Chemici vyřešili problém, který zdržoval nanotechnologickou revoluci  
Někdy stačí k zásadnímu pokroku jenom málo. Třeba přijít s novou technologií čištění uhlíkových nanotrubiček.

Kovová uhlíková nanotrubička v polymeru. Kredit: Alex Adronov, McMaster University.
Kovová uhlíková nanotrubička v polymeru. Kredit: Alex Adronov, McMaster University.
Představte si elektronické noviny, které si přečtete, srolujete, a než se aktualizují ďábelsky rychlou bezdrátovou komunikací, tak si zatím třeba dáte kafe. Není to žádná utopie, takové věci jsou podle všeho na dosah právě teď probíhající nanotechnologický revoluce. Stačí jenom vyřešit pár technologických obtíží a bude hotovo. Jedním z takových problémů, které doposud brzdí nanotechnologickou revoluci v rozletu, je čištění uhlíkových nanotrubiček během jejich výroby.

Alex Adronov. Kredit: McMaster University.
Alex Adronov. Kredit: McMaster University.

Možná to zní jako nějaká prkotina, ale uhlíkové nanotrubičky jsou pro vývoj pokročilé elektroniky naprosto zásadní. Pokud vše půjde dobře – a nejnovější vývoj ukazuje, že to všechno jde dobře – tak by tranzistory z uhlíkových nanotrubiček měly nahradit tranzistory křemíkové. Jestli k tomu dojde, tak půjde o zásadní evoluční skok, který povznese elektroniku na novou úroveň, o úsporách energie a peněz ani nemluvě.


A jak se zdá, nanotechnologickou revoluci teď úspěšně odbrzdil chemik Alex Adronov z McMasterovy univerzity v kanadském Hamiltonu. Se svým týmem totiž vyvinul nový a podle všeho slibný postup čištění vyrobených uhlíkových nanotrubiček. Jak říká Adronov, jakmile máte k dispozici spolehlivý zdroj čistých uhlíkových nanotrubiček, tak to všechno může svištět jak po másle.
Uhlíkové nanotrubičky mají stěny z jedné nebo případně několika vrstev atomů uhlíku, mívají průměr 1 až 100 nanometrů a měří až cca 100 mikrometrů. Mají unikátní mechanické, termální i elektrické vlastnosti, které je předurčují pro široké použití v nanotechnologiích, elektronice, optice a mnoha dalších odvětvích. Jedním slovem – revoluční.

Uhlíkové nanotrubičky. Kredit: Mstroeck / Wikimedia Commons.
Uhlíkové nanotrubičky. Kredit: Mstroeck / Wikimedia Commons.
Zásadní překážkou v rozmanitém využití uhlíkových nanotrubiček je, že při jejich výrobě vzniká směs uhlíkových nanotrubiček, které fungují jako kovové, s těmi, co fungují jako polovodiče. Výroba uhlíkových nanotrubiček typicky zahrnuje zahřívání plynů obsahujících uhlík, až do bodu, kdy v reakci spontánně vznikají uhlíkové nanotrubičky jako forma sazí. Problém je v tom, že vznikají oba dva zmíněné typy nanotrubiček zároveň, důkladně zamíchané do sebe.

McMaster University.
Logo McMaster University.

Aplikace, které by využívaly uhlíkové nanotrubičky, přitom ale obvykle potřebují jenom jeden typ nanotrubiček – buď kovové anebo polovodičové. A vyčistit vyrobené nanotrubičky za přijatelných podmínek pro komerční využití, to je vpravdě herkulovský úkol. Vědci to zatím dělali tak, že vytvořili polymery, v nichž se mohou rozpustit a poté vypláchnout polovodičové uhlíkové nanotrubičky. Opačně to doposud nešlo.


Adronův tým teď dokázal změnit elektronické vlastnosti polymeru používaného k čištění uhlíkových nanotrubiček tak, že se v něm mohou rozpustit kovové uhlíkové nanotrubičky. Zásadní pro jejich výzkum prý byla spolupráce s Centrem pro elektronovou mikroskopii McMasterovy univerzity. Dalším krokem by teď podle Adronova měl být vývoj ještě účinnějších polymerů pro čištění vyrobených uhlíkových nanotrubiček a přizpůsobení celého procesu komerční produkci uhlíkových nanotrubiček. Nanotechnologická revoluce klepe na dveře.

Video: Carbon nanotubes scaling up to surpass single-story silicon – NSF


Literatura
McMaster University 16. 8. 2016, Chemistry: A European Journal online 16. 8. 2016, Wikipedia (Carbon nanotube)

Autor: Stanislav Mihulka
Datum: 06.09.2016
Tisk článku

Coder Dojo (nano) - Tvořte kódy - Hatter Clyde
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 249 Kč
cena: 211 Kč
Coder Dojo (nano) - Tvořte kódy
Hatter Clyde
Související články:

Superčerný materiál z uhlíkových nanotrubiček     Autor: Stanislav Mihulka (16.07.2014)
Jak vyrobit nanočástice z krystalů zlata světlem?     Autor: Stanislav Mihulka (10.07.2016)
Kde potkáme nanotechnologie v budoucnosti?     Autor: Jiří Kůs (27.08.2016)



Diskuze:

nano

Jiří Váňa,2016-09-08 00:28:29

Nevíte jestli je již umí napojovat?

Odpovědět


Re: nano

Josef Hrncirik,2016-09-08 07:49:07

Vím, že zatím je neumí cíleně připravovat, ani čistit.
Při výrobě vzniká vždy složitá směs, ve které převažují saze.
Za podmínek přípravy jsou SWNT pouze metastabilní vůči grafitu i sazím.
Nechlubí se cíleným růstem očkovaných zárodků.
Jsou tam všemožné trubičky průměrů 1-100 nm a délek 10-1000 nm.
Jednostěnné a vícestěnné i fulereny, ev. s polokulovým zakončením.
HiPCO produkt se neprodává čistější než s 5% katalyzátoru Fe.
Je fascinující, že se jim to Fe nedaří snadno odstranit.
Určitě to má defekty v mřížce či vybouleniny a roztřepené konce či díry, kde se uzavření plně nepotkalo.
Nevím jak zápasí s chtěným či nechtěným dopováním O, N, B, Si.
Různost je zapřičiněna též možností různých smyslů a stupňů chirality (šroubovitosti ukládání šestiúhelníků do válcového povrchu.
Rozhodně se některé typy selektivně nerozpouští v jakémkoliv polymeru lépe než v rozpouštědle nízkomolekulárním.
Relativně selektivnější adsorpce vhodného polymeru na povrch pouze zvýší pravděpodobnost, že typ trubiček se dá za drastických podmínek poněkud snadnějí uvolnit ze shluků všeho.
Stejně jim to dělá roztřepená lana.
No a potom se dá připravit z obohacené frakce vhodnější povlak (papír).
Takto se pak natisknou z patřičných trubiček a vodivého polymeru ?tenké, ohebné, průhledné obvody či obrazovky.
Momentálně mají problémy připravit chtěné SWNT, rozdělit je, ale i změřit odpory papírových vrstev a to ještě stále nejsou ty ohýbané obrazovky.
Mozek z toho zatím svařit neumí.

Odpovědět


Re: Re: nano

Ondřej Dvořák,2016-09-08 09:20:18

Je to takové obří smetiště, nebo skládka uhlíkového šrotu, ze které trčí trubky všech druhů a tlouštěk, pokroucenin, zamotanin, vše zasypáno haldou sazí, a z toho chtějí chemicky vymývat jen ten správný druh a dělat z toho plst? ...

V budoucnu se asi dočkáme forem nebo matricí, na které se to bude vázat, případně specializovaných bakterií nebo nanorobotů, které budou snovat trubičku coby smysl své existence.

Odpovědět


ano nano

Mesika Kuropatva,2016-09-09 14:02:02

Palec nahoru, tohle mělo být hlavním obsahem článku. Ovšem Váš popis je dokonalý, takhle pochopí problém každý oslík, tedy i já ")

Odpovědět


Re: Re: Re: nano

Josef Hrncirik,2016-09-09 14:59:24

No dobře. Máme připraveny či roztříděny trubičky patřičných vlastností.
Teď už jen zbývá je rozplést, srovnat, ev. rozsekat a zase srovnat a propojit nanosítí přívodů napájení a signálů a vývodů.
Není lepší vyrobit "to" klasicky postupným přidáváním vrstev ev. i grafenových, kdy grafen či co i přívody a izolace jsou tam a v rozměrech či vlastnostmi kde je chci?
Nebude to i v lepších případech klasický "Zápas s hady při hledání jehly v kupkách sena"?
Jsem pouhý kontrarevolucionář žíznící po poučení o revolučnosti nanotrubek.

Odpovědět


Re: Co stará dobrá izolepa? Pořád in?

Mesika Kuropatva,2016-09-09 14:09:59

Odpovědět


Re: Re: Co stará dobrá izolepa? Pořád in?

Josef Hrncirik,2016-09-09 15:22:19

Běžně oxidují suspenzi mikrografitu manganistanem a kyselinou.
Oxid grafitu pak poměrně snadno exfoliují, disperzi nanášejí a redukcí borohydridem i v roztoku regenerují dosti děravé, částečně oxidované překrývající se cca 1 um velké "grafenové" šupinky do filmu požadované tlouštky. Kvůli tloušťce je to nano.
Asi se již daří vyrábět na Cu folii pyrolýzou tj. CVD vytvořit 1 vrstvou grafenovou fólii, kterou je možno přenést na jiný povrch o odleptáním Cu vlastně přenést vrstvu grafenu. Asi jsou běžné dm2.

Odpovědět

Jednoduchšie vysvetlenie tmavej hmoty a tmavej energie je zrážka vesmírov

Anton Matejov,2016-09-07 08:57:22

Podľa mojich hypotéz žijeme v zrazených vesmíroch. Predstavte si vriacu vodu a v nej bublinky ako prejav energie. Bublinky-vesmíry sa môžu aj zraziť. My žijeme v prieniku zrazených vesmírov.
- Platia v nich naše teórie gravitácie.
- Vesmír1 môže mať častice, ktoré integrujú s časticami Vesmíru2. [hmota]
- Vesmír1 môže mať častice, ktoré neintegrujú s časticami vesmíru2. [tmava hmota]
- a naopak.
- Častice vesmíru1 a vesmíru2 ktoré neintegrujú vzájomne tvoria tmavú hmotu.
- Bin-Bang by som prepracoval na začiatok zrážky vesmírov.
- Zrážka vesmírov môže byť dynamická ako napríklad zrážka galaxii.

Ak by sme nepoznali počiatok zrážky galaxii tiež by sme sa čudovali kde nabralo to monštrum stovky miliárd hviezd energiu na bizardne rozpínanie a zmrštovanie ramien.
- Takto by som vysvetľoval tmavú energiu. Tmava energia ktorú pozorujeme ako zrýchlenie rozpínania nášho vesmíru je vlastne energia vesmírov podobná zrážkam galaxii. My žijeme v prieniku zrazených vesmírov, ako pozorovatelia. Po prvotnej zrážke vesmírov a chaosu, sa prienik vesmírov nachádza v stave pulzu chaotickej expanzie niektorých ich častí.Vysvetľuje to kde nabral ten náš pozorovaný prienik hmoty danú energiu na zrýchlenú expanziu - vnimanu ako tmavú hmotu.

[ Bin-Bang bol vypracovaný podľa filozofie Ocamovej britvy najjednoduchším možným spôsobom. Zistili sme,proste, že vesmír sa rozpína, tak pospiatky sme vypočítali jeho vznik a dostali sme sa k nekonečne malému bodu. Potom zastrešili ten zárodočné nekonečný bod argumentami, že pred veľkým treskom nebol čas. Ale odkiaľ ten vesmír nabral energiu na veľkú explóziu? Potom znovu nabral energiu z ničoho na infláciu? Neskôr zas z ničoho nabral vesmír ďalšiu energiu = Tmavú energiu dokonca na zrýchľujúce sa rozpínanie?
Ale veď tým porušujú naše základné zákony zachovania energie! Z ničoho nič tvoriť energiu niekoľko krát energiu.
Kde zmizla časť antihmoty po tom veľkom tresku? Prečo sa porušili zákony symetrie?]

Zrážkou vesmírov by šlo naraz vytvoriť aj dostatok teórii kam zmizla časť antihmoty.
V kozmickom žiarení dokážeme odlíšiť častice od antičastíc. Vieme, že baryónov je neporovnateľné viac ako antibaryónov. Pomer je 1:10^10 v prospech baryónov.Záhadne porušenie symetrie bolo asi pre náš vesmír nevyhnutné! Tak isto platí rovnako záhadný fakt, že fotónov je oveľa viac ako baryónov.
Naraz by sa cez teóriu zrazených vesmírov dalo nájsť dostatok lepších vysvetlení aj na niektoré paradoxy kvantovej teórie, ako napríklad dualita častíc,javy ako tunelovanie.
Neviem či už niekto pracoval na takýchto teóriách zrazených vesmírov, respektívne sa dostať na dané linky.
Overiť si či nepracujem na niečom čo už bolo tvorené, či v niečom mám nesprávne úvahy.
Preto by som uvítal linky na teórii zrazených vesmíroch.

Odpovědět


Re: Jednoduchšie vysvetlenie tmavej hmoty a tmavej energie je zrážka vesmírov

Richard Palkovac,2016-09-07 09:22:55

Klikol ste sice na nespravny clanok, ale tu je nejaky link :

http://www.brighthub.com/science/space/articles/64925.aspx

pripadne Google :

https://www.google.com/#q=collision+theory+of+the+universe

Odpovědět


TOHLE NE

Mesika Kuropatva,2016-09-07 09:43:19

Odpovědět


Re: Jednoduchšie vysvetlenie tmavej hmoty a tmavej energie je zrážka vesmírov

Big Bang,2016-09-07 16:12:51

Anebo jeden vesmír implodoval do druhého.

Odpovědět

Uhlíkové nanotrubičky - čistění.

Vlastislav Výprachtický,2016-09-06 23:03:44

Mohla by se zkusit suchá cesta čistění nanotrubiček z uhlíku. Jsou tu tři možnosti -
ultrazvukové čistění, elektrostatické odlučovací čistění a kombinace obou způsobů. Předpokládám, že způsoby budou vyžadovat násobný postup čistění- opakování.

Odpovědět


Re: Uhlíkové nanotrubičky - čistění.

Milan Krnic,2016-09-07 21:11:48

Nezávisle na implozi jednoho vesmíru do druhého ...
Jinak tedy pořád nevím, jak je to s tou nano revolucí :) (viz pár článků dříve)

Odpovědět


Re: Re: Uhlíkové nanotrubičky - čistění.

Josef Hrncirik,2016-09-10 07:14:57

Náš Fšehomír je pouhou nanotrubičkou v temném Vesmiru.
Problém dělení trubek rozpouštěním zde není ekonomicky výhodný.

Odpovědět


Re: Re: Re: Uhlíkové nanotrubičky - čistění.

Želva Mutant,2016-09-10 07:23:29

Nenechte se ovládnout temnou stranou síly...

Raději meditujte nad implozí.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Uhlíkové nanotrubičky - čistění.

Josef Hrncirik,2016-09-10 08:13:43

Nad implozí U, Pu, T či D neustále meditují přátelské, nepřátelské i neutrální teamy supercomputerů nasávající žíznivě elektrony uhlíkovými nanobrčky.
Sejdeme se v údolí Josufat.
Shalom.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Uhlíkové nanotrubičky - čistění.

Milan Krnic,2016-09-10 13:35:29

Že mi takto zkazíte očekávání začátku již dávno probíhající nano revoluce, to jsem opravdu nečekal. Jste zlý až do nanostruktur v morku vašich kostí!
Už to s tou revolucí pomalu vypadá jako s tou kočkou ...

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Uhlíkové nanotrubičky - čistění.

Josef Hrncirik,2016-09-10 15:17:11

Jsem skoro tak zlý jako suma autorů výše uvedeného videa o nánotrubkách.
V jakési knize zdarma dokonce bylo, že 1 trubička gapless dokáže otrávit logické myšlení 10**7 poctivých gapnánotrubek.
To je přímo sarin či barelová bomba na nánoroboty.
Stránka, jaké jsou pokroky v čištění trubek však pochopitelně zdarma není.
Vyselektované Nánotrubky je nutno rozřezat na délky desítek nm, konce zarovnat.
Prý jsou pevnější než diamant.
Trubky je nutno pokrýt nánoizolační vrstvou a tuto vodivou vrstvou gate.
Nejlepší je však protáhnout poizolovanou trubicí tenčí jedovatý nanodrát bez gapu.
Pak je pole silné a tam kde má být.
Pak už jen zbývá připájet nejlépe paladiem C trubky a běžně napájení a ovládání a propojení do logické sítě.
Poněkud mi to připomíná montáž feritových pamětí z A.D. 1970.
Dá se to fušovat i přiložením izolačních či vodivých vrstev, ale nesmí se tím třepat.
Uspořádání a propojování je nezbytné.
Dosáhnout podobných logických frekvencí i objemových hustot IO lze i pomocí plošných technik s použitím polovodičů III+V či dvouvrstev grafenových pásků.
Původně jsem vycházel z výukového filmu o bipolárních tranzistorech z dob temna na ZDŠ,
který se mi osvědčil mnohem lépe než výše kritizované video.
No a pak jsem, hladce navázal na "Graphene transistors, Frank Schwierz, Nature Nanotechnology 5, 487-496 (2010); Two-dimensional materials and their prospects in transistor electronics, Nanoscale, 2015, 7, 8261.
Zatím fasuji s obtížemi CMOS HAL 3000 a za 5 let mám nárok na nový.
Nyní můj comp na převrácení 1 bitu žere min. 2 GeV a na převracení 1 bit/s potřebuje životní prostor cca (8 um)**3.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Uhlíkové nanotrubičky - čistění.

Milan Krnic,2016-09-12 22:03:16

Díky za nástin. Něco jsem si o tom přečetl, a vím, že nic nevím. Což už mě naštěstí nechává klidným. :)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Uhlíkové nanotrubičky - čistění.

Josef Hrncirik,2016-10-04 08:11:56

Optimisté se mohou podívat na yourtube "Carbon nanotubes for digital logic" George Tulevski, který končí nanesením mírně uhrabané vrstvy selektovaných nanotrubek probíhajících poněkud chaoticky mezi elektrodami S; D.
Pesimisté i mohou přečíst jeho článek; Tulevski; Nano 2014 8 (9) 8750
Tam je psáno, že nejžádanějčí SWCN jsou průměru cca 1,2 nm a vznikají skutečně jako součást divoké směsi. Ty je nutno rozdělit aby mezi nimi připadla metalická vodivost či opačná (n) nejvíce 1/1000 000 000. Potom je nutno trubky uložit paralelně mezi elektrody S; D. Ideální je trubky obalit HfO2 a povléci G elektrodou.
Zdá se,že na tranzistor pro sichr použijí paralelně úsek z 6 trubek
Efektivní architektura logiky vyžaduje komplementární tranzistory v těsné blízkosti.
Polarita p se získá Pd přívody; n Y přívody.
Trubky jsou extrémně citlivé na rušivé náboje (atomy) v blízkosti).
Zmenšení gates na řekněme 5 nm vyžaduje též srovnatelně malé kontakty a přívody, jinak to nemá smysl. Kontakt trubky z dotyku je však jen bodový.
Pakliže máme na procesoru cca 10**9 tranzistorů C architektury logických obvodů, máme vyhráno.
Nejsem elektrikář a tak se mi zdálo, že nejpokročilelší obvod jsem viděl Klinke; Nano 2006, 6, 906-910.
To už ale jsou 2 5tiletky.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace