Ученые создали новый метод выращивания тонких пленок германия

Ученые из Японии разработали инновационную систему выращивания

Ученые создали новый метод выращивания тонких пленок германия

В маленькой комнате центра исследований и разработок Mebiol («Мебиол»), находящегося в часе езды от Токио, на специальной подставке, под пурпурно-красным цветом, растут листья салата сорта Baby Cos. На соседней полке на поверхности небольшого подноса растет рассада — растет без почвы и без субстрата — поверх тонкой прозрачной полимерной пленки.

«Видите корни?» – спрашивает журналистов Хироши Йошиока, вице-президент компании «Мебиол», поднимая пленку, под поверхностью которой виднеются тонкие светлые корни. Сама пленка в его руках напоминает зеленый ковер.

Полимерная пленка, разработанная учеными в Японии, является ключом к новому методу выращивания. Благодаря ей можно будет культивировать любые растения практически на любой плоской и твердой поверхности.

Технология представляет собой пленку, сделанную из гидрогеля, который сейчас используется для производства детских одноразовых подгузников. Через наноразмерные поры пленка впитывает в себя воду и минеральные вещества.

Корни растений, растущих на пленке, не углубляются в нее, а распространяются по её поверхности.

Эта пленка является изобретением ученого-химика Юичи Мори, который основал компанию «Мебиол» в 1995 году.

Почти всю свою жизнь 75-летний исследователь занимался фармакалогией и разработками технологий для использования в медицине, однако с детства был очарован биологией, поэтому решил в итоге работать именно в этой сфере.

«Иногда мне кажется, что растения во многом лучше людей — они поддерживают жизнь на Земле, а не уничтожают её.

Я всегда мечтал о том, чтобы создать для растений нечто необыкновенное», -рассказал он, – «Я думаю, что растения могут решить почти все проблемы на нашей планете, связанные с болезнями и экологией.

Именно поэтому я придумал технологию, которая позволит выращивать растения абсолютно в любом уголке мира».

При создании полимерной пленки для культивации растений, Юичи Мори пригодился его опыт работы в транспланталогии — при создании жидкой основы для роста растений, он использовал систему кровеносных сосудов.

Испытания начинались 10 лет назад с выращивания обыкновенной травы на гидрогеле под светодиодами, и сейчас привели к потрясающим результатам. Так, например, система компании «Мебиол» использует на 90% меньше воды, чем нынешнее сельское хозяйство.

Микроскопические поры мембраны пленки не позволяют проникать внутрь бактериям, вирусам и мелким насекомым, тем самым освобождая фермеров от использования пестицидов и биозащиты.

Теплицы и фермы, работающие с использованием такой пленки могут работать в любом климате, и сейчас активно строятся в 150 населенных пунктах Японии и Китая. Ферма проекта «Мебиол» также была открыта в ОАЭ. На этих действующих фермах выращиваются помидоры, огурцы и различные виды салата и редиса.

Производители отмечают, что растения, растущие на полимерной пленке, дополнительно трудятся для того, чтобы впитать в себя полезные вещества из нее. Это приводит к увеличению содержания в них сахаров аминокислот. Такой же эффект заметен у винограда, выросшего на бедной почве — вкус плодов становится намного более концентрированным.

В конце 2017 года японцы планируют экспортировать свою разработку в Европу и на Ближний Восток.

На фото: Компания «Drop Farm» выращивает помидоры в префектуре Ибараки, используя технику полимеризации полимерных пленок.

Новость подготовлена по материалам “South China Morning Post” scmp.com

Источник: https://agro-exim.com/ru/news/yaponskie-uchenye-pridumali-plenku-dlya-vyrashivaniya-lyubyh-rastenij/

Методы получения тонкопленочных структур

В последние годы, благодаря интенсивным экспериментальным и теоретическим исследованиям, в технологии тонких пленок достигнут значительный прогресс.

В зависимости от решаемой задачи в распоряжении исследователей имеются различные методики получения образцов, дающие результатом пленки с воспроизводимыми и стабильными характеристиками.

Можно утверждать, что, по крайней мере, для двухкомпонентных веществ, свойства пленочных оксидных структур могут приближаться к свойствам массивных материалов.

Отметим, далее, что получение пленок в неравновесных условиях, при интенсивных корпускулярных и фотонных воздействиях, при стимулировании в объеме и на поверхности пленки и подложки сложных многостадийных химических реакций, приводит к тому, что пленочные структуры могут обладать уникальными специфическими свойствами, наблюдение которых в массивных материалах затруднено, а зачастую невозможно.

Тонкие пленки оксидов металлов и полупроводников можно получить различными способами. Простым и часто применяемым способом является термическое окисление. Так термическое окисление кремния – основной метод получения буферных пленок SiO2 при производстве интегральных микросхем.

Однако метод термического окисления как правило требует высокотемпературной обработки подложек с металлическими или полупроводниковыми прекурсорами, что не всегда допустимо. Поэтому разработаны достаточно низкотемпературные методы получения пленок основанные на различных формах внешнего осаждения оксидов или их компонентов на подложки.

Обычно разделяют методы основанные на физическом и химическом осаждении материалов.

Физические методы осаждения оксидных пленок

Физические методы осаждения различных материалов хорошо известны и достаточно подробно обсуждаются в научной литературе. Можно сказать, что все эти технологии возможны для получения оксидных пленок. Ниже приведен краткий обзор этих методов.

Термическое испарение металлов и полупроводников в вакууме. Оксиды, как правило, имеют высокие температуры плавления, что ограничивает широкое применение этого простого и эффективного метода. Однако для некоторых оксидных систем применение термического испарения возможно и широко применяется, например, для получения пленок V2O5.

Реактивное магнетронное осаждение – один из широко распространенных способов получения оксидных пленок.

Обычно используются разные формы DC или RF магнетронного распыления металлических мишеней или RF распыление массивных оксидных мишеней плазмой с различным соотношением Ar и O2.

Меняя состав мишени, температуру подложек, состав газовой смеси и мощность разряда можно получать оксиды как высшей, так и низшей степени окисления данного семейства.

Вакуумно-дуговой способ осаждения металлов с одновременной обработкой потоком реактивного газа (кислорода) или его ионами. Использование дугового разряда в парах рабочего вещества позволяет проводить процесс ионного осаждения в высоком вакууме, вследствие чего повышается чистота получаемых пленок.

Высокая доля ионной компоненты в потоке металла поступающего на подложку обеспечивает высокую адгезию пленки к подложке. Однако наряду с атомной и ионной компонентой на подложку поступает большое количество капельной и микрокластерной фазы, что приводит к формированию пленок с несовершенной морфологией.

Лазерное распыление металлических и оксидных мишеней в атмосфере кислорода. Лазерное излучение обеспечивает самую высокую плотность энергии на распыляемой поверхности.

Это ставит метод лазерной абляции практически безальтернативным методом получения сложных оксидных систем, в состав которых входят элементы с различными коэффициентами распыления.

Этот метод успешно применяется для получения многокомпонентных оксидных систем подобных высокотемпературным сверхполупроводникам.

Химические методы осаждения оксидных пленок

Значительный прогресс достигнут при применении различных способов осаждения оксидов металлов из газовой фазы (chemical vapor deposition – CVD). Основа этого процесса относительно проста.

Атомы металла и кислорода поступают к подложке в виде пара. На поверхности подложки происходит адсорбция необходимых компонентов и химическая реакция образования оксида.

Соединения, представляющие интерес для выращивания полупроводниковых структур, при комнатной температуре, как правило, являются жидкостями, хотя некоторые из соединений, используемых в технике CVD, находятся в твердом состоянии. Чаще всего это метиловые или этиловые металлоорганические соединения или гидраты металлов.

Эти соединения могут быть легко перенесены в зону реакции в потоке газаносителя, например молекулярного азота или инертного аргона, проходящего через жидкий источник или над поверхностью твердого источника.

Содержащие металл компоненты и газноситель смешиваются в газовой фазе и подвергаются пиролизу в атмосфере кислорода в потоке через реактор открытого типа, действующий при атмосферном или пониженном давлении. Температура пиролиза обычно составляет от 400 до 800°С.

Энергия для разогрева газовой смеси подводится от радиочастотного генератора или мощной лампы. Происходит разогрев графитового столика, на котором размещаются подложки. Газовая смесь вблизи подложек также нагревается до высокой температуры, тогда как стенки камеры реактора остаются холодными, например за счет водяного охлаждения.

Такой режим обеспечивает осаждение продуктов реакции на подложках и приводит к относительно малым потерям компонентов реакции на стенках камеры.

Кристаллизация в процессе CVD возникает при прохождении газовой смеси компонентов реакции в потоке газаносителя вблизи нагретой подложки и идет в условиях, близких к термодинамическому равновесию и при использовании монокристаллических подложек можно обеспечить рост эпитаксиальных оксидных пленок.

Анодное окисление – способ получения тонких пленок оксидов переходных металлов

Электрохимическое (анодное) окисление – это процесс получения оксидных плёнок на поверхности металлов и полупроводников при анодной поляризации в кислородосо-держащих средах с ионной проводимостью: в растворах и расплавах электролитов, в плазме газового разряда в кислороде, а также в контакте с твёрдыми электролитами.

По сравнению с другими способами получения собственных оксидов на поверхности металлов (термическое, химическое оксидирование), электрохимическое (ЭХ) окисление имеет ряд преимуществ.

В частности, анодное окисление является одним из наиболее удобных способов (а в некоторых случаях, повидимому, и единственно возможным способом) получения тонких оксидных плёнок в неравновесных условиях с образованием метастабильных структурных и химических фаз.

Механизм анодного окисления связан с переносом металла и кислорода через растущий оксидый слой под действием электрического поля, возникающего в плёнке при приложении напряжения и реакциями фазообразования на внутренних и внешних границах оксида.

Читайте также:  Радиомикрофоны

Теория микроскопического механизма ионного переноса при анодном окислении довольно сложна и находится на уровне модельных представлений. Наиболее разработанными являются модели движения ионных дефектов и механизмы типа обмена местами и переключения связей .

Описание процесса окисления осложняется наличием границ металлоксид и оксидэлектролит, сложным гетерогенным строением оксида, а также возможностью протекания побочных реакций: разряда кислорода и растворения оксидной плёнки.

Тем не менее, кинетические закономерности образования анодных оксидных плёнок и их свойства для многих металлов и полупроводников достаточно хорошо изучены и рассмотрены в ряде обзорных работ.

Методика и теория процесса электрохимического окисления наиболее детально разработаны для так называемых вентильных металлов: в первую очередь это Al, Ta, Nb, а также Ti, Zr, Hf, W, Bi, Sb. На этих металлах можно получить достаточно толстые (до 5000 Å), плотные, однородные оксидые плёнки, обладающие хорошими антикоррозион-ными свойствами и высоким электросопротивлением.

Необходимо отметить, что с практической точки зрения основой целью изучения анодного окисления всегда было определение условий получения АОП, обладающих высококачественными диэлектрическими свойствами, т.к.

главной областью применения этих плёнок (в частности – Ta2O5, Nb2O5, Al2O3) является производство оксиднополупроводниковых и оксидно-электролитических конденсаторов.

Для оксидов, являющихся хорошими электронными проводниками, задача получения их методом анодного окисления осложняется тем, что достаточная напряжённость поля достигается только в слоях толщиной в несколько нанометров. Дальнейший рост оксидной плёнки прекращается, на аноде начинается выделение кислорода или растворение металла.

Напомним, что важнейшей особенностью взаимодействия металлов переходных групп с кислородом является переменная валентность, связанная с существованием незаполненной d-оболочки. Вследствие этого при анодном окислении этих металлов возможно образование слоёв оксидов различного состава.

Как правило, АОП состоит в основном из оксида высшей валентности (например – Ta2O5, Nb2O5, TiO2), а на границе с металлом существуют слои оксидов низшей валентности. Состав и толщина таких слоёв определяются условиями окисления , что позволяет в некоторых случаях модифицировать способ анодного окисления для формирования достаточно толстых слоев низших оксидов переходных металлов.

Источник: http://newnano.ru/nanotehnologii-v-tehnike/tehnika/metody-polucheniya-tonkoplenochnyh-struktur.html

Сибирские ученые предложили новый способ синтеза тонких ферромагнитных пленок для микросхем

  • Рельеф тонкой кристаллической пленки

Коллектив российских ученых синтезировал тонкие кристаллические ферромагнитные пленки и разработал технологию придания им нужной формы. Такие пластины могут использоваться в электронных и спинтронных микросхемах.

Результаты исследований ученых Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета в журнале Thin Solid Films.

Исследователи создали пленки из силицидов железа толщиной от сотен до десятков нанометров. Они синтезированы на подложке из кремния. Силицид железа — это соединение кремния и железа, которое, как правило, при определенной температуре обладает ферромагнитными свойствами.

Но существуют и «немагнитные» силициды железа с уникальными для практического применения оптическими свойствами.Такие пленки используются в качестве активных частей в устройствах оптики, в фотонике и в интегральных электронных и спинтронных микросхемах.

Ферромагнитные тонкие пленки очень перспективны для спинтроники, которая позволяет создавать устройства для хранения и обработки информации. Такие устройства обладают более низким энергопотреблением и высокой скорость по сравнению с традиционными электронными приборами.

Однако для создания таких устройств нужны пленки очень строгой геометрии.

Это значит, что на синтезированные пленки нужно нанести шаблон и «вырезать» пленку в соответствии с ним. Для этого ученые уже давно используют травление: оно бывает жидким (химическим) и сухим (ионно-плазменным, реактивно-ионным или просто ионным). В процессе жидкостного травления пленку помещают в специальную жидкость — травитель, который растворяет излишек.

Перед этим ученые с помощью фотолитографии наносят на пленки маски, чтобы задать нужный «рельеф» — маска не дает нужной части пленки раствориться. В сухом травлении этого же результата ученые добиваются с помощью газа, который физически иди химически разрушает материал.

«Мы расширили область применения подхода, распространили его на новые железо-кремниевые сплавы и показали, что он работает. Также мы определили скорость травления пленок и изготовили микроустройство.

Аналогичный подход может быть использован для изготовления различных структур для электроники, фотоники и других приложений», — рассказал один из авторов статьи Антон Тарасов, научный сотрудник Института физики имени Л.В.

Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН.

Большое преимущество разработанных пленок – не только их электронные и магнитные свойства, но и совместимость с наиболее распространенными технологическими полупроводниками.

Это значит, что такие пленки можно выращивать на подложках из кремния, германия и арсенида галлия. Таким образом физики будут получать тонкие пленки высокого качества специфической формы и геометрии более простым и доступным способом.

Более того, полученные результаты увеличивают выбор материалов, которые ученые могут применять при создании разных устройств.

«С помощью этой технологии можно создать устройства спинтроники или фотоники, потому что силициды железа обладают свойствами, полезными именно в этих областях науки. Сейчас мы с помощью разработанного подхода создаем пленки и изучаем зависимые от их топологии эффекты», — заключил ученый.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Исследование было поддержано грантами Российского фонда фундаментальных исследований, Красноярского краевого фонда науки и гранта Президента РФ по поддержке ведущих научных школ.

Источник: indicator

Источник: http://fano.gov.ru/ru/press-center/card/?id_4=39122

Предложен новый способ синтеза тонких ферромагнитных пленок для микросхем

Коллектив российских ученых синтезировал тонкие кристаллические ферромагнитные пленки и разработал технологию придания им нужной формы. Такие пластины могут использоваться в электронных и спинтронных микросхемах. Результаты исследований ученых Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета опубликованы в журнале Thin Solid Films.

Исследователи создали пленки из силицидов железа толщиной от сотен до десятков нанометров. Они синтезированы на подложке из кремния. Силицид железа — это соединение кремния и железа, которое, как правило, при определенной температуре обладает ферромагнитными свойствами.

Но существуют и «немагнитные» силициды железа с уникальными для практического применения оптическими свойствами.

Такие пленки используются в качестве активных частей в устройствах оптики, в фотонике и в интегральных электронных и спинтронных микросхемах.

Ферромагнитные тонкие пленки очень перспективны для спинтроники, которая позволяет создавать устройства для хранения и обработки информации.

Такие устройства обладают более низким энергопотреблением и высокой скорость по сравнению с традиционными электронными приборами.

Однако для создания таких устройств нужны пленки очень строгой геометрии. Это значит, что на синтезированные пленки нужно нанести шаблон и «вырезать» пленку в соответствии с ним. Для этого ученые уже давно используют травление: оно бывает жидким (химическим) и сухим (ионно-плазменным, реактивно-ионным или просто ионным).

В процессе жидкостного травления пленку помещают в специальную жидкость — травитель, который растворяет излишек. Перед этим ученые с помощью фотолитографии наносят на пленки маски, чтобы задать нужный «рельеф» — маска не дает нужной части пленки раствориться.

В сухом травлении этого же результата ученые добиваются с помощью газа, который физически иди химически разрушает материал.

«Мы расширили область применения подхода, распространили его на новые железо-кремниевые сплавы и показали, что он работает. Также мы определили скорость травления пленок и изготовили микроустройство. Аналогичный подход может быть использован для изготовления различных структур для электроники, фотоники и других приложений», — рассказал один из авторов статьи Антон Тарасов, научный сотрудник Института физики имени Л. В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН и старший преподаватель Сибирского федерального университета.

Большое преимущество разработанных пленок — не только их электронные и магнитные свойства, но и совместимость с наиболее распространенными технологическими полупроводниками.

Это значит, что такие пленки можно выращивать на подложках из кремния, германия и арсенида галлия. Таким образом физики будут получать тонкие пленки высокого качества специфической формы и геометрии более простым и доступным способом.

Более того, полученные результаты увеличивают выбор материалов, которые ученые могут применять при создании разных устройств.

«С помощью этой технологии можно создать устройства спинтроники или фотоники, потому что силициды железа обладают свойствами, полезными именно в этих областях науки. Сейчас мы с помощью разработанного подхода создаем пленки и изучаем зависимые от их топологии эффекты», — заключил ученый.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.

Исследование было поддержано грантами Российского фонда фундаментальных исследований, Красноярского краевого фонда науки и гранта Президента РФ по поддержке ведущих научных школ.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.

Читать ещё •••

Источник: https://news.rambler.ru/scitech/38633447-predlozhen-novyy-sposob-sinteza-tonkih-ferromagnitnyh-plenok-dlya-mikroshem/

Ученые обнаружили новый химический элемент, обладающий магнитными свойствами

Открытие, сделанное экспериментальным путем исследователями из университета Миннесоты, демонстрирует, что химический элемент рутений (Ru) является четвертым химическим элементом, обладающим уникальными магнитными свойствами при комнатной температуре.

До последнего времени людям были известны лишь три стабильных магнитных элемента: железо (Fe), кобальт (Ко), никель (Ni) и, отчасти, гадолиний (Gd), который теряет магнитные свойства при температуре выше 8 градусов Цельсия.

Обнаружение нового магнитного материала может привести к разработке новых типов датчиков, устройств хранения, обработки информации и массы других электронных и электромеханических устройств.

В основе данного открытия лежат некоторые теоретические предсказания, для реализации которых ученые из Миннесоты разработали метод “выращивания” кристаллов рутения, имеющих четырехугольную форму решетки, а не шестиугольную, которую имеет этот элемент в своем естественном виде. И именно эта четырехугольная форма рутения, сформированного в виде тонкой пленки, демонстрирует ярко выраженные ферромагнитные свойства при комнатной температуре.

Читайте также:  Лазерный дальномер из web камеры

Исследователи считают, что своим открытием они открыли дверь к направлению фундаментальных исследований магнитных свойств рутения. Рутений особо интересен тем, что он химически инертен, он очень стоек к окислению.

Кроме этого, его магнитные свойства должны иметь высокую термическую стабильность, что делает этот материал подходящим кандидатом на его использование в устройствах магнитной записи информации следующих поколений.

И именно сейчас ученые занимаются исследованиями этого уникального свойства рутения.

Помимо традиционных технологий, в которых используются магнитные свойства материалов, появление нового магнитного материала может сыграть важную роль для дальнейшего развития ряда новых направлений, таких, как спинтроника.

Этому будет благоприятствовать то, что технологии выращивания тонких пленок и создания наноструктур уже дошли до того уровня, который позволяет производить материалы, имеющие уникальные свойства, которыми не обладают эти же материалы естественного происхождения.

“Мы рады, что нам удалось найти четвертый магнитный химический элемент, – пишут исследователи. – Это было захватывающей и очень сложной проблемой. Нам потребовалось около двух лет для того, чтобы найти правильный метод выращивания кристаллов рутения. И, может быть, рутений станет далеко не последним магнитным материалом, которые мы обнаружим в ближайшем будущем”.

Источник: DailyTechInfo

Источник: https://www.interfax.by/news/world/1243079

Ученые ТГУ создают полупроводники на основе сверхтонких органических пленок

​Ученые из Томского государственного университета научились выращивать полупроводники из органических молекул принципиально новым методом – самосборки из газовой фазы.

Сверхтонкие пленочные структуры толщиной в несколько десятков молекул позволяют создавать полупроводники с улучшенными характеристиками для использования в устройствах нано и микроэлектроники.

В ТГУ отмечают, что разработанная технология выращивания органических полупроводников, позволит устранить одну из главных проблем молекулярной электроники и наноэлектроники.

Она заключается в том, что все устройства, сделанные на основе органических проводящих материалов, разлагаются под воздействием времени, нагрузок и температуры. Новая технология послойного выращивания позволяет формировать очень прочные связи между молекулами, что значительно продлит срок работы устройств.

Полупроводники – это класс материалов, как органических, так и неорганических, обладающих способностью изменять свои электрические свойства под влиянием внешнего воздействия.

Возможность управлять электропроводимостью полупроводников за счет изменения внешней среды и позволяет их использовать в электронике многообразными способами. Технологии создания полупроводниковых устройств заключаются в нанесении тонкого слоя полупроводникового материала на подложку различными методами.

В основе технологии, разработанной учеными ТГУ, – последовательное наращивание слоя вещества из отдельных молекул паров разогретого органического вещества на поверхности подложки. Специальная установка разогревает вещество до температуры 300-400 градусов Цельсия, молекулы вещества особым образом захватываются и размещаются на подложке послойно, образуя тончайшую пленку. Подобная технология является принципиально новой и в мире еще не внедрена.

Установка послойной эпитаксии

“Главная техническая проблема производства устройств на основе органических полупроводников, созданных традиционными методами напыления, заключается в том, что они обладают низкой проводимостью, поскольку отдельные молекулы плохо взаимодействуют между собой, – говорит заведующая лабораторией органической электроники Сибирского физико-технического института им. академика В.Д. Кузнецова ТГУ Татьяна Копылова. – Метод послойного нанесения (молекулярная эпитаксия) обеспечивает химическое связывание молекул и тем самым увеличивает транспорт зарядов”.

Разработчик технологии, ведущий ученый лаборатории органической электроники СФТИ ТГУ, профессор-исследователь Университета штата Юта Владимир Буртман отмечает, что разработанная технология послойного выращивания полупроводника значительно быстрее существующих: “На выращивание одного монослоя уходит 15-30 минут. Из них, как из кирпичиков, можно конструировать полупроводники любой сложности. Для сравнения: в классических технологиях, где нанесение молекул производится через растворение вещества, формирование одного слоя на носителе занимает три дня”.

Для выращивания полупроводников ученые СФТИ ТГУ планируют использовать уже существующие материалы и новые вещества, которые по их заказу будут синтезировать партнеры из ведущих научных центров, специализирующихся на химии: Институт проблем химической физики РАН (г. Черноголовка), Институт высокомолекулярных соединений РАН (г. Санкт-Петербург) и другие.

Источник: http://www.sib-science.info/ru/heis/na-osnove-04052017

В тгу сверхтонкие органические пленки заложили в основу полупроводников

Специалисты Томского государственного университета разработали методику выращивания полупроводников из органических молекул инновационным методом — самосброкой из газовой фазы, об этом сообщают РИА Новости.

За счет толщины пленочных структур в несколько десятков молекул появляется возможность создания полупроводников с улучшенным характеристиками для использования в нано- и микроэлектронике.

Ученые отмечают, что подобный метод позволяет избавиться от проблемы разложения устройств под воздействием времени, нагрузок и температуры, это достигается благодаря послойному выращиванию и как следствие образованию очень прочных связей между молекулами.

Полупроводники – это класс материалов, как органических, так и неорганических, обладающих способностью изменять свои электрические свойства под влиянием внешнего воздействия.

Возможность управлять электропроводимостью полупроводников за счет изменения внешней среды и позволяет их использовать в электронике многообразными способами. Технологии создания полупроводниковых устройств заключаются в нанесении тонкого слоя полупроводникового материала на подложку различными методами.

В основе технологии, разработанной учеными ТГУ, — последовательное наращивание слоя вещества из отдельных молекул паров разогретого органического вещества на поверхности подложки.

Специальная установка разогревает вещество до температуры 300-400 градусов Цельсия, молекулы вещества особым образом захватываются и размещаются на подложке послойно, образуя тончайшую пленку.  Подобная технология является принципиально новой и в мире еще не внедрена.

Бионическую руку стоимостью 8 тысяч рублей создали в ДВФУ

«Главная техническая проблема производства устройств на основе органических полупроводников, созданных традиционными методами напыления, заключается в том, что они обладают низкой проводимостью, поскольку отдельные молекулы плохо взаимодействуют между собой, – говорит заведующая лабораторией органической электроники Сибирского физико-технического института им. академика В.Д. Кузнецова ТГУ Татьяна Копылова. – Метод послойного нанесения (молекулярная эпитаксия) обеспечивает химическое связывание молекул и тем самым увеличивает транспорт зарядов».

Владимир Буртман, разработчик технологии и ведущий ученый лаборатории органической электроники СФТИ ТГУ, отметил, что новым методом полупроводник выращивается значительно быстрее: «На выращивание одного монослоя уходит 15–30 минут.

Из них, как из кирпичиков, можно конструировать полупроводники любой сложности.

Для сравнения: в классических технологиях, где нанесение молекул производится через растворение вещества, формирование одного слоя на носителе занимает три дня».

Материалы, которые будут использоваться для выращивания полупроводников, ученые вуза планируют как брать из уже существующих, так и заказывать у партнеров нечто новое.

Источник: http://ritworld.com/v-tgu-sverxtonkie-organicheskie-plenki-zalozhili-v-osnovu-poluprovodnikov/

В москве будут разрабатывать новые способы выращивания человеческих органов

12.07.2013

Столичная наука может шумно заявить о себе. Первая лаборатория, где будут заниматься исследованиями в области т.н.

биопринтинга (то есть печатания человеческих органов), откроется в Москве этим летом. Руководить научным процессом будет изобретатель технологии печати органов Владимир Миронов.

По его мнению, Россия может стать первой страной, где появятся заводы по печатанию человеческих органов.

Еще вчера это казалось фантастикой, а сегодня превратилось в реальность: т.н. 3D-принтинг простейших тканей в мире уже освоен. По данным научного журнала «Scineсe», уже сегодня ученые могут «принтить» кожу, маленькие сегменты сосудов и хрящи. Однако профессор Миронов не намерен размениваться по мелочам.

В ближайшие годы лаборатория, научным руководителем которой он является, будет заниматься разработкой технологий биопринтинга сосудистого дерева. «Ни один орган не выживет без кровеносных сосудов.

Как только мы сможем напечатать сосудистое дерево, до создания органов останется всего один шаг», — уверяет ученый.

Финансировать разработки будет одна известная компания, занимающаяся лабораторными исследованиями.

Государство же помогло проекту тем, что присвоило новому предприятию статус резидента «Сколково», то есть существенно снизило его налоговое бремя.

Правда, помещения в строящемся иннограде для лаборатории биопринтинга пока нет, поэтому временно она разместится непосредственно в столице. Сейчас в помещении идет монтаж оборудования и установка систем воздухоочистки.

…По прогнозам международных экспертов, первый орган в мире будет напечатан к 2030 году. Профессор Миронов не исключает, что это произойдет на его родине, в России. По его словам, уже сегодня под его руководством смогли напечатать небольшие сегменты сосудов диаметром 5 миллиметров и 250 микрометров.

Однако до создания разветвленной системы кровоснабжения будущих органов еще далеко. Сам господин Миронов, много лет проживший в США и вернувшийся возрождать российскую науку, представляет себе заводы по органпринтингу так: это будет конвейер типа производства «Фордов».

Сначала в биопринтер (к обычному принтеру он, конечно, имеет весьма опосредованное отношение) вместо чернил будут заливать капсулы из стволовых клеток, полученных у пациента. Первая печать будет обычной, хорошо знакомой нам двухмерной. Затем на этот «лист» будут заливаться все новые и новые слои клеток — пока не получится матрица будущего органа.

В дальнейшем ее поместят «дозревать» в специальный биореактор. Ну а в конечном итоге с этого конвейера сойдет почка, или печень, или легкие. В отличие от донорских такие органы не будут отторгаться организмом.

На вопрос, смогут ли ученые будущего напечатать человека, Миронов ответил, что ничего невозможного нет. Вопрос — стоит ли это делать…

Читайте также:  Ветрогенератор с вертикальным ротором

Владимир Миронов — тканевый инженер, изобретатель технологии печати органов и биофабрикации, обладатель первого в мире патента на биопечать. В 1977 году закончил Ивановский государственный медуниверситет. В 1990–1991 годах был старшим научным сотрудником НИИ морфологии человека РАМН.

В 1991 году уехал для продолжения обучения в Германию, откуда в 1993 году перебрался в США, в Медицинский университет Южной Каролины. В 2005 году создал в рамках университета Центр продвинутой биофабрикации.

Сегодня является профессором Государственного университета штата Вирджиния, проводит научные исследования в Центре информационных технологий в Бразилии.

Источник: http://community.sk.ru/net/1120521/b/news/archive/2013/07/11/u-mediciny-_1420_-pechatnoe-buduschee.aspx

Источник: http://www.2045.ru/news/31744.html

Ученые разработали новый способ изменять свойства двуслойного графена

Группа французских ученых во главе с Винсентом Т. Ренаром (Vincent T. Renard) опубликовала в Physical Review Letters статью о новом способе управления свойствами изделий из графена.

Графен — модификация углерода с двумерной решеткой: атомы в состоянии в sp²-гибридизации соединены в шестигранники. Условно такое строение можно рассматривать как одну плоскость графита.

Этот материал популярен в научной среде, постоянно разрабатываются новые возможности применения. Например, пленка поли(3-гексилтиофена) при нанесении на подложку из графена повышает проводимость по сравнению с кремниевой подложкой. Сам графен обладает сверхпроводимостью при определенных условиях.

Тонкость и гибкость материала с полупроводниковыми свойствами важны для промышленности. Специалисты используют не только одиночные слои графена, но и многослойные. Двуслойные конструкции — простейшие, их свойства изучают в первую очередь.

Слои притягиваются друг к другу при помощи ван-дер-ваальсовых сил — диполь-дипольного, индукционного и дисперсионного взаимодействия с энергией 10-20 кДж/моль.

Разноименные заряды притягивает друг к другу, даже если они образованы случайными флуктуациями.

Свойства двуслойной укладки зависят от способа расположения листов.

Первый, отличающийся от обычного наслаивания, — поворот одной кристаллической решетки относительно второй, что образует муар — структуру с дополнительным периодом повторения рисунка, который больше размера одной ячейки слоя.

Муар двуслойного графена / © Л. Худер и др., Physical Review Letters

Атомы одного слоя в такой геометрической системе находятся либо над атомами второго слоя, либо над «промежутком» между ними. Изменение угла поворота слоя регулирует периодичность муара. Расположение зон взаимодействия атомов влияет на полупроводниковые свойства материала.

Французские исследователи из Университета Гренобль-Альпы решили проверить, что будет, если не просто поворачивать один слой относительно другого, но и растягивать его.

Это возможно, так как ван-дер-ваальсовые силы слабы и позволяют слоям «скользить».

В физическом смысле речь не идет о растяжении готового слоя: экспериментаторы выращивали второй слой графена поверх первого с заданным искажением.

Такое дополнительное воздействие приводит к усложнению муара. На рисунке растянут верхний слой (обозначено красными стрелками):

Муар двуслойного графена с растянутым (10%) верхним слоем / © Л. Худер и др., Physical Review Letters

Исследование структуры показало соответствие предварительным теоретическим предположениям.

Ученые обнаружили области с увеличенным количеством электронных состояний, которые могут служить потенциальными ямами для электронов, и запрещенные зоны шириной около 100 мэВ.

Корректировка степени растяжения слоев и угла сдвига влияет на образование таких неравномерностей структуры, и это приводит к изменению свойств материала.

Пока еще не сделаны практические открытия, однако новый метод дает дополнительную «степень свободы» для экспериментов.

Гексагональная плоская структура графена настолько уникальна, что сейчас ученые разрабатывают материал, в котором вместо атомов углерода в узлах решетки расположены полупроводниковые нанокристаллы.

Источник: https://naked-science.ru/article/sci/uchenye-razrabotali-novyy-sposob

Разработан эффективный способ получения бактериальной целлюлозы

Российские ученые разработали эффективный способ производства бактериальной целлюлозы из штамма чайного гриба.

Они определили условия и методы выращивания бактерий, которые позволяют получить большее количество пленок этого вещества.

Результаты исследования станут основой для производства бактериальной целлюлозы в больших масштабах. Работа опубликована в журнале Applied Microbiology and Biotechnology.

Источником целлюлозы могут быть растения (растительная целлюлоза, РЦ) или бактерии (бактериальная целлюлоза, БЦ), которые могут ее синтезировать.

Получаемые пленки практически идентичны по своей химической структуре, но бактериальная целлюлоза прочнее, эластичнее, удерживает больше влаги и обладает газопроницаемостью.

Благодаря этим свойствам ее можно использовать в реконструктивной хирургии, в клеточной и тканевой инженерии.

Прежде чем начать активно применять бактериальную целлюлозу, необходимо разработать эффективный метод синтеза пленок БЦ в больших количествах. Это позволит масштабировать ее производство и оценить, насколько эффективно можно применять БЦ в различных сферах.

Для того чтобы получить бактериальную целлюлозу, нужен специальный вид бактерий. Авторы работы запатентовали новый штамм, Komagataeibacter xylinus B-12068, полученный из чайного гриба — симбиоза дрожжей и уксуснокислых бактерий. Ученые ввели штамм в контролируемую культуру и определили условия, которые обеспечат максимальный выход БЦ.

Для выращивания бактерий ученые использовали два различных метода: поверхностный и глубинный. При поверхностном методе пленку выращивали на чашке Петри и стеклянных лотках при статических условиях.

При глубинном методе культуру бактерий полностью погружали в питательную среду. При таком способе нужно обеспечить определенные условия, в частности доступ кислорода к бактериям.

Для этого содержимое колбы ученые постоянно встряхивали и перемешивали при помощи специального шейкера или же использовали ферментеры.

Полученные пленки сравнили по весу, структуре и количеству поглощенного углеродного субстрата. В результате исследований ученые выявили оптимальные условия для выращивания бактерий и получения целлюлозы.

В частности, выяснилось, что использование глицерина в качестве источника углерода и добавление в питательную среду небольших концентраций этанола позволяют получить гораздо большее количество бактериальной целлюлозы, чем при прочих методах.

«Мы решили важную задачу: разработали эффективный процесс синтеза бактериальной целлюлозы с высокими выходами и продемонстрировали возможность масштабирования процесса и получения пленок бактериальной целлюлозы различных размеров.

Важный момент: это не только подобранные среды и условия, но и новый штамм, который мы выделили, охарактеризовали (запатентовали) и ввели в культуру», — прокомментировала результаты исследований соавтор статьи Татьяна Волова, заведующая кафедрой биотехнологий Института фундаментальной биологии и биотехнологий Сибирского федерального университета.

Источник: https://indicator.ru/news/2018/09/24/poluchenie-bakterialnoj-cellyulozy/

Источник: http://biotech2030.ru/razrabotan-effektivnyj-sposob-polucheniya-bakterialnoj-tsellyulozy/

Ученые нашли новый метод выращивания и крепления графена к кремниевой подложке электронных устройств

Исследователи из Национального университета Сингапура (National University of Singapore, NUS) разработали новый высокоэффективный метод выращивания и закрепления высококачественного графена на поверхности кремния или других жестких материалов. В основу этого метода легла идея, почерпнутая исследователями из живой природы, точно таким же способом некоторые виды жуков и древесных лягушек прочно удерживаются на поверхности гладких и влажных листьев растений.

Напомним нашим читателям, что графен является материалом, имеющим целый ряд уникальных электрических, механических, химических и оптических свойств, что делает его одним из основных кандидатов в качестве материала для электроники будущих поколений.

Но до последнего времени не существовала практичного способа выращивания и надежного крепления высококачественной графеновой пленки к элементам полупроводниковых чипов, все, чего удалось добиться ученым — это «островки» графена, размерами в несколько нанометров, которые отслаивались от основания при первом же неблагоприятном внешнем воздействии.

Новый процесс, разработанный сингапурскими учеными, позволит без ограничений начать создавать и использовать графеновые пленки, практически не имеющие дефектов, размеры которых сопоставимы с размерами чипов электронных и фотонных устройств, таких, как транзисторы, элементы сенсорных дисплеев, оптикоэлектронные модуляторы и датчики различных типов.

Как и другие технологии выращивания графена, новый процесс предусматривает выращивание углеродной пленки на поверхности медного катализатора, которым покрываются необходимые участки кремниевой подложки.

За счет некоторых уловок графеновая пленка, выращиваемая на катализаторе, формируется в виде волнистой поверхности, «пузыри» которой формируют капиллярные «мосты», подобные похожим образованиям на лапках жуков и лягушек, благодаря которым эти живые организмы прочно удерживаются на поверхности абсолютно гладких листьев.

Эти капиллярные мосты позволят графену быть прочно прикрепленным к кремниевой поверхности, что предотвращает его отслаивание, образование трещин и изгибов, даже во время такой операции, как удаление медного катализатора и гравировка полученной многослойной структуры. Для создания капиллярных мостов на этапе предварительной подготовки подложки ее насыщают газом, а образующиеся затем газовые пузыри позволяют разгладить любые изгибы и складки, образующиеся при процедуре удаления медного катализатора.

Новый процесс позволяет выращивать графеновую пленку непосредственно на кремниевых подложках, что позволяет избежать большого количества дефектов и брака, которые возникают при переносе ранее синтезированной графеновой пленки на основание.

Такая особенность нового процесса может обеспечить скорое появление новых электронных приборов на основе графена, характеристики которых во много раз превосходят характеристики обычных кремниевых полупроводников.

Более того, технология выращивания графена на кремниевой подложке полностью совместима с существующим оборудованием поточного производства электронных чипов, что может существенно облегчить внедрение этой технологии в жизнь.

А в настоящее время сингапурские ученые уже ведут переговоры с некоторыми ведущими производителями полупроводниковых приборов с целью совместного внедрения разработанной ими технологии.

Источник: http://vipof.com/3819-uchenye-nashli-novyy-metod-vyraschivaniya-i-krepleniya-grafena-k-kremnievoy-podlozhke-elektronnyh-ustroystv.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector