پژوهشگران موفق شدند با استفاده از یک روش جدید نانوبلورهای هسته‌ای پوسته‌ای از دو فلز دارای عدم تطابق هسته‌ای بالا تولید کنند. پیش از این نانوبلورهای فلزی تنها از فلزاتی ساخته می‌شد که دارای عدم تطابق شبکه‌ای کمتر از 5 درصد باشند اما با این روش می‌توان با فلزاتی که عدم تطابق شبکه‌ای بیش از 5 درصد دارند، نانوبلور هسته‌ای پوسته‌ای تولید کرد.

محققان چینی و آمریکایی معتقدند که می‌توان نانوبلورهای هسته‌ای پوسته‌ای را با استفاده از دو فلز که ثابت شبکه یکسانی ندارند تولید کرد. این کار گامی بزرگ برای به‌کارگیری فلزات مختلف در این فناوری است.

یوانان زای از موسسه فناوری جرجیا می‌گوید کار ما نشان داد که می‌توان نانوبلورهای هسته‌ای پوسته‌ای با شکل کنترل شده تولید کرد به‌صورتی که دو فلز به‌کار رفته در آنها، مانند پالادیوم و مس، بیش از 5 درصد عدم تطابق شبکه‌ای داشته باشند. تاکنون نانوبلورهای فلزی تنها از فلزاتی ساخته می‌شد که دارای عدم تطابق شبکه‌ای کمتر از 5 درصد باشند.


نانوبلورهای هسته‌ای پوسته‌ای دو فلزی دارای کاربردهای متعددی هستند، برای مثال می توان از آنها در طیف سنجی رامان، پلاسمونیک و کاتالیست‌ها استفاده کرد. این نانوبلورها معمولا با رسوب یک فلز، به‌عنوان پوسته، روی فلز دیگر، به‌عنوان هسته، ایجاد می‌شوند. اگر دو فلز دارای عدم تطابق شبکه‌ای کمی باشند این ساختار معمولا به‌صورت اپیتاکسیال رشد می‌کند. مثال رایج برای این سیستم، طلا و نقره است که دارای عدم تطابق شبکه‌ای دودهم درصدی هستند یا پالادیوم و پلاتین که عدم تطابق شبکه‌ای هشتادوپنج صدم درصدی است.

اخیر این گروه تحقیقاتی با استفاده از پالادیوم و مس نانوبلورهای هسته‌ای پوسته‌ای تولید کرده‌اند که عدم تطابق شبکه‌ای آن هفت‌ویکدهم درصد است. در طول فرآیند رشد، اتم‌های مس روی برخی وجوه پالادیوم هسته‌زایی می‌کنند و تشکیل یک سطح زبر می دهند. سپس اتم‌های دیگر مس، سطح پالادیوم را پوشش داده تا این که تمام سطح پالادیوم با مس پوشیده می‌شود. در نهایت نانوبلورهای هسته‌ای پوسته‌ای مس پالادیوم به‌صورت یک مکعب ایجاد می‌شود.

با توجه به این که اکنون می‌توان نانوبلورهای هسته‌ای پوسته‌ای را از فلزات مختلف به‌دست آورد، کاربردهای این نانوبلورها افزایش می‌یابد. از سوی دیگر این روش جدید برای تولید نانوبلورها می‌تواند برای تولید ساختارهای جدیدی از بلورها، مانند ساختار فلز در فلز، مورد استفاده قرار گیرد.

این تیم تحقیقاتی متشکل از محققانی از دانشگاه زایمن، دانشگاه زجیانگ و دانشگاه تگزاس است که در حال حاضر مشغول سنتز نوع جدیدی از نانوبلورهای هسته‌ای پوسته‌ای دوفلزی هستند. این نانوبلورها می‌توان در حسگری، ذخیره‌سازی هیدروژن، کاتالیست‌ها و زیست پزشکی استفاده کرد.

نتایج این تحقیق در نشریه ACS Nano به چاپ رسیده است.
 

یکی از روش‌هایی که در آن سلول‌های سرطانی از داروی ضدسرطان فرار می‌کنند، تولید پروتئینی است که داروها را قبل از اینکه بتوانند اثرات سلول‌کشی خود را اجرا کنند، بخارج سلول پمپ می‌کند. یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه نورث‌وسترن پی برده است که نانوذرات زیست‌سازگار اکسید آهن – دی‌اکسید تیتانیوم می‌توانند از این پمپ فرار کرده و داروهای ضدسرطان مخرب DNA را قادر به رسیدن به هسته‌های سلولی کنند.

گایله ولوشاک که عضو مرکز مزایای فناوری‌نانو سرطان در دانشگاه نورث‌وسترن است، رهبری گروهی را که نانوذرات مذکور را توسعه داده‌اند، برعهده دارد.

هدف این کار دومنظوره می‌باشد: شناسایی نانوذره‌ای که بر مقاومت دارویی وابسته به پمپ فائق آید و نیز بتواند همزمان در نقش عامل تصویربرداری تومور عمل کند. این پژوهشگران نانوذره‌ای با یک هسته اکسید آهنی که با پوسته دی‌اکسید تیتانیومی احاطه شده است، انتخاب کردند. هسته اکسید آهنی در نقش یک عامل کنتراست تصویربرداری تشدید هسته‌ای (MRI) رفتار می‌کند، در حالیکه پوسته دی‌اکسید تیتانیومی می‌تواند از طریق یک پیوند شیمیایی، که در محیط‌های اسیدی درون سلول سرطانی می‌شکند، به عامل‌های ضدسرطان مانند دوکسوروبیسین متصل شود.

این پژوهشگران سلول‌های سرطان تخمدان مقاوم در برابر دارو را با این نانوذره‌ی پرشده از دوکسوروبیسین درمان کرده و نشان دادند که این نانوذره بسهولت بدرون سلول‌ها نفوذ می‌کند. مهم اینجاست که، این نانوذرات محموله دارویی خود را آزاد کرده و دوکسوروبیسین را قادر به رسیدن به هسته سلولی می‌کنند. دوکسوروبیسین سلول‌ها را از طریق فرآیندی که شامل برقراری پیوند با DNA در هسته است می‌کشد. با استفاده از این ترکیب دارو- نانوذره سلول‌های مقاوم 6 برابر تجمع دارویی بیشتر در مقایسه با دوکسوروبیسین تنها نشان دادند.

جالب اینجاست که، این پژوهشگران پی بردند که هنگامی که آنها حتی نانوذرات خالی را (بدون دوکسوروبیسین) با ترانسفرین، مولکولی که در ترابرد آهن نقش دارد، مدیریت می‌کنند، شاهد دریافت بیشتری از ترانسفرین توسط سلول‌ها می‌شوند. این مشاهده مهم است زیرا خیلی از گروه‌های پژوهشی در پی ساخت نانوذراتی هستند که ترانسفرین را برای تشدید دریافت سلولی بر روی سطوح قرار دهند. در این سناریو، انجام درمان همزمان با این نوع ذرات خالی سودمند می‌باشد.

این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را تحت عنوان "نانوحامل‌ها، دریافت دوکسوروبیسین را در سلول‌های سرطان تخمدان مقاوم در برابر دارو، افزایش می‌دهند" در مجله‌ی Cancer Research منتشر کرده‌اند.

پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا مدارات الکترونیکی با کارایی بالا روی زیرلایه انعطاف پذیر تولید کردند. این کار یک پیشرفت قابل توجه در حوزه الکترونیک انعطاف‌پذیر محسوب می‌شود.

طی سال‌های اخیر محققان با استفاده از مواد نیمه‌هادی مختلف پیشرفت‌هایی را در این حوزه داشته‌اند برای مثال آنها از نیمه‌هادی معدنی، نانولوله‌های کربنی، نانوسیم‌های معدنی و اکسیدهای فلزی برای تولید قطعات الکترونیکی انعطاف پذیر استفاده کردند. موادی که برای این کار به خدمت گرفته می‌شوند باید دارای سرعت حرکت بار بالایی باشند. همچنین باید در دمای اتاق کار کرده، ارزان بوده و به‌سادگی تولید شوند.


از این نقطه نظر فیلم‌های کربنی بسیار ایده‌آل هستند. پژوهشگران تاکنون با استفاده از رشد مستقیم نانولوله‌های کربنی با روش CVD موفق به تولید مدارات انعطاف‌پذیری پیچیده‌ای شده‌اند. چان وانگ، رهبر این تیم تحقیقاتی می‌گوید برخلاف کارهای قبلی انجام شده، ما برای اولین بار موفق شدیم با استفاده از جوهر نانولوله کربنی روی بستری انعطاف‌پذیر مدارات الکترونیکی ایجاد کنیم. این روش مبتنی بر محلول که ما ارائه کردیم قابل استفاده برای تولید انبوه بود و در عین حال بسیار ساده است، هزینه تولید کم و قابلیت تکرارپذیری بالا از دیگر مزیت‌های این روش است. ما توانستیم ترانزیستورهای یکنواخت با عملکرد خوب تولید کنیم.

آنها با استفاده از روش ریخته‌گری در دمای اتاق نانولوله کربنی تولید کردند. محصول به‌دست آمده بسیار یکنواخت بوده و دانسیته بالایی دارد. وانگ می‌گوید برخلاف مواد نیمه‌هادی آلی این ترانزیستور‌ها به رطوبت و اکسیژن حساس نیستند که دلیل آن زیرلایه انعطاف‌پذیر به‌کار رفته در آنها است. این ترانزیستورها کاملا انعطاف‌پذیر بوده و قادرند به دفعات خم شوند بدون این که آسیب ببینند.

جریان عبوری از این ترانزیستورها 15 µA/um ، هدایت 4 µS/µm و سرعت انتقال 50 cm²/V/s است. علاوه‌براین این سیستم‌ها دارای طول کانال نسبتا بلندی (4 میکرومتر) بوده که می‌توانند فرکانس 170 مگاهرتز را تقلیل دهند بنابراین به‌قدری کافی قدرتمند هستند که بتوان از آنها در دستگاه‌های مخابراتی بی‌سیم استفاده کرد.

از این فناوری می‌توان در حوزه‌های مختلف از ادوات قابل پوشیدن گرفته تا روبات‌ها استفاده کرد. محققان این پروژه معتقداند که از این فناوری به‌صورت ویژه می‌توان در تولید مادربوردهای نمایشگرها و حسگرها استفاده کرد همچنین مدارات ساخته شده با این فناوری را می توان به‌طور مستقیم با آرایه‌های حسگری چندکاربردی برای پردازش سیگنال روی تراشه و انتقال اطلاعات بی سیم ترکیب کرد.

این تیم تحقیقاتی در حال استفاده از این فناوری در برخی از این حوزه‌ها است. نتایج این کار نیز در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است.

محققان آمریکایی موفق به تولید فیلتر نوری جدیدی شدند. در این فیلتر از نانوذرات با اشکال مختلف استفاده شده است که می‌تواند نورهای ورودی را به رنگ‌های مختلف خروجی تبدیل کند. با تغییر پلاریزاسیون نور ورودی، رنگ پرتو خروجی تغییر می‌کند.

پژوهشگران دانشگاه هاروارد موفق شدن فیلتر رنگی قابل تنظیمی را بسازند که در آنها نانوآنتن‌های نوری برای کنترل دقیق نور خروجی قرار داده شده است. این در حالی است که فیلترهای نوری معمولی تنها می‌توانند یک نور ثابت تولید کنند، یعنی این فیلتر نوری می‌تواند در برابر رنگ‌های ورودی مختلف، رنگ های خروجی متفاوتی را ایجاد کند. از این نوآوری می‌توان در تلویزیون‌ها و سیستم‌های تصویربرداری زیست پزشکی استفاده کرد. همچنین می‌توان برچسب‌های نامرئی برای موارد ایمنی تولید کرد.


کنت کروزیر و همکارانش از مدرسه مهندسی هاروارد اندازه و شکل نانوذرات را طوری مهندسی کردند رنگ خروجی تابعی از پلاریزاسیون نور تابیده شده با آنها باشد. این نانوذرات می‌توانند به‌عنوان آنتن مورد استفاده قرار گیرند، همانند آنتن‌های سیستم‌های مخابراتی بی‌سیم، با این تفاوت که مقیاس این آنتن‌ها بسیار کوچک بوده و در فرکانس‌های نور مرئی کار می‌کنند.

فناوری این نانوآنتن‌ها می‌تواند به تولید پیکسلی با نور یکنواخت یا الگوهای پیچیده منجر شود که با تغییر موقعیت خویش، تغییر رنگ می‌دهند. تال النبوگن می‌گوید با توسعه فناوری نانو می‌توان شکل نانوآنتن نوری را با دقت کنترل کرد به‌طوری که این امکان وجود دارد نانوآنتن به شکلی طراحی شود که در برابر پرتوهایی با پلاریزاسیون مختلف، عکس‌العمل متفاوت داشته باشند. با این کار ما می‌توانیم نسل جدیدی از فیلترهای قابل کنترل را تولید کنیم.

پیکسل‌های موجود در فیلترهای مبتنی بر این نانوآنتن، دینامیک بوده به‌طوری که می‌تواند با تغییر پلاریزاسیون، رنگ‌های مختلفی ایجاد کند. این گروه تحقیقاتی برای نشان دادن عملکرد این فناوری، یک صفحه حاوی حروف LSP تولید کردند. تحت نورهایی با پلاریزاسیون مختلف، این حروف رنگ‌های متفاوتی داشتند.

پژوهشگران کاربردهای متعددی را برای این فناوری متصور هستند. برای مثال می‌توان از آن برای ساخت تلویزیون‌ها استفاده کرد یا برای نشان دادن اثر پلاریزاسیون روی بافت در تصویربرداری زیست پزشکی می‌توان از آن استفاده کرد.

پلاریزه‌کننده‌های پلاسمونیک رنگی دو ساختار را با هم ترکیب می‌کنند که هر یک پاسخ طیفی متفاوتی دارند. چشم انسان ترکیب این دو را با هم می‌بیند.

نتایج این تحقیق در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است.

محققان آزمایشگاه نیروی هوایی آمریکا با آزمایشاتی نشان دادند تئوری که پیش از این توسط بوریس یاکوبسان از دانشگاه رایس مطرح شده بود، صحت دارد. این تئوری می‌گوید تقارن یک نانولوله سرعت رشد آن را تحت کنترل در می‌آورد، از این روی نانولوله‌های آرمچیر رشد سریع‌تری دارند.

دانشمندان در این پروژه یک گام به آنچه که اسرار ذاتی نانولوله‌ها بوده و از آن به کد دی‌ان‌ای نانولوله‌ها نام برده می‌شود، نزدیکتر شده‌اند. این کد تعیین کننده تقارن نانولوله بوده – زاویه رشد نانولوله- و در نهایت تعیین کننده خواص نوری، مکانیکی و الکتریکی نانولوله‌ها است. افزایش توانمندی رشد نانولوله‌ها با خواص ویژه یک هدف مهم در فناوری نانو محسوب می‌شود.

مقاله‌ای که بنجی ماریوامی از نیرو هوایی و همکارانش در موسسه تحقیقات هندا به رشته تحریر در آوردند در نشریه Nature Materials به چاپ رسیده است.


داستان این تحقیقات از جایی آغاز می‌شود که یاکوبسان و همکارانش در سال 2009 مقاله‌ای به چاپ رساندند که در آن با محاسبات نظری نشان داده شده بود که تقارن نانولوله‌ها روی سرعت رشد آنها تاثیرگذار است.

بنجی ماریوامی می‌گوید بوریس روی این موضوع کارکرد، نتایج آزمایشات او نشان می‌داد که این تئوری می‌تواند صحیح باشد اما نتوانست صحت تئوری را ثابت کند. یاکوبسان می‌گوید انتقادها روی چیزی تاثیرگذار نیست، بلکه موجب می‌شود تا تبلیغات بیشتری روی موضوع انجام شده و انگیزه مضاعفی برای کار ایجاد شود. او می‌افزاید تایید تئوری از طریق آزمایش هیچگاه پایان نمی‌پذیرد اما همیشه راضی کننده است. محققان آزمایشگاه نیروی هوایی دارای تجهیزات بودند که می‌توانست ارتباطی میان سرعت رشد نانولوله و زاویه تقارن آن پیدا کند.

تقارن یک نانولوله کربنی تک جداره با زاویه‌ای که رول شدن نانولوله انجام شده، تعیین می‌شود، دقیقا مانند روزنامه‌ای که در زوایای مختلف لوله‌ای شود در یک زاویه نوشته‌های روزنامه به‌سمت بالا و در یک زاویه دیگر به سمت پایین است. این تراز شدن، تعیین کننده خواص الکتریکی نانولوله است.محققان روشی برای اندازه‌گیری سرعت رشد نانولوله‌ها ارائه کردند، این کار بسیار جالب توجه بود که می‌توان سرعت و تقارن یک نانولوله‌ها در حین رشد مشخص کرد. در این روش نانوذرات کاتالیست‌ روی یک ستون از جنس سیلیکون قرار می‌گیرند. با تابش لیزر فرآیند رشد نانولوله آغاز شده و در سوی دیگر با استفاده از طیف‌سنجی رامان می‌توان رشد نانولوله را آنالیز کرد. همچنین از این طیف سنجی برای تعیین تقارن نانولوله‌ها استفاده می‌شود.

محققان روشی برای تولید نانولوله‌های کربنی سرامیکی ارائه کردند. پیش از این از آون برای تولید این مواد استفاده می‌شد اما این گروه تحقیقاتی از ماکروفر برای این کار استفاده کرده است که زمان پخت نانولوله را کاهش می‌دهد.

گورپرت سینگه از دانشگاه ایالتی کانزاس می‌گوید نانولوله‌های کربنی می‌تواند شناساگرهای لیزر و باتری‌های قابل شارژ را بهبود دهند. سینگه روی چندین پروژه مرتبط با نانولوله کربنی کار می‌کند. یکی از این پروژه‌ها مربوط به تولید و پخت مواد نانولوله کربنی سرامیکی است. رایج‌ترین روش برای تولید این نوع مواد این است که از یک پلیمر مایع استفاده شود که در آن پلیمر درون یک قالب ریخته شده و پس از گرم کردن به شکل سرامیک در می‌آید.

تیم تحقیقاتی سینگه یک راهبرد جدید برای این کار ارائه کرده است. آنها برای خود یک پلیمر مایع با چهار جزء تولید کردند: سلیکون، بور، کربن و نیتروژن. اما به جای این که پلیمر مایع را درون آون حرارت دهند، آن را درون یک ماکروفر حرارت دادند، همانند کاری که در آشپزخانه‌ها انجام می‌شود. نتایج کار نشان داد که ماکروفر مانند یک آون نانولوله‌ها را حرارت می‌دهد.

سینگه می‌گوید کاری که ما کردیم این بود که زمان تولید سرامیک را کاهش دادیم. اگر شما از یک آون یا هیتر استفاده می‌کنید، مجبور خواهید شد که پلیمر را برای مدتی گرم کنید. اما با استفاده از ماکروفر این زمان به چند دقیقه کاهش می‌یابد. نتایج کار این گروه در نشریه Applied Materials and Interfaces به چاپ رسیده است. آنها مقاله دیگری را در این باره در نشریه Journal of the American Ceramic Society به چاپ رساندند.

به‌محض این که نانولوله‌های کربنی تولید شد می‌توان از آن در حوزه‌های مختلف استفاده کرد. سینگه و همکارانش در یک کار مشترک با NIST روی روش‌های اندازه‌گیری لیزرهای صنعتی قوی کار کردند. آنها قصد داشتند که بفهمند چگونه می‌توان توان لیزر را اندازه‌گیری کرد. اخیرا برای این کار لیزر را به یک رنگ کربنی می‌تابانند و این رنگ دمای آب را بالا می برد. با اندازه‌گیری مقدار افزایش دما، می‌توان انرژی لیزر را اندازه‌گیری کرد. سینگه و همکارانش با استفاده از این نانولوله‌ها شناساگر مورد استفاده در این فرآیند را بهبود دادند. از انجایی که سرامیک می‌تواند در دمای بالا مقاوم باشد، برای محافظت از نانولوله به‌کارگرفته می‌شود.

در پروژه دیگری آنها از پلیمر چهار جزئی برای بهبود عملکرد باتری‌های قابل شارژ استفاده کردند. این پلیمر می‌تواند ظرفیت و طول عمر باتری را افزایش داده و همچنین موجب بالا رفتن سرعت شارژ آن شود.

یک تیم تحقیقاتی روی حرکت ذرات در محیط‌های مختلف مطالعه کرده است. نتایج شبیه سازی‌ آنها نشان می‌دهد که ذرات در یک محیط منظم از نانومیله‌ها حرکت سریع‌تری داشته و همچنین قادر به حرکت در یک جهت مشخص هستند.

برخی از پیشرفت‌های اخیر در فناوری نانو به این حقیقت وابسته است که نانوذرات روی یک سطح یا درون یک مایع، تحت شرایط سخت چگونه حرکت می‌کنند. یک تیم تحقیقاتی در موسسه فناوری جرجیا به مطالعه این موضوع پرداخته است. ریگوبرت هرناندز، استاد رشته شیمی و بیوشیمی این موسسه، با استفاده از کامپیوترهای بسیار پیشرفته و شبیه‌سازی به مطالعه این پدیده پرداخته است.
یافته‌های اخیر این گروه که درباره حرکت یک  پیمایشگر کروی میان سوزن استاتیک است در نشریه Journal of Physical Chemistry B  به چاپ رسیده است.

ریگوبرت هرناندز و دانشجوی اسبق دکتری او، اشلی تاکر، پراش دهنده‌های میله‌ای شکلی را در یکی از دو حالت زیر در طول شبیه‌سازی خود قرار دادند: نامنظم ( ایزتروپیک) و منظم ( نماتیک).


زمانی که نانومیله‌ها نامنظم بودند در حالت‌های مختلف جهت‌گیری داشتند. ریگوبرت هرناندز دریافت که در این حالت یک ذره به‌صورت غیر یکنواخت در جهت‌های مختلف حرکت می‌کند. وقتی که میله‌ها به یک‌سو جهت‌گیری داشتند، ذرات به‌طور متوسط تمایل به نفوذ به یک سو را دارا هستند. در حالت استاتیک، حرکت پیمایشگر از شکل پراش دهنده‌ها تقلید می‌کند. نکته جالب این بود که ذرات گاهی در یک محیط نماتیک سریع‌تر از محیط نامنظم حرکت می‌کند. این بدین معناست که کانال‌هایی که بین نانومیله‌های منظم باز است هم نانوذرات را به یک جهت هدایت می‌کند و هم سرعت حرکت آنها را افزایش می‌دهد.

با افزایش دانسیته پراش دهنده‌ها، کانال‌ها شلوغ و شلوغ‌تر می‌شوند. ذرات درون این کانال‌های شلوغ گیر کرده و حرکت کندتری خواهند داشت. با این وجود محققان دریافتند که پراش دهنده‌های نماتیک نفوذ سریع‌تری را نسبت به پراش دهنده‌های نامنظم به‌دنبال دارند.

ریگوبرت هرناندز می‌گوید این شبیه‌سازی ما را یک گام به تولید ادوات نانومیله نزدیکتر می‌کند که در آنها دانشمندان می‌توانند حرکت نانوذرات را کنترل کنند. کاربرد اصلی این فناوری در تولید الگوهای نوری جدید، حرکت اطلاعات و دیگر رهاساز‌های میکروسکوپی است.

برای مثال اگر دانشمندان نیاز به یک پیمایشگر برای حرکت در یک جهت و با یک سرعت مشخص داشته باشند، آنها می‌توانند از نانومیله‌ها برای حرکت به آن سمت استفاده کنند. اگر لازم بود که جهت ذرات تغییر کند، پراش دهنده‌ها می‌توانند به‌سوی دیگری تغییر وضعیت دهند.

محققان سنگاپوری و انگلیسی نشان دادند که ورقه‌های گرافن دیسپرس شده می‌تواند موجب جذب لیزر شوند. این درحالی است که در حالت عادی گرافن دارای شفافیت نوری است. اما با روشی که این گروه تحقیقاتی ارائه کرده است گرافن رفتار غیرمعمول از خود نشان می‌دهد. از این سیستم می‌توان برای ساخت ادوات ضد تشعشع استفاده کرد.

زمانی که ورقه‌های گرافنی درون یک فیلم ماتریکس جامد یا درون یک محلول غوطه‌ور می‌شوند می‌توانند مکانیسم جذب حالت برانگیخته‌ای از خود نشان دهند که این حالت موجب حذف شدن یک پهنای باند نوری موثر ‌شود. این پهنای باند جذبی بسیار کمتر از آن چیزی است که در تشکیل میکروپلاسما و میکروحباب اتفاق می‌افتد.

گرافن ماده‌ای است ورقه‌ای شکل از جنس کربن که دارای ساختار لانه زنبوری شکل است. در طبیعت این ماده به‌هم چسبیده و گرافیت را بوجود می‌آورد.


اخیرا محققان دانشگاه ملی سنگاپور و آزمایشگاه‌های ملی دی اس او در دانشگاه کمبریج روشی را ارائه کردند که با استفاده از آن می‌توان مانع از چسبیدن ورقه‌های گرافن به‌هم شد. برای این کار زنجیره‌های سطحی آلکیلی را به آنها متصل کرده در حالی که ساختار نانومقیاس گرافنی کاملا حفظ می‌شود.

با این روش می‌توان ماده‌ای در فاز محلول تولید کرد و آن را درون حلال دیگر و فیلم ماتریکسی وارد کرد. پژوهشگران انگلیسی و سنگاپوری با این کار موفق به مشاهده پدیده‌ای جدید شدند. آنها دریافتند که گرافن دیسپرس شده می‌تواند پاسخ‌های نوری غیرخطی بسیار خوبی از خود نشان دهند. این پاسخ‌ها در برابر پالس‌های لیزر نانوثانیه شدید در محدوده وسیعی داده می‌شود. آستانه این پاسخ‌دهی بسیار پایین‌تر از موادی نظیر سوسپانسیون کربن سیاه و نانولوله‌های کربنی است. با این کار رکورد تازه‌ای در این حوزه ثبت می‌شود. مکانیسم این پدیده در تصویر فوق آمده است، ابتدا گاز حاوی الکترون-حفره در حضور فلزات سنگین که دانسیته برانگیختگی بالا دارند، تثبیت می‌شود. با این کار اگزایتون‌های جذب کننده بسیار قوی تولید می‌شود. مکانیسم جذب حالت برانگیخته بوجود آمده می‌تواند بسیار موثر باشد.

از این ماده محدود کننده نوری می‌توان برای محافظت از حسگرهای حساس و دستگاه‌ها و همچنین مدارات نوری از آسیب لیزر استفاده نمود. علاوه‌براین، از این ماده می‌توان برای ساخت دستگاه‌های ضد تشعشع استفاده کرد.

محقق اصلی این پروژه لیلی چوا از دانشگاه ملی سنگاپور است. او می‌گوید ما از طریق طبف سنجی بسیار سریع فهمیدیم که ورقه‌های گرافنی دیسپرس شده می‌تواند رفتار اصلی خود را که همانا شفافیت نوری است تغییر داده و بسته به نوع محیط، از جذب نوری نشان دهد. این یافته بسیار جالبی است.

طبق گفته محققان در دانشگاه ایلینویز، نانوسیم‌ها می‌توانند به طراحی پیل‌های خورشیدی کارآمد و دیگر افزاره‌های الکترونیکی کمک کنند. این گروه تحقیقاتی به رهبری زیولینگ لی، نانوسیم‌های نیمه‌رسانای ترکیبی را روی ویفرهای سیلیکونی مجتمع کرد و بر چالش‌های کلیدی در این زمینه غلبه کرد.

با وجود اینکه نیمه‌رساناهای III-V برای پیل‌های خورشیدی نویدبخش هستند، اما با پیل‌های خورشیدی سیلیکونی سازگار نیستند. لی توضیح داد: "بزرگ‌ترین چالش در این زمینه، این است که نیمه‌رساناهای III-V و سیلیکون، ثابت‌های شبکه یکسانی ندارند. آنها را نمی‌توان بدون ایجاد نقص‌های خطی، بطور مستقیم روی همدیگر قرار داد. این نقص‌های خطی را می‌توان بعنوان ترک‌های مقیاس اتمی در نظر گرفت.


موقعی که شبکه‌های بلوری هم‌خط نشوند، عدم تطابقی بین این مواد وجود دارد. محققان معمولا مواد III-V را روی ویفرهای سیلیکونی به شکل فیلم نازکی که روی ویفر را می‌پوشاند، ترسیب می‌کنند؛ اما این عدم تطابق فشار وارد کرده و نقص‌هایی ایجاد می‌کند.

محققان ایلینویز بجای یک فیلم نازک، آرایه‌ی بسیار متراکمی از نانوسیم‌های نیمه‌رسانای III-V روی ویفر سیلیکونی بصورت عمودی رشد دادند. لی توضیح داد: "این هندسه نانوسیمی بواسطه پخش کردن انرژی فشاری ناشی از عدم تطابق بصورت عرضی در سرتاسر دیواره‌های جانبی، آزادی بسیار بیشتری از محدودیت‌های تطبیق – شبکه ارائه می‌کند."

این محققان توانستند نانوسیم‌هایی از ترکیبات متنوعی از آرسنیک گالیوم ایندیوم نیمه‌رسانای III-V رشد دهند. این روش بررسی از این مزیت برخوردار است که از تکنیک رشد معمولی استفاده می‌کند که نیازی به هیچ‌گونه اصلاح ویژه‌ای، الگودهی روی ویفرسیلیکونی یا کاتالیست فلزی که اغلب برای چنین واکنش‌هایی مورد نیاز است؛ ندارد.

مزیت دیگر این هندسه نانوسیمی تقویت عملکرد پیل خورشیدی بواسطه جذب بیشتر نور و راندمان جمع‌آوری بار است. این روش نانوسیمی همچنین در مقایسه با فیلم‌های نازک، مواد کمتری استفاده می‌کند و هزینه را کاهش می‌دهد.

لی گفت: "این تحقیق اولین گزارش در زمینه آرایه‌های نانوسیمی نیمه‌رسانای سه‌تایی رشد یافته روی بسترهای سیلیکونی، را ارائه می‌کند." او باور دارد که این راهبرد نانوسیمی را می‌توان بطور گسترده برای دیگر نیمه‌رساناها بویژه در دیگر کاربردهایی که دارای مشکل عدم تطابق شبکه‌ای هستند، بکار برد.

این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند.

گرافن به‌صورت طبیعی فاقد رفتار پیزوالکتریک است. اخیرا محققان آمریکایی نشان دادند با ایجاد حفره‌ای مثلثی شکل در گرافن، می‌توان رفتار پیزوالکتریک در این ماده ایجاد کرد. این در حالی است که حفره دایره‌ای شکل چنین ویژگی ندارد. پژوهشگران معتقدند که با روش‌های رایج می‌توان نتایج این شبیه‌سازی را در آزمایشگاه پیاده‌سازی کرد.

محققان پیش‌بینی می‌کنند که بتوانند از گرافن به‌عنوان یک ماده پیزوالکتریک استفاده کنند. گرافن ماده‌ای است تک لایه که می‌تواند در حوزه‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرد. مهندسان دانشگاه هوستون با محاسبات مکانیک کوانتومی نشان دادند که با ایجاد حفره‌ها در یک پیکربندی‌ مشخص از ورقه گرافن، گرافن می‌تواند به‌صورتی درآید که از خود خاصیت پیزوالکتریک نشان دهد. مواد پیزوالکتریک در اثر فشار فیزیکی جریان الکتریسیته تولید کرده و یا برعکس با اعمال جریان الکتریسیته، پاسخ مکانیکی می‌دهند. دانشمندان قادرند از این مواد در حوزه‌های مختلف نظیر جذب انرژی، مواد مصنوعی و حسگرهای حساس استفاده کنند.

گرافن ماده‌ای است که به‌صورت طبیعی خاصیت پیزوالکتریک ندارد. پژوهشگران دانشگاه هوستون نشان دادند که اگر در گرافن، خواه عایق، خواه نیمه‌هادی، حفره‌ای مثلث شکل ایجاد گردد می‌تواند در برابر اعمال فشاری یکنواخت، مانند مواد پیزوالکتریک عمل کند.

این تیم تحقیقاتی با انجام محاسباتی نشان دادند که این حفره مثلثی شکل است که منشاء رفتار پیزوالکتریک است. آنها ثابت کردند که حفره دایره‌ای شکل چنین خاصیتی ندارد. آنها همچنین دریافتند که رفتار شبه پیزوالکتریکی گرافن تقریبا قدرتی برابر مواد پیزوالکتریک معروفی نظیر کوارتز دارد. نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Coaxing graphene to be Piezoelectric در نشریه Applied Physics Letters به چاپ رسیده است. نویسندگان این مقاله معتقدند که با استفاده از پرتو الکترونی می‌توان حفره‌های مثلثی شکل را در گرافن ایجاد کرد. این موضوع نشان می‌دهد که نتایج این شبیه سازی با روش‌های موجود قابل اجرا است. نویسندگان این مقاله می‌گویند که گرافن می‌تواند مسیر جدیدی به روی حوزه‌های مختلف باز کند.