг-Анг, нано-насос-турбину можно будет создать в течение следующих семи лет.

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: