مشاهده اثر هال کوانتومی در گرافن

دانشمندان دانشگاه کلمبیا توانسته‌اند یک پدیده الکتریکی عجیب معروف به اثر هال کوانتومی جزئی، را در صفحات گرافن مشاهده کنند. در این پدیده الکترون‌ها برای ایجاد ذرات جدیدی با بارهای الکتریکی که کسری از بار الکتریکی الکترون‌های منفرد هستند؛ با هم عمل می‌کنند.

دانشمندان در گذشته رفتار جامدات و گازهای دوبعدی را مطالعه کرده‌اند. آنها با پیوند دو نیمه‌رسانای مختلف توانسته‌اند محیطی نزدیک به یک گاز الکترونی دوبعدی ایجاد کنند. موقعی که چنین سیستمی تا دمای کمتر از یک درجه بالای صفر مطلق سرد شود و یک میدان مغناطیسی قوی به آن اعمال شود، اثر هال کوانتومی جزئی را نمایان می‌کند.

از پنج سال پیش که گرافن کشف شده‌بود، تاکنون محققان تلاش کرده‌اند که این اثر را در گرافن مشاهده کنند، ولی موفقیت جزئی کسب کرده‌اند. اکنون محققان دانشگاه کلمبیا متوجه شده‌اند که دخالت در سطحی که گرافن روی آن رسوب می‌کند، مشکل است. بنابراین آنها برای مشاهده این اثر، روش‌های لیتوگرافی نیمه‌رسانا را برای معلق‌کردن صفحات گرافن فوق‌العاده تمیز بین پایه‌های میکروسکوپی بالای سطح تراشه‌های نیمه‌رسانا؛ بکار بردند. هنگامی که آنها این سیستم را تا 6 درجه بالای صفر مطلق سرد کردند و به آن یک میدان مغناطیسی اعمال کردند؛ گرافن مطابق با آنچه تئوری پیش‌بینی می‌کرد، یک اثر هال کوانتومی قوی تولید کرد.

الکترون‌ها در گرافن دریای بسیار نازکی از بارهای الکتریکی تشکیل می‌دهند، هنگامی که میدان مغناطیسی اعمال می‌شود، گرداب‌هایی در سیال الکترونی ایجاد می‌شود. به دلیل اینکه الکترون‌ها دارای بار منفی هستند، این گرداب‌ها بار مثبت دارند و بارشان کسری از بار یک الکترون است. این حامل‌های بار مثبت جذب الکترون‌های باند هدایت شده و شبه‌ذراتی با بارهای جزئی ایجاد می‌کنند.

نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nature منتشر شده است.

دنبالک ها: http://sitemason.vanderbilt.edu/news/releases/2009/11/17/new-study-confirms-exotic-electric-properties-of-graphene.99826 ،

طراحی نقاط کوانتومی سه‌تایی

با وجودی که نقاط کوانتومی از دهه 80 میلادی وجود داشته‌اند، اما دانشمندان در دهه اخیر توانستند نقاط کوانتومی منفرد چندالکترونی را به صورت واقعی تولید کنند. این نقاط کوانتومی محققان را قادر می‌سازند که بتوانند اسپین‌های کوانتومی را دستکاری کنند؛ می‌توان از این اسپین‌های کوانتومی به عنوان بیت های کوانتومی در کاربردهای مربوط به اطلاعات کوانتومی استفاده کرد. حال گروهی از محققان انجمن تحقیقات ملی کانادا موفق به طراحی یک مدار چندالکترونی متشکل از سه نقطه کوانتومی شده‌اند و نشان داده‌اند که می‌توان این سه نقطه را به حالت رزونانسی تنظیم کرد.

آنگونه که این دانشمندان در مقاله منتشر شده توضیح داده‌اند، این طراحی نقطه کوانتومی سه‌تایی می‌تواند در تحقیقات مربوط به نقاط کوانتومی که در آن دانستن تعداد دقیق الکترون‌ها مهم است، مفید باشد. همچنین در آینده می‌توان از این نوع طراحی در ابزارهای اطلاعات کوانتومی که از بیت‌های کوانتومی اسپین الکترونی بهره می‌برند، استفاده کرد.

لوئیس گائودریو یکی از پژوهشگران این تحقیق می‌گوید: « برای برخی از عملکردهای مربوط به اطلاعات کوانتومی، همچون اتوبوس اسپینی که برای انتقال پیوسته اطلاعات اسپینی در طول یک مدار استفاده می‌شود، رزونانس هر سه نقطه کوانتومی لازم است».

این گروه چندین نوع طراحی را مورد بررسی قرار دادند، اما تنظیم‌پذیری نسخه‌های اولیه به عنوان نقاط کوانتومی سه‌تایی در حد مورد نیاز نبود. آنها در نهایت به یک طراحی مناسب رسیدند که در آن می‌توانستند یک تا سه الکترون را در نقطه مرکزی ایزوله کرده و در دونقطه بیرونی، محدوده وسیعی از الکترون‌ها را قرار داد.

دانشمندان برای نشان دادن تنظیم‌پذیری مورد نیاز این مدار، ولتاژ گیت را به نحوی تنظیم کردند که هر سه نقطه نسبت به یکدیگر حالت رزونانسی داشته باشند. این نقاط به نام نقاط چهارتایی یا کوادروپل نامیده می‌شوند.

گائودریو می‌گوید: «رفتن از نقاط کوانتومی دوتایی که در چندین آزمایشگاه مطالعه شده‌اند، به نقاط کوانتومی سه‌تایی، گامی مهم‌تر از تنها افزودن یک کیوبیت اسپینی اضافی به شمار می‌آید. مفاهیم زیادی همچون اثبات گیرافتادن ( entanglement ) و اجرای الگوریتم‌های کوانتومی ساده وجود دارند که به نقاط کوانتومی سه‌تایی نیاز دارند».

او می‌افزاید: «برنامه نهایی ما این است که از این ابزار برای اجرای کاربردهای اطلاعات کوانتومی ساده استفاده کنیم، اما نخستین گام برای این کار این است که نشان دهیم می‌توانیم اسپین‌ها را در چنین مدار پیچیده‌ای دستکاری کنیم. همچنین یکی دیگر از مفاهیم جذابی که در حال مطالعه با استفاده از این ابزار هستیم، backaction است، یعنی روشی که در آن خودِ فرایند اندازه‌گیری موجب اثرگذاری روی نتایج می‌شود».

نتایج این تحقیق در مجله Applied Physics Letters منتشر شده است.

دنبالک ها: http://www.physorg.com/news178789034.html ،

تولید میکروسکوپ گاز کوانتومی

فیزیک‌دان‌های دانشگاه هاروارد یک میکروسکوپ گاز کوانتومی ساخته‌اند که می‌تواند برای مشاهده اتم‌های منفرد در دماهای بسیار پایینی که ذرات از قوانین مکانیک کوانتومی پیروی کرده و رفتارهای عجیبی از خود نشان می‌دهند، مورد استفاده قرار بگیرد.

در این کار محققان برای اولین بار توانسته‌اند اتم‌های منفرد را در یک ساختار بلوری که فقط از نور ساخته شده است، شناسایی کنند. این ساختار بلوری، شبکه اُپتیکی Bose Hubbard نامیده می‌شود. این کار بخشی از تلاش دانشمندان برای استفاده از گازهای کوانتومی اَبَرسرد در درک و توسعه مواد کوانتومی جدید است.

مارکوس گرینر، استادیار فیزیک دانشگاه هاروارد و یکی از محققان این پژوهش می‌گوید: «می‌توان از اتم‌های اَبَرسرد در شبکه‌های اُپتیکی به عنوان مدلی برای کمک به درک فیزیک ابررسانایی و مغناطیسی شدن کوانتومی بهره برد. انتظار داریم این روش فاصله میان مطالعات میکروسکوپی و ماکروسکوپی سامانه‌های کوانتومی را پر کرده و به شبیه‌سازی کوانتومی سامانه‌های مواد فشرده کمک کند. همچنین امید می‌رود بتوان از این روش در یافتن کاربردهایی برای پردازش کوانتومی اطلاعات بهره برد».

این میکروسکوپ گاز کوانتومی ابزاری است که قابلیت مشاهده اتم‌های منفرد (در این مورد اتم‌های ایریدیوم) را با تفکیک‌پذیری بالا داراست؛ این اتم‌ها فضاهای نزدیک به هم درون شبکه را پر کرده‌اند. این اتم‌های روبیدیوم تا 5 میلیاردیوم یک درجه بالای صفر مطلق سرد می‌شوند.

وسیم بَکر از دانشجویان هاروارد می‌گوید: «در این دمای بسیار پایین، اتم‌ها از قوانین مکانیک کوانتوم پیروی کرده و رفتارهای غیرقابل‌انتظاری از خود نشان می‌دهند. مکانیک کوانتومی این امکان را برای اتم‌ها ایجاد می‌کند که بدون هیچگونه مقاومتی درون شبکه جابه‌جا شده و تونل بزنند و حتی به شکل غیرمستقر در کل شبکه درآیند. با این میکروسکوپ می‌توانیم ده‌ها هزار اتم منفرد را که در کنار هم چنین شاهکاری را خلق می‌کنند، مشاهده کنیم».

این محققان در مقاله خود تصاویری از اتم‌های روبیدیوم منفرد را که در یک شبکه اُپتیکی محدود شده‌اند، ارائه نموده‌اند. این شبکه اُپتیکی با تابش یک الگوی هولوگرافیک ایجاد شده با لیزر تولید می‌شود. اتم‌های روبیدیوم مجاور فقط 640 نانومتر از هم فاصله داشته و این امر امکان تونل‌زنی سریع آنها در طول شبکه فراهم می‌آورد.

گرینر می‌گوید: «در رابطه با مواد کوانتومی پرسش‌های حل‌نشده زیادی همچون ابررساناهای دمابالا که با سرد شدن تا دماهای متوسط تمام مقاومت الکتریکی خود را از دست می‌دهند، وجود دارد. امیدواریم این سامانه مدل اتمی اَبَرسرد پاسخ برخی از این سوالات مهم را داده و راه را برای ایجاد مواد کوانتومی جدید با ویژگی‌های ناشناخته فراهم کند».

این پژوهش در مقاله‌ای در مجله Nature منتشر شده است.

دنبالک ها: http://www.nanotechwire.com/news.asp?nid=8921 ،

صفحه نانوسیمی برای LED انعطاف‌پذیر

دانشمندان دانشگاه آجو در کره جنوبی یک فرآیند آسان برای ساخت دیود‌های انتشاردهنده نورِ(LED) انعطاف‌پذیر توسعه داده‌اند. این LED‌های هیبریدی آلی/ اکسید روی مبتنی بر یک صفحه اکسید روی شبه‌کاغذی می‌باشند که حاوی نانوسیم‌های اکسید روی است. استفاده از صفحات نانوسیم- اکسید روی مجزای نازک، امکان ساخت LEDهای انعطاف‌‌پذیری را فراهم می‌کند که با هزینه کم در طول موج‌های مرئی یا مافوق بنفش کار می‌کنند.

نانوسیم‌های شبه‌نخ و صفحه نانوسیمی تولیدشده بوسیله محققان کره‌ای.

این محققان ابتدا با استفاده از روش رشد فاز- بخار در شرایط اتمسفریک محیط، نانوسیم‌های اکسید روی را با ظاهری شبیه به نخ تولید کردند. سپس این نانوسیم‌ها را که بصورت انبوه تولید شده بودند، با روش ساده‌ی پراکنده‌کردن- و فیلتراسیون تبدیل به صفحات نازک انعطاف‌‌پذیر کردند. بطور قابل ملاحظه‌ای، این نانوسیم‌های اکسید روی می‌توانند به آسانی تا سطوح صنعتی تولید انبوه شوند؛ و تولید این صفحات نازک نانوسیمی فقط تجهیزات ارزانی لازم دارد.

برای ساخت یک اتصال- نامتجانس برای یک LED هیبریدی، فقط فرآوری مکانیکی ساده‌ی یک صفحه نانوسیم- اکسید روی مجاور یک فیلم نیمه‌رسانای آلی نوع N لازم است. این محققان تعدادی از مواد نیمه‌رسانای آلی را براساس طیف‌های الکترولومینسانت بررسی کردند.

این مطالعه به همان خوبی که روش جدیدی را برای ساخت LEDهای هیبریدی/ اکسید روی شرح می‌دهد، یک دیدگاه در مورد الکترولومینسانس مرتبط با نقص از صفحات نانوسیم- اکسید روی ارائه می‌کند. معمولاً انتشار مافوق‌بنفش که از مشخصه‌های اکسید روی بلوری است، در مقایسه با انتشار مرئی مرتبط با نقص ضعیف است.

برای بهبود عملکرد این LED‌های هیبریدی می‌توان با کنترل نقایص و تزیین سطح نانوسیم‌های اکسید روی با ذرات فلزی، خواص انتشاری نانوسیم‌های اکسید روی را اصلاح کرد.

کاربردهای دیگر این صفحات نانوسیمی انعطاف‌پذیر شامل پیل‌های خورشیدی و حسگرها هستند.

نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nanotechnology منتشر شده‌است.

دنبالک ها: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/40950 ،

ساخت سنسورهای میدان مغناطیسی با مقاومت مغناطیسی بزرگ

پژوهشگران ایرانی، موفق به تهیه نانولایه‌هایی برای ساخت سنسورهای میدان مغناطیسی با مقاومت مغناطیسی بزرگ شدند.

خانم سیده مریم بنی‌هاشمیان فارغ‌التحصیل فیزیک حالت جامد، با ایجاد ساختار نانومتری از فلزات پلاتین و مس روی ساختار سیلیکون– سیلیکون دی‌اکسید (Si/SiO2/CuPt)، توانسته است میدان مغناطیسی ضعیف کمتر از 6 میلی تسلا را در دمای نیتروژن مایع آشکارسازی کرده و گامی در تولید سنسورهای میدان مغناطیسی با مقاومت مغناطیسی بزرگ بردارد.

وی در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو اظهار داشت: «در این کار، با استفاده از لیتوگرافی UV و لایه‌نشانی الکترون بیم، لایه بسیار نازکی از سیلیکون دی‌اکسید را روی سیلیکون تمیز شده با فرایند استاندارد کلینینگ و روش پلاسمایی، لایه‌نشانی كردیم و لایه‌ای حدود 5 نانومتر روی بستر سیلیکون ایجاد شد. همچنین با استفاده از کنترل فشار و آهنگ لایه‌نشانی، نانولایه مس– پلاتین را روی سیلیکون– سیلیکون دی‌اکسید، با اندازه كمتر از 8 نانومتر ایجاد نمودیم. سپس با انجام فرایند آنیلینگ و سیم‌زنی نمونه‌های ساخته شده، با اندازه‌گیری تغییرات نمودار جریان– ولتاژ با تغییر میدان مغناطیسی در دمای نیتروژن مایع، میدان مغناطیسی کمتر از 6 میلی تسلا را آشکارسازی کرده و با دستگاه‌های اندازه‌گیری شامل AFM،SEM ، RBS نانولایه‌ها را مورد بررسی قرار دادیم».

مدرس دانشگاه پیام نور قم در ادامه افزود: «در این پژوهش مشاهده شده است که ساختار نانومتری ، CuPt می‌تواند با کم شدن ابعاد، میدان مغناطیسی حدود چند میلی‌تسلا نزدیک به میدان مغناطیسی زمین را آشکارسازی کند و با اعمال میدان مغناطیسی، رفتارهایی مانند مقاومت مغناطیسی بزرگ که در نوع خود بی‌نظیر است نشان دهد. این نانوساختار می‌تواند در سنسورهای میدان مغناطیسی، حافظه مغناطیسی و بیوسنسورها به کار رود».

جزئیات این مقاله که با همکاری دکتر حسن حاج قاسم، دکتر علیرضا عرفانیان، مهندس مجیدرضا علی‌احمدی و مهندس منصور محتشمی‌فر انجام شده، در مجلات Sensors (جلد 9، صفحات 9740- 9734، سال 2009) Journal of Magnetism and Magnetic Materials (جلد 321، صفحات 2736- 2733، سال 2009) منتشر شده است.

استفاده از نانوبرج‌ها برای انتشار فوتون‌های منفرد

محققان دانشکده فیزیک دانشگاه Würzburg برج‌های بسیار کوچکی از مواد نیمه‌رسانا ساخته‌اند. ارتفاع این برج‌ها حدود 10 میکرومتر و قطر آنها یک یا دو میکرومتر است.

درون این برج‌ها ساختارهای خاصی قرار دارند که می‌توانند نور نشر کنند. این ساختارها نقاط کوانتومی نامیده می‌شوند که می‌توان ویژگی‌های الکترونیکی و اُپتیکی آنها را در حین تولید تنظیم کرد.

امکان تولید تک‌فوتون‌ها
استفان رایتزنشتاین از دانشگاه Würzburg می‌گوید: « با استفاده از این برج‌های نقاط کوانتومی می‌توان فوتون‌های منفرد را به شکل هدفمند تولید و منتشر کرد. برای انتقال ایمن اطلاعات در رمزنویسی کوانتونی به چنین عناصر ساختاری نیاز است».

با این حال تاکنون تولید فوتون‌های منفرد در این ساختارها فقط در دماهای زیر 100 درجه سانتی‌گراد ممکن بوده است. بنابراین قبل از استفاده عملی از این مفهوم، باید بر موانع موجود غلبه کرد. به لطف توسعه این برج‌های کوچک، نگاه جدیدی به نقاط کوانتومی ایجاد شده است.

 ابزاری جدید برای آنالیز نقاط کوانتومی
فیزیک‌دان‌های اشتوتگارت این نانوبرج‌ها را مور دمطالعه قرار داده‌اند. رایتزنشتاین می‌گوید: «این برج‌ها ابزار جدیدی برای مطالعه ویژگی‌های نقاط کوانتومی به روشی بی‌سابقه هستند».

گروه اشتوتگارت اثر غیرمنتظره‌ای به نام جفت‌شدن (کوپلینگ) غیرارتعاشی را کشف کردند. این امر نشان‌دهنده وجود برهمکنش‌های قوی نور-ماده در این سامانه حالت جامد است. بنابر گفته پیتر میشلر «کشف این پدیده اثر بسیاری زیادی در طراحی و عملکرد نشر کننده‌های کوانتومی مبتنی بر نقاط کوانتومی در آینده خواهد داشت».

ساختار برج‌های کوچک
به دلیل ساختار خاص و تولید کاملاً بهینه این برج‌ها، نگرش جدیدی ایجاد شده است. کیفیت این ساختارها در سطح جهانی بسیار بالاست. این ساختارهای کوچک از توالی پیچیده‌ای از لایه‌های ساخته شده از مواد نیمه‌رسانای آرسنید آلومینیوم و آرسنید گالیوم تشکیل شده است.

استفان رایتزنشتاین می‌گوید: «ساختار خاص این برج‌ها آنها را به نوسان‌کننده‌های اُپتیکی با کیفیت بالا تبدیل می‌سازد که فوتون‌های منفرد را در هر سه بُعد و در مقیاس طول موج نور محدود می‌کند».

در مرکز این برج‌ها حدود 100 نقطه کوانتومی ساخته شده از ماده نیمه‌رسانای آرسنید گالیوم قرار دارد. رایتزنشتاین توضیح می‌دهد: « می‌توان با استفاده از روش‌های طیف‌سنجی خاص، یک نقطه کوانتومی منفرد را به صورت هدفمند وادار به ارتعاش در حالت اُپتیکی یک برج نموده و بدین ترتیب آزمایش‌های فیزیکی بنیادی را در مورد برهمکنش نور با ماده اجرا کرد».

جزئیات این پژوهش در مجله Nature Photonics منتشر شده است.

دنبالک ها: http://www.nanotechwire.com/news.asp?nid=9032&ntid=&pg=4 ،

شناسایی سریع آرسنیک با نانوحسگر بسیار حساس

محققان در آمریکا یک روش برای اندازه‌گیری سریع و دقیق میزان آرسنیک در آب شرب توسعه داده‌اند. در این روش که به غلظت‌های بسیار کم نیز حساس است، از یک محلول نانوذرات طلا استفاده می‌شود که رنگش در حضور این فلز سمی تغییر می‌کند.

تغییر رنگ می‌تواند هنگامی که آرسنیک حضور دارد (در بالا) و هنگامی که غلظت‌های متفاوتی دارد (در پایین)، دیده شود.

همه آب‌های شرب حاوی مقادیر بسیار کمی از آرسنیک هستند، اما در بعضی از مناطق جهان از قبیل بنگلادش، هند و آسیای جنوب شرقی، این مقدار به بالای (قسمت در بیلیون) 10ppb می‌رسد که می‌تواند خطرناک باشد. پارش چندراری، یکی از این محققان می‌گوید: روش ما بسیار ساده و حساس است، دقت آن تا حدود (قسمت در تریلیون) 3ppt می‌باشد و در حضور دیگر فلزات نیز انتخاب‌پذیر است.

این محققان نانوذرات طلا را با اتصال لیگاندهای آلی بزرگ به سطح‌شان اصلاح کردند. این لیگاندها از قبیل گلوتاتیون، دی‌تیوتریتول یا سیستین، با آرسنیک تشکیل کمپلکس می‌دهند. هر یون آرسنیک می‌تواند به سه لیگاند پیوند داده و سه نانوذره‌ی طلا را به صورت یک خوشه کنار هم نگه دارد. هرچه تعداد یون‌های آرسنیک بیشتر باشد، تعداد این خوشه‌های چند‌ذره‌ای نیز بیشتر می‌شود. رنگ این محلول نانوذره‌ای بستگی به اندازه نانوذرات دارد، بنابراین ایجاد خوشه‌های بزرگ‌تری از نانوذرات طلا سبب تغییر رنگ این محلول از نارنجی به سیاه می‌شود.

یک رنگ‌سنج مبتنی بر میدان می‌تواند برای اندازه‌گیری دقیق تغییر رنگ استفاده شود. بعد از کالیبره‌کردن سیستم، با استفاده از این رنگ‌سنج می‌توان مشخص کرد که دقیقاً چه مقدار آرسنیک در آب موجود است.

این محققان برای افزایش حساسیت سیستم‌شان، از یک تکنیک معروف به پراکندگی نور پویا برای تعیین تغییرات کوچک در اندازه‌ی ذرات در نمونه‌هایشان، استفاده کردند. آنها با استفاده از این تکنیک توانستند غلظت‌های بسیار پایینی از آرسنیک تا حد چند ppt را نیز شناسایی کنند. این غلظت بسیار پایین‌تر از غلظت 10ppb است که سازمان سلامت جهانی(WHO) بعنوان حداکثر غلظت مجاز آرسنیک در آب شرب تعیین کرده‌است.

این محققان نتایج خود را در مجله‌ی Angew. Chem. Int. Ed. منتشر کرده‌اند.

دنبالک ها: http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/November/30110901.asp ،

راه اندازی آزمایشگاه فناوری نانو در پارک پردیس

شرکت کارآفرینی و فن آوری ایران (کفا)، آزمایشگاه فناوری نانو را برای  ارائه خدمات آزمایشگاهی به دانش پژوهان عرصه فناوری نانو، در پارک فناوری پردیس راه‌اندازی کرد.

میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) ، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) ، میکروسکوپ تونلی روبشی (STM)، پراکندگی دینامیکی نور برای تعیین اندازه ذرات (DLS) ، کروماتوگرافی گازی (GC) از جمله تجهیزات این آزمایشگاه است.

 به زودی دستگاه‌های بیشتری از جمله مغناطومتر (VSM) و طیف سنج موزبایر به تجهیزات این آزمایشگاه افزوده خواهد شد.

 آزمایشگاه فناوری نانو در آغاز فعالیت، خدمات خود را به‌صورت نیم بها به پژوهشگران ارائه می‌نماید.

نشانی آزمایشگاه: کیلومتر 20 جاده دماوند، روبروی شهر جدید پردیس، پارک فناوری پردیس، ساختمان فناوری سراج، واحد 101

تلفن: [phone] نمابر: 76250052 -021

دفتر تحویل نمونه: تهران، خیابان ستارخان، خیابان شهید حبیب ا...، جنب خیابان خارک، کوچه شهید مظفری، پلاک 8

تلفن: [phone] نمابر: 66552423-021

روشی جدید تصفیه نانومواد از پساب‌ها

محققان بریتانیایی روش جدیدی را برای زدایش نانوذرات سیلیس از پساب‌ها ارائه دادند که با آن می‌توان از ورود سالانه‌ی میلیون‌ها تن نانوذره به محیط جلوگیری کرد.

امروزه روند استفاده از نانومواد در محصولاتی همچون لوازم آرایشی و بهداشتی، پزشکی، پاک‌‌کننده‌ها و حتی مواد غذایی رو به افزایش است؛ بنابراین طبیعی است بخشی از این نانومواد

وارد محیط زیست شود. هنوز شواهدی برای اثبات اثرات مخرب این نانوذرات روی محیط زیست وجود ندارد؛ اما سرنوشت آنها نیز برای محققان مشخص نیست، زیرا ره‌گیری نانوذرات در پساب‌ها کاری غیر ممکن است. شناسایی این نانوذرات در پساب‌ها یکی از معضلات در حوزه‌ی فناوری نانو محسوب می‌شود و اگر چه می‌توان آنها را با کمک میکروسکوپ الکترونی شناسایی کرد، این کار مستلزم وقت و هزینه‌ی بسیار زیادی است.

دانشمندان بریتانیایی برای فائق آمدن بر این مشکل از روش «پراش زاویه‌ی کوچک نوترونی» یا SANS استفاده کردند. در این روش پرتوهای کم‌‌انرژی نوترونی به محلول حاوی نانوذرات تابیده شده، شدت پرتوهای عبوری در محلی اندازه‌گیری می‌شود که با خط سیر پرتو تابیده‌‌شده، زاویه‌ی کوچکی دارد.

آنها برای بررسی این که آیا نانوذرات سیلیس در پساب به‌صورت معلق باقی می‌ماند یا به شکل لجن ته‌‌نشین می‌گردد شرایط موجود در پساب را در آزمایشگاه شبیه‌‌سازی کرده، دریافتند که نانوذرات بدون روکش به‌صورت معلق در پساب باقی می‌ماند؛ اما نانوذرات روکش‌دار ـ که دارای پوشش‌های سورفاکتانت هستند ـ با اجزای موجود در پساب برهم‌کنش داده، خیلی سریع ته‌‌نشین می‌شوند. در گام بعد، آنها هر دو نوع نانوذره را در آب خالص تست و مشاهده کردند که هر دو دسته‌ی روکش‌‌دار و بدون روکش معلق باقی ماندند.

این گروه تحقیقاتی به این نتیجه رسیدند که شیمی سطح نانوذرات می‌تواند تعیین‌‌کننده‌ی سرنوشت آنها باشد و در نتیجه این امکان وجود دارد که با اعمال روکش در نانوذرات مورد استفاده در محصولات، بتوان به‌‌‌راحتی آنها را در مراحل اولیه‌ی تصفیه‌ی پساب جداسازی کرد.

 

پیش‌بینی بازار ادوات و مواد جدید در شبکه هوشمند

موسسه NanoMarkets گزارشی را با عنوان «فرصت‌های ادوات و مواد جدید در شبکه هوشمند: 2010 تا 2017» منتشر کرده است. طبق این گزارش، ارزش بازار محصولات زیرساخت شبکه هوشمند تا سال 2017 به 12 میلیارد دلار خواهد رسید.

یافته‌های کلیدی این گزارش عبارتند از:

• استفاده از مواد کامپوزیت در شبکه هوشمند امکان انتقال جریان و ولتاژ برق بیشتر را فراهم می‌کند. طی چند سال آینده، از نانوکامپوزیت‌ها به‌عنوان پرکننده‌ها در عایق‌های شبکه استفاده خواهد شد. استفاده از نانوکامپوزیت‌ها باعث بهبود چشمگیر استقامت ولتاژ، قدرت شکست، اندازه عنصر و عمر مفید آنها می‌شود. پیش‌بینی می‌شود که تا سال 2017 ارزش بازار حاصل از nano-dielectrics به 500 میلیون دلار افزایش یابد.

• در حال حاضر کاربیدهای سیلیکون جایگزین سیلیکون در شبکه قدرت ادوات الکترونیک، نیترات گالیوم، اکسید زینک و الماس صنعتی می‌شوند. استفاده از ابزارهای ساخته شده از این مواد امکان انتقال بیشتر الکتریسیته را فراهم می‌کنند. بر اساس پیش‌بینی نانومارکت، تا سال 2017، ارزش بازار ادوات الکترونیک قدرت غیر سیلیکونی به 400 میلیون دلار خواهد رسید.

• تا سال 2017 حدود 350 میلیون دلار صرف تحقیق و توسعه کابل‌های ابرهادی در شبکه هوشمند خواهد شد. تنها سیم‌های نانولوله‌ی کربنی نسبت به نیمه‌هادی‌ها، امکان رسانایی بالاتر را فراهم می‌کنند.

این گزارش جدید، آخرین تجزیه و تحلیل شرکت‌ها و پیش‌بینی‌های عناصر شبکه هوشمند را با استفاده از مواد پیشرفته ارائه می‌کند.