Αυτά τα αυτοσυναρμολογούμενα υλικά που βασίζονται σε νανοσωματίδια είναι τόσο σταθερά που μπορούν να επιπλέουν στο διάστημα. Επιστήμονες
Οι ιδιότητες των υλικών στη νανοκλίμακα είναι διαφορετικές καιΟι ερευνητές μελετούν εδώ και πολύ καιρό πώς να χρησιμοποιούν αυτά τα μικροσκοπικά υλικά - 1.000 έως 10.000 φορές πιο λεπτά από τα ανθρώπινα μαλλιά - σε όλα, από την παραγωγή αισθητήρων για τηλέφωνα έως την παραγωγή ταχύτερων τσιπ για φορητούς υπολογιστές. Ωστόσο, οι μέθοδοι κατασκευής ήταν περίπλοκες κατά την πραγματοποίηση τρισδιάστατων νανοαρχιτεκτονικών. Η νανοτεχνολογία DNA καθιστά δυνατή τη δημιουργία πολύπλοκων οργανωμένων υλικών από νανοσωματίδια με αυτοσυναρμολόγηση, αλλά δεδομένης της μαλακής και περιβαλλοντικά εξαρτώμενης φύσης του DNA, τέτοια υλικά μπορούν να είναι σταθερά μόνο σε ένα στενό φάσμα συνθηκών. Αντίθετα, τα πρόσφατα διαμορφωμένα υλικά μπορούν τώρα να χρησιμοποιηθούν σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών όπου απαιτούνται αυτά τα τεχνικά σχέδια. Ενώ η παραδοσιακή νανοκατασκευή είναι εξαιρετική για τη δημιουργία επίπεδων δομών, η νέα τεχνική καθιστά δυνατή την κατασκευή τρισδιάστατων νανοϋλικών που καθίστανται απαραίτητα για πολλές ηλεκτρονικές, οπτικές και ενεργειακές εφαρμογές.
Η νέα έρευνα δείχνει αποτελεσματικήμέθοδος μετατροπής τρισδιάστατων δικτυωμάτων νανοσωματιδίων DNA σε αντίγραφα πυριτίας, διατηρώντας παράλληλα την τοπολογία των διασωματιδιακών δεσμών λόγω δομών DNA και της ακεραιότητας της οργάνωσης των νανοσωματιδίων. Η πυριτία λειτουργεί καλά επειδή βοηθά στη διατήρηση της νανοδομής του γονικού πλέγματος DNA, σχηματίζει μια ισχυρή δομή και δεν επηρεάζει τη διάταξη των νανοσωματιδίων.
«Το DNA σε τέτοια πλέγματα αποκτά τις ιδιότητεςπυρίτιο. Γίνεται σταθερό στον αέρα και μπορεί να στεγνώσει, επιτρέποντας για πρώτη φορά τρισδιάστατη ανάλυση νανοκλίμακας του υλικού σε πραγματικό χώρο. Επιπλέον, το πυρίτιο παρέχει αντοχή και χημική σταθερότητα, είναι φθηνό και μπορεί να τροποποιηθεί ανάλογα με τις ανάγκες, καθιστώντας το ένα βολικό υλικό.»
Aaron Michelson, Columbia Engineering.
Για να μάθετε περισσότερα για τις ιδιότητές τουςνανοδομές, η ομάδα εξέθεσε τα πλέγματα νανοσωματιδίων DNA που μετασχηματίστηκαν με πυριτία υπό ακραίες συνθήκες: υψηλές θερμοκρασίες πάνω από 10.000 ° C και υψηλές μηχανικές καταπονήσεις άνω των 8 GPa (περίπου 80.000 φορές περισσότερο από την ατμοσφαιρική πίεση ή 80 φορές περισσότερο από ό, τι στο βαθύτερο μέρος του ο ωκεανός - η τάφρος Mariana), και μελέτησε αυτές τις διαδικασίες επί τόπου. Για να εκτιμήσουν τη βιωσιμότητα των δομών για χρήση και περαιτέρω στάδια επεξεργασίας, οι ερευνητές τις εξέθεσαν επίσης σε υψηλές δόσεις ακτινοβολίας και εστιασμένες δέσμες ιόντων.
«Η ανάλυσή μας για την εφαρμογή αυτών των δομών σεσε συνδυασμό με τις παραδοσιακές μεθόδους νανοκατασκευής αποδεικνύει μια πραγματικά στιβαρή πλατφόρμα για τη δημιουργία ελαστικών νανοϋλικών χρησιμοποιώντας προσεγγίσεις που βασίζονται στο DNA για την ανακάλυψη των νέων ιδιοτήτων τους. Αυτό είναι ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός, καθώς αυτές οι ειδικές ιδιότητες σημαίνουν ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το τρισδιάστατο συγκρότημα νανοϋλικών μας και να συνεχίσουμε να έχουμε πρόσβαση σε όλο το φάσμα των βημάτων επεξεργασίας συμβατικών υλικών. Αυτή η ενοποίηση νέων και παραδοσιακών μεθόδων νανοκατασκευής είναι απαραίτητη για την επίτευξη προόδου στη μηχανική και την ηλεκτρονική, την πλασμονική, τη φωτονική, την υπεραγωγιμότητα και τα ενεργειακά υλικά».
Oleg Gang, καθηγητής χημικής μηχανικής, εφαρμοσμένης φυσικής και επιστήμης υλικών
Οι υπολογιστές κατασκευάζονται από πυρίτιο για πάνω από 40 χρόνια.Χρειάστηκαν 40 χρόνια για να μειωθεί η παραγωγή επίπεδων κατασκευών και συσκευών στα περίπου 10 nm. Τώρα μπορούμε να κατασκευάσουμε και να συναρμολογήσουμε νανο-αντικείμενα σε δοκιμαστικό σωλήνα σε μερικές ώρες χωρίς ακριβά εργαλεία. Οκτώ δισεκατομμύρια ενώσεις σε ένα πλέγμα μπορούν τώρα να οργανωθούν για αυτοσυναρμολόγηση χρησιμοποιώντας διαδικασίες νανο-μεγέθους που μπορούμε να σχεδιάσουμε. Κάθε σύνδεση μπορεί να είναι ένα τρανζίστορ, ένας αισθητήρας ή ένας οπτικός πομπός - καθένας από τους οποίους μπορεί να είναι ένα αποθηκευμένο bit δεδομένων. Καθώς ο Νόμος του Μουρ επιβραδύνεται, η δυνατότητα προγραμματισμού συναρμολόγησης DNA πλησιάζει το μηδέν για να μας προωθήσει στην επίλυση προβλημάτων σε νέα υλικά και νανοκατασκευή. Αν και αυτό ήταν εξαιρετικά δύσκολο για τις τρέχουσες μεθόδους, είναι εξαιρετικά σημαντικό για τις νέες τεχνολογίες.
Διαβάστε επίσης:
Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει ένα ανάλογο μιας μαύρης τρύπας και επιβεβαίωσαν τη θεωρία του Hawking. Πού οδηγεί;
Ακούστε το Rover Perseverance της NASA να κινείται πέρα από τον Άρη.
Οι άνθρωποι μπορούν να αντέξουν σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες ακόμη και χωρίς πηγές θερμότητας.