Современное строительство представляет собой прецизионный начинании. Строители должны использовать компоненты, изготовленные с соблюдением определенных стандартов, таких как балки нужной композиции или заклепок определенного размера. Строительная индустрия полагается на производителей, чтобы создать эти компоненты надежно и воспроизводимо для того, чтобы построить безопасную мосты и звук небоскребы.
А теперь представьте, работ в меньшем масштабе-менее 1/100 толщины листа бумаги. Это наноуровне. Это масштаб, в котором ученые работают над созданием потенциально инновационные технологии в таких областях, как квантовые вычисления. Это тоже данные, где традиционные методы изготовления просто не будет работать. Наши стандартные инструменты, даже миниатюрных, слишком громоздкие и слишком едкие, чтобы воспроизводимо производство компонентов на наноуровне.
Исследователи из Университета Вашингтона разработали метод, который мог бы сделать воспроизводимое производство на возможные наноуровне. Команда адаптированный свет на основе технологии широко используются в биологии — оптические ловушки, или оптические пинцеты-для работы в воде, свободной жидкой среде богатых углеродом органических растворителей, тем самым создавая новые возможности применения.
Как команда сообщает в статье, опубликованной октября. 30 в журнале Nature связи, оптический пинцет действовать как на основе света «притягивающий луч», который можно собрать наноразмерных полупроводниковых материалов точно в более крупные структуры. В отличие от Тракторных фар фантастики, что захватывать корабли, команды использует оптический пинцет в ловушку материалы, которые почти в один миллиард раз меньше метра.
«Это новый подход к наноразмерные производства», — говорит соавтор старший автор Peter Pauzauskie, в ию доцент кафедры материаловедения и инженерии, преподаватель по молекулярной инженерии и наук, Институт нано-инженерных систем, а также старший научный сотрудник Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории. «Нет камеры поверхностей, участвующих в процессе производства, что минимизирует деформации или других дефектов. Все компоненты находятся во взвешенном состоянии в растворе, и мы можем управлять размерами и формой наноструктур, так как он собран по кусочкам.»
«Используя этот метод в органическом растворителе позволяет работать с компонентами, которые бы в противном случае привести к коррозии при контакте с водой или воздухом», — говорит соавтор старший автор исследования Винсент Холмберг, в ию доцент кафедры химической инженерии и факультета член в чистый энергетический институт и молекулярной инженерии и наук Институт. «Органические растворители помогают нам перегревает материал, с которым мы работаем, что позволяет нам контролировать материал преобразования и химии езды».
Чтобы продемонстрировать возможности этого подхода, ученые использовали оптический пинцет для сборки Роман нанопроволоки гетероструктуры, которые являются нанопроволоки, состоящие из отдельных секций состоит из различных материалов. Исходные материалы для нанопроводов гетероструктуры были короче «наностержней» кристаллического Германия, всего в несколько сотен нанометров в длину и десятков нанометров в диаметре, или около 5000 раз тоньше человеческого волоса. Каждый из них ограничен с металлическим висмутом нанокристалла.
Затем исследователи использовали свет на основе «притягивающего луча», чтобы захватить один из наностержней Германий. Энергия из Луча и кипятит наностержень, плавить висмут крышкой. Они потом проведите второй наностержень в «Луч» и … благодаря расплавленного висмута крышкой в конце, припаять их конца в конец. Затем исследователи могли повторить этот процесс, пока они не собрались с рисунком нанопроволоки гетероструктуры с повторяющимися полупроводник-металл развязок, что был пять-десять раз дольше, чем отдельные блоки.
«Мы называли это визуально ориентированный процесс сборки фотонных nanosoldering’ — по сути, пайка компонентов на наноуровне с помощью света», — сказал Холмберг.
Нанопроволоки, которые содержат соединения между материалами-такими, как Германия и висмута соединения синтезированы группой Ию, в конце концов, может быть маршрут для создания топологические кубиты для применения в области квантовых вычислений.
Луч на самом деле сильно сфокусированный лазер, который создает тип оптической ловушки, лауреатом Нобелевской премии метод, впервые Артур дальнейшем эшкин в 1970-х годах. На сегодняшний день, оптические ловушки используются почти исключительно в воде или вакуумной среде. Pauzauskie и команд Холмберг адаптирована оптического захвата для работы в более изменчивой среде органических растворителей.
«Создание стабильной оптической ловушке в любом типе окружающей среды, соблюдать баланс сил, и нам повезло иметь двух очень талантливых дипломников, работающих вместе над этим проектом», — сказал Холмберг.
Фотоны, образующие луч лазера генерировать силу на объектах в непосредственной близости от оптической ловушке. Исследователи могут регулировать свойства лазера так, что усилие, создаваемое либо ловушка или освобождения объекта, будь то один наностержень Германий или больше нанопроволоки.
«Это такая точность, необходимые для получения надежных, воспроизводимых методов нанопроизводства, без хаотических взаимодействий с другими поверхностями или материалами, которые могут вызвать дефекты или деформации в наноматериалах», — сказал Pauzauskie.
Исследователи считают, что их подход nanosoldering может позволить аддитивного производства наноразмерных структур с различными наборами материалов для других приложений.
«Мы надеемся, что эта демонстрация результатов исследователи с помощью оптического захвата для манипулирования и сборки широкого круга наноразмерных материалов, независимо от наличия или отсутствия этих материалов происходит, чтобы быть совместимым с водой», — сказал Холмберг.
Со-ведущие авторы на бумаге Елена Pandres, аспирант Университета Вашингтона в области химического машиностроения, и Мэтью Крейн, докторскую Ию выпускник и нынешний научный сотрудник факультета Ию химии. Соавтор: Э. Джеймс Дэвис, профессор Университета химического машиностроения. Исследование финансировалось Национальным научным фондом, в ию молекулярной инженерии материалов Центра Ию молекулярной инженерии и наук институте, университете Институт нано-инженерных систем, в ию чистый энергетический институт, штат Вашингтон, Вашингтонский Исследовательский фонд и ВВС Управления научных исследований.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!