Deze zelfassemblerende materialen op basis van nanodeeltjes zijn zo stabiel dat ze in de ruimte kunnen zweven. Wetenschappers
De eigenschappen van materialen op nanoschaal zijn verschillend, enOnderzoekers hebben lang bestudeerd hoe ze deze kleine materialen - 1.000 tot 10.000 keer dunner dan een mensenhaar - kunnen gebruiken in alles, van het maken van sensoren voor telefoons tot het maken van snellere chips voor laptops. De fabricagemethoden waren echter complex bij het realiseren van 3D-nanoarchitecturen. DNA-nanotechnologie maakt het mogelijk om complex georganiseerde materialen te creëren uit nanodeeltjes door zelfassemblage, maar gezien de zachte en milieuafhankelijke aard van DNA, kunnen dergelijke materialen alleen stabiel zijn onder een beperkt aantal omstandigheden. Daarentegen kunnen nieuw gevormde materialen nu worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen waar deze technische ontwerpen vereist zijn. Terwijl traditionele nanofabricage uitstekend is voor het creëren van vlakke structuren, maakt de nieuwe techniek het mogelijk om driedimensionale nanomaterialen te fabriceren die essentieel worden voor veel elektronische, optische en energietoepassingen.
Nieuw onderzoek toont effectief aaneen methode om driedimensionale roosters van DNA-nanodeeltjes om te zetten in kopieën van silica, met behoud van de topologie van interpartikelbindingen dankzij DNA-structuren en de integriteit van de organisatie van nanodeeltjes. Silica werkt goed omdat het helpt de nanostructuur van het ouder-DNA-rooster te behouden, een sterke structuur vormt en de rangschikking van nanodeeltjes niet beïnvloedt.
“DNA in zulke roosters verwerft de eigenschappensilica. Het wordt stabiel in de lucht en kan worden gedroogd, waardoor voor het eerst 3D-analyse op nanoschaal van het materiaal in de echte ruimte mogelijk is. Bovendien biedt silica sterkte en chemische stabiliteit, is het goedkoop en kan het naar behoefte worden aangepast, waardoor het een handig materiaal is.”
Aaron Michelson, Columbia Engineering.
Om meer te weten te komen over de eigenschappen van hunnanostructuren, stelde het team de met silica getransformeerde DNA-nanodeeltjesroosters bloot onder extreme omstandigheden: hoge temperaturen boven 10.000 ° C en hoge mechanische spanningen van meer dan 8 GPa (ongeveer 80.000 keer meer dan atmosferische druk of 80 keer meer dan in de diepste plaats van de oceaan - de Mariana Trench), en bestudeerde deze processen ter plaatse. Om de levensvatbaarheid van de structuren voor gebruik en verdere verwerkingsstappen te beoordelen, hebben de onderzoekers ze ook blootgesteld aan hoge doses straling en gefocusseerde ionenbundels.
"Onze analyse van de toepasbaarheid van deze structuren ingecombineerd met traditionele nanofabricagemethoden demonstreert een echt robuust platform voor het creëren van elastische nanomaterialen met behulp van op DNA gebaseerde benaderingen om hun nieuwe eigenschappen te ontdekken. Dit is een grote stap voorwaarts, omdat deze bijzondere eigenschappen ervoor zorgen dat we onze 3D-nanomateriaalassemblage kunnen gebruiken en toch toegang hebben tot het volledige scala aan verwerkingsstappen van conventionele materialen. Deze integratie van nieuwe en traditionele nanofabricagemethoden is noodzakelijk om vooruitgang te boeken op het gebied van mechanica en elektronica, plasmonica, fotonica, supergeleiding en energetische materialen.”
Oleg Gang, hoogleraar chemische technologie, toegepaste natuurkunde en materiaalkunde
Computers worden al meer dan 40 jaar gemaakt van silicium.Het duurde 40 jaar om de productie van vlakke structuren en apparaten terug te brengen tot ongeveer 10 nm. Nu kunnen we in een paar uur tijd nano-objecten in een reageerbuis maken en monteren zonder dure gereedschappen. Acht miljard verbindingen op een enkel rooster kunnen nu worden georganiseerd om zichzelf te assembleren met behulp van processen op nanoformaat die we kunnen ontwerpen. Elke verbinding kan een transistor, een sensor of een optische emitter zijn, die elk een opgeslagen databit kunnen zijn. Terwijl de wet van Moore vertraagt, nadert de programmeerbaarheid van DNA-assemblage nul om ons vooruit te helpen bij het oplossen van problemen in nieuwe materialen en nanofabricage. Hoewel dit buitengewoon moeilijk was voor de huidige methoden, is het buitengewoon belangrijk voor nieuwe technologieën.
Lees ook:
Natuurkundigen hebben een analoog van een zwart gat gemaakt en de theorie van Hawking bevestigd. Waar leidt het toe?
Hoor NASA's Perseverance-rover die over Mars beweegt.
Люди могут выдерживать очень низкие температуры даже без источников тепла.