Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Пьезодиод из деформируемой нанонити (рис. a, c и e) под сканирующим электронным микроскопом. На графиках (b, d и f) показана зависимость тока через диод от приложенного напряжения
В полевом пьезоэлектрическом транзисторе действие затвора заменяется внешней силой

Наноструктуры из оксида цинка послужат основой для нанопьезотроники

Ключевые слова:  наноматериал, наноструктура, нанотехнология, периодика

Опубликовал(а):  Кушнир Сергей Евгеньевич

10 марта 2007

Ученые воспользовались уникальным сочетанием полупроводниковых и пьезоэлектрических свойств нанонитей из оксида цинка, которые могут стать основой для создания нового класса электронных компонентов и устройств для широкого спектра новых приложений.

До сих пор транзисторы, диоды, датчики основывалась на эффекте поля. В настоящее время разрабатываются приборы, работа которых использует деформацию нанонитей из оксида цинка. Новые разрабатываемые компоненты сочетают механические и электронные свойства пьезоэлектрических наноматериалов. Данное направление исследователи окрестили «нанопьезотроника» (nano – piezotronics™).

«Нанопьезотроника объединяет в себе пьезоэлектрические и полупроводниковые свойства материалов для создания новых электронных компонентов, - сообщил Чжун Линь Ван (Zhong Lin Wang), профессор факультета материаловедения и технологии материалов Технологического института штата Джорджия (the Georgia Institute of Technology). - Эти устройства можно использовать в качестве основных строительных блоков, которые позволят открыть новые области применения электроники».

К примеру, в пьезотранзисторе из одномерной оксид-цинковой наноструктуры, путем ее некоторой деформации, можно изменить распределение электрического заряда, с тем чтобы контролировать проходящий через транзистор ток. Измеряя проходящий ток, нанопьезодатчики могут обнаружить силы величиной в несколько нано- или пиконьютонов. Другие нанопьезосенсоры определяют давление крови внутри тела, которая течет через наноструктуры, создавая в них давление. Также электрический контакт, подсоединенный к нанонити из оксида цинка, представляет собой пьезодиод, ограничивающий движение тока в одном направлении.

Механизмы нанопьезотроники используют фундаментальные свойства нанонитей из пьезоэлектрических материалов: деформация наноструктуры создает пространственное перераспределение заряда – положительный заряд локализуется с одной стороны, а отрицательный - с другой. Связь между деформацией структуры и пространственным перераспределением заряда используется также для создания наногенераторов, производящих точно заданные электрические токи.

"Будущее исследований в области нанотехнологий - в построении интегральных наносистем, состоящих из отдельных компонентов, - сообщил Ван. – Компоненты пьезотроники на основе нанонитей из оксида цинка обладают неоспоримыми преимуществами, которые обеспечат создание подобных интегральных наносистем ".

Данные преимущества заключаются в следующем:

  • наноструктуры из оксида цинка могут выдержать значительное число деформации без ущерба для функциональности, что позволяет их использовать в электронных приборах и источниках энергии, которые подвержены деформации;
  • устойчивость к разного рода деформациям позволит обеспечить высокую выходную мощность;
  • материалы из оксида цинка являются нетоксичными, что позволит использовать их в биомедицинских исследованиях;
  • гибкие полимерные подложки, которые будут использоваться для наногенераторов, позволят для проведения исследований имплантировать ряд устройств в органы человеческого тела;
  • наногенераторы на основе данных структур могут непосредственно производить энергию для питания внедряемых наноприборов.

В отличие от обыкновенных электронных компонентов устройства нанопьезотроники для работы используют иной механизм и обладают уникальными характеристиками.

В обыкновенных полевых транзисторах затвор создает электрическое поле, которое управляет током, идущим от истока к стоку. В пьезотранзисторах, разработанных Ваном и его группой, ток регулируется путем изменения проводимости нанонити за счет ее деформации между истоком и стоком. Таким образом, проводимость нанонити непосредственно связана со степенью ее деформации.

"Эффект заключается в уменьшении ширины канала для движения тока, так что вы можете получить десятикратную разницу в проводимости до и после деформации нанонитей", - пояснил Ван.

Также были созданы нанодиоды, использующие пьезомеханические свойства. Потенциальный барьер, созданный пьезоэлектрическим эффектом, ограничивает движение тока в одном направлении.

Наногенераторы, о которых было заявлено 14 апреля 2006 в номере журнала Science, получают энергию из окружающей их среды, преобразуют механическую энергию движения тела, мышечного напряжения, движения жидкостей или иных источников в электричество. Получая электричество за счет энергии, освобождающейся при деформации оксид-цинковых нанонитей, наногенераторы устраняют необходимость в использовании аккумуляторных батарей или других громоздких источниках питания на наноуровне.

С помощью пьезонаносенсоров можно измерять силы величиной в несколько наноньютонов, послеживая изменение формы нанонитей, находящихся под давлением. Имплантируемые сенсоры на основе данного принципа могут измерять давление крови внутри тела и транслировать информацию по беспроводному каналу на внешний приемник, - рассказал Ван. – Данные устройства будут работать за счет наногенераторов, преобразующих механическую энергию кровотока.

Другие наносенсоры позволяют обнаружить наличие конкретного соединения, концентрация которого очень незначительна. За счет изменения тока в приповерхностной области сенсора можно установить содержание соединения, молекулы которого адсорбируются на наноструктуре. "Используя такого рода устройства, Вы потенциально могли бы почувствовать присутствие даже одной молекулы, так как отношение площади поверхности к объему очень велико", - сообщает Ван.

Помимо Вана в группу исследователей вошли J.H. Song, X.D. Wang, P.X. Gao, J.H. He, J. Zhou, N.S. Xu, L.J. Chen и J. Liu из the Georgia Institute of Technology, the National Tsing Hua University of Taiwan, Sun Yat-Sen University of China.





Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Микропланеты
Микропланеты

4 февраля объявили лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке»
4 февраля в здании Минобрнауки РФ состоялась торжественное награждение лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке». 11 научно-просветительских проектов были отмечены престижной наградой.

Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии
5 февраля в Московском университете в Шуваловском корпусе МГУ состоится Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии, посвященный Международному году Периодической таблицы химических элементов, начало - 10 часов.

II Всероссийский химический диктант пройдет 18 мая 2019 года
В 2019 году периодическому закону Дмитрия Менделеева исполнится 150 лет! В честь великого открытия этот год объявлен Международным годом Периодической таблицы химических элементов. Одним из наиболее ярких событий, приуроченных к этому году, станет II Всероссийский химический диктант, который пройдет 18 мая и который в этом году выходит на международный уровень. Мероприятие было анонсировано в рамках церемонии открытия Международного года Периодической таблицы химических элементов 29 января 2019 года в Париже, в штаб-квартире ЮНЕСКО.

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Российская газета: Перевернуть пирамиду. Президент РАН: как повысить наши шансы на Нобеля
Юрий Медведев
Почему Россия по числу Нобелей отстает от ведущих стран мира, уступая, например, даже маленькой Швейцарии? Замалчиваются ли достижения отечественных ученых? Почему без привлечения в науку российского бизнеса мы не сможем успешно конкурировать в борьбе за престижную научную премию? Об этом корреспондент "РГ" беседует с президентом РАН Александром Сергеевым, который побывал в Стокгольме на вручении Нобелевских премий и поделился своими впечатлениями.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.