Uusi menetelmä nanolaattojen kasvattamiseen voi avata parempia elektroniikkaratkaisuja

Tutkijaryhmä on juuri julkaissut yksityiskohtaisen tutkimuksen, jossa käsitellään uutta nanolaattojen kasvatusmenetelmää, jolla on potentiaalia merkittävästi parantaa elektroniikkaa. Menetelmä vaatii vähemmän energiaa ja kustannuksia sekä tarjoaa enemmän johdonmukaisuutta kuin nykyiset prosessit. Tässä kaikki, mitä sinun tarvitsee tietää.

CsPbBr3-nanolaatat

Nanolaatat ovat mikroskooppisia ohuita levyjä. Näitä levyjä voidaan käyttää useisiin tarkoituksiin materiaalin ja sen ominaisuuksien mukaan. Nykyään näitä laitteita löytyy monista tärkeimmistä antureistasi, LED-valoistasi ja jopa aurinkopaneeleistasi. Niiden laaja käyttö johtuu joidenkin varianttien ferroelectric-ominaisuuksista.
Erityisesti ferroelectric-materiaalit voivat ylläpitää polarisaatiotaan, joka voidaan kääntää, kun jännite havaitaan. Näin ollen ne toimivat keskeisissä rooleissa monissa nykypäivän huipputeknisissä rakenteissa. Kuitenkin nykyisissä näiden hyödyllisten mikrokiteiden valmistusmenetelmissä on joitakin haittoja.

Nykyisten CsPbBr3-nanolaattojen ongelmat

Useita CsPbBr3-nanolaattoja on rajoittanut useita ongelmia; tärkein nykypäivän valmistusprosessien ongelma on niiden korkea hinta. Korkealaatuisten CsPbBr3-kiteiden luominen vaatii korkeita lämpötiloja ja erikoislaitteita, eikä se pysty luomaan suurempia, käyttökelpoisempia kiteitä luotettavasti. Tunnistaen nämä puutteet, tiimi esitti uuden tekniikan kiteen valmistamiseksi, joka mahdollistaa suurten, luotettavien CsPbBr3-nanolaattojen tuotannon.

CsPbBr3-nanolaattojen tutkimus

Tutkimus, jonka otsikko on “Lähihallintalämpötilan solvotermaalinen kasvu ferroelectric CsPbBr3 -nanolaattojen kanssa erittäin alhaisella pimeävirralla“, julkaistiin tieteellisessä lehdessä Advanced Materials tässä kuussa. Se selittää, miten insinöörit pystyivät käyttämään uutta liuospohjaista menetelmää parantaakseen luotettavuutta, alentamaan kustannuksia ja kasvattamaan kiteiden kokoa, joita he pystyivät luomaan johdonmukaisesti.

Solvotermaalinen synteesi

Tiimin uusi kiteiden valmistusmenetelmä perustuu prosessiin, jota kutsutaan solvotermaaliseksi synteesiksi. Tässä valmistusprosessissa käytetään esiastekemikaalia kiteiden kasvun edistämiseksi. Liuos on alkoholipohjainen ja tarjoaa erinomaisen liukoisuuden, mikä mahdollistaa suurempien ja johdonmukaisempien nanolaattojen muodostumisen. Liuennut materiaali muodostuu ultraohuisiksi nanolaattoiksi, jotka ovat vain mikrometrin paksuisia.

Vertailun vuoksi ihmisen hius voi olla 30–80 mikrometriä paksu. Nämä mikroskooppiset laatat ovat ihanteellinen lisä kehittyneisiin elektroniikkalaitteisiin, jotka vaativat kevyitä ja luotettavia materiaaleja, jotka voidaan massatuottaa edullisesti. Kun tiimi oli luonut mikrolaitteensa, oli aika testata heidän teoriaansa.

CsPbBr3-nanolaattojen testit

Insinöörit suorittivat useita testejä CsPbBr3-nanolaattoihin. He aloittivat sähköisten ominaisuuksien testaamisesta, sitten valon, jonka jälkeen kestävyys ja johdonmukaisuus. Varmistaakseen tarkat tulokset, käytettiin useita testausmenetelmiä.

Piezoresponssi-voimamikroskopia

Yksi tärkeimmistä kiinnostuksen kohteista oli uusien nanolaattojen sähköiset ominaisuudet. Tutkijoiden täytyi testata näitä ominaisuuksia varmistaakseen, että yksiköt säilyttävät sähkönjohtavuuden. Erityisesti he halusivat tietää kuinka paljon, kuinka kauan ja mikä tehokkuus. Tiimi havaitsi ferroelectricisuuden CsPbBr3-kvanttipisteissä ja pystyi mittaamaan kiteiden erityisen mekaanisen vasteen eri sähkökentissä.

Toisen harmonisen generaation

Tutkijat olivat myös kiinnostuneita näiden laitteiden valonkeruusta ja herkkyydestä. He integroivat toisen harmonisen generaation testauksen nähdäkseen tarkalleen, mitä valon taajuuksia kiteet tuottavat tietyillä virrilla. Tämä testaus auttoi tiimiä ymmärtämään paremmin mikrokiteidensä valon havaitsemiskykyä.

Tulokset

Tiimin työn tulokset puhuvat puolestaan. Nanokiteet luotiin onnistuneesti. Lisäksi he onnistuivat säilyttämään ja ylittämään aikaisempien kiteiden ferroelectric-ominaisuudet, mikä tarkoittaa, että uusi menetelmä tuotti energiatehokkaampia ja herkempiä kiteitä.
Testaus paljasti myös, että uusi näiden yksiköiden kasvatusmenetelmä oli menestyksekäs. Tutkijat pystyivät synteettisesti valmistamaan massiivisia ferroelectric CsPbBr3 -kiteitä tällä lähestymistavalla, mikä on ensimmäinen tällaista alalla. Tämä kyky voi mullistaa markkinat mahdollistamalla kehittäjille herkempiä ja tehokkaampia antureita integroida elektroniikkaansa ilman hintojen nousua. Erityisesti testi osoitti, että uudet mikrokiteet ovat 100‑kerran tehokkaampia valon havaitsemisessa kuin edeltäjänsä.

Hyödyt

Tämä tutkimus tuo markkinoille useita hyötyjä. Vuosien ajan insinöörit ovat etsineet tapoja luoda herkempiä valon antureita ja kevyempiä laitteita. Nämä yksiköt ovat elintärkeitä nykypäivän elektroniikassa, energiantuotannossa ja materiaalitieteen teollisuudessa. Nanolaatat tarjoavat toimivan ratkaisun näihin haasteisiin, koska ne ovat pieniä, kevyitä ja oikein valmistettuina kestäviä.

Lähihallintalämpötila

Yksi suurimmista eduista, jonka uusi kiteiden muodostusmenetelmä tuo, on mahdollisuus luoda nanolaattoja lähes huoneenlämpötilassa. Liuosten käyttö intensiivisen lämmön tai säteilyn sijaan avaa ovet vähemmän häiritseville valmistusprosesseille. Uusi lähestymistapa poistaa tarvetta teho-laitteille, mahdollistaen useampien valmistajien ottaa menetelmä käyttöön samalla kun kustannukset vähenevät.

Eräkiteiden luominen

Kysyntä nanolaattoille on kasvussa, ja tämä uusin tutkimus auttaa vastaamaan tähän kysyntään. Suurten erien CsPbBr3-nanolaattojen luominen on aiemmin osoittautunut vaikeaksi. Yksi syy on, että varhaiset prosessit eivät tukeneet kiteiden erien valmistusta. Tämä uusi lähestymistapa tarjoaa yhtenäisyyttä koko valmistusprosessissa, mahdollistaen insinööreille helpon kestävien CsPbBr3-nanolaattojen tuotannon.

Alhaisemmat kustannukset

Nanolaattojen luominen nykyisillä menetelmillä on kallista. Erikoistyökalut, jotka kestävät mikron tasoisia korkeita lämpötiloja, ovat vaikeita käyttää, niillä on rajoitettu saatavuus ja niiden suunnittelu, valmistus, jakelu ja ylläpito ovat kalliita. Alkoholipohjaisten liuoselementtien käyttö avaa monille näistä vaatimuksista oven laajamittaiselle tämän nanolaattojen valmistusprosessin omaksumiselle tulevaisuudessa.

Paremmat sähköominaisuudet

Liuosmenetelmä tarjoaa paremman sähkönjohtavuuden ja polarisaation verrattuna aiempiin valmistustekniikoihin. Nämä ominaisuudet voivat auttaa insinöörejä valmistamaan tehokkaampia aurinkopaneeleja, LED-valoja ja optisia tarkkailulaitteita.

Pienemmät laitteet

Toinen merkittävä syy, miksi ala tarkastelee tätä tutkimusta innostuneena, on se, että nanolaatat ovat kriittisiä komponentteja nykypäivän mikrosähkötekniikassa. Liuosmenetelmä helpottaa pienten, luotettavien laattojen luomista, jotka voidaan kiinnittää muihin nano- tai mikrorobotteihin. Nämä mikroskooppiset laitteet nähdään monien mielestä useiden alojen tulevaisuutena.

Tutkijat

Tutkimuksen esitti insinööritekijäryhmä, jota johtivat Gokul Anilkumar, tohtori Rahman, tohtori Goutam Sheet ja professori Pavan Kumar IISER:stä sekä tohtori Sooyeon Hwang Brookhaven National Laboratory -laitoksesta. Jokainen tiimin jäsen toi projektiin omat erityistaitonsa, mikä mahdollisti ryhmän suorittaa monipuolisia testejä eri spektrien alueilla käyttäen viimeisimpiä malleja.

Mahdolliset sovellukset

Nanolaattojen käyttömahdollisuuksia on useita eri toimialoilla. Nämä laitteet ovat keskeisiä nykypäivän taloudessa, jossa niitä on käytetty vahvempien materiaalien valmistamiseen, tautien leviämisen estämiseen ja moniin muihin tarkoituksiin. Tässä ovat tiimin CsPbBr3-nanolaattojen tärkeimmät potentiaaliset sovellukset.

Ultraherkkä anturi

Yksi tärkeimmistä käyttötapauksista tälle löydölle on ultraherkkien valon antureiden esittely. Nämä anturit voisivat avata uuden aikakauden tehokkaiden aurinkopaneelien, jotka ovat tarpeeksi herkkiä keräämään valoa heikoista lähteistä, kuten yötaivaasta. Jos onnistuu, aurinkoenergia saisi merkittävän lisäyksen luotettavuudessa, tehokkuudessa ja koossa, sillä uudet paneelit voisivat olla paljon tehokkaampia kuin vanhemmat mallit.
Lisäksi antureita voidaan käyttää parempien turvallisuus- ja valvontalaitteiden luomiseen. Nämä anturit voivat havaita pienimmänkin energian, jonka valo, röntgen- tai muut säteilylähteet tuottavat. Näin ne voisivat tehdä työpaikoista turvallisempia tarjoamalla luotettavampia havaitsemismenetelmiä.

Lämpösuojaus ja -hallinta

Avaruusteollisuus on pitkään käyttänyt nanolaattoja ratkaistakseen monia materiaalitieteen haasteitaan. Nämä laitteet voivat auttaa materiaalien lämpöhallinnassa äärimmäisissä olosuhteissa. Esimerkiksi nanolaattoja voidaan käyttää vahvistamaan materiaalin suorituskykyä sisään- tai ulosmenon aikana ilmakehään. Nämä pienet yksiköt voivat auttaa jakamaan tai kohdistamaan lämpöä keskeisille alueille lisäämättä projektin kokonaispainoa.

Uudet materiaalit

Laatat näyttelevät keskeistä roolia uusien valmistusmateriaalien luomisessa. Insinöörit jatkavat uusien ja luotettavampien materiaalien löytämistä graafinen nanolaatat ja muut. Nämä yksiköt ovat osoittaneet parempia lämpö-, mekaanisia ja sähköisiä ominaisuuksia. Näiden uusien nanolaattojen käyttöönotto voisi avata uuden aikakauden ultra-kevyiden vahvojen materiaalien.

Terveysala

Terveydenhuollon ammattilaisten määrä, jotka haluavat torjua bakteereja ja tauteja mikronitasolla nanolaattojen avulla, kasvaa. Tutkimukset ovat osoittaneet, että näillä yksiköillä on antibakteerisia ominaisuuksia. Tämän vuoksi valmistajat tarkastelevat tätä teknologiaa tapana vähentää bakteereja ja parantaa lääkkeiden toimitusmenetelmiä. Lisäksi terveydenhuollon ammattilaiset pyrkivät käyttämään nanolaattoja biomimeettisinä nanokuljettimina. Näitä laitteita voidaan kohdistaa tiettyihin elimiin tai kehon muihin alueisiin, mikä tekee niistä ihanteellisen tavan toimittaa lääkkeitä ja hoitoja vaikeasti saavutettaviin kohteisiin.

Kaksi yritystä, jotka voisivat hyötyä CsPbBr3-nanolaattojen tutkimuksesta

Useita yrityksiä voisi hyödyntää tätä CsPbBr3-nanolaattojen tutkimusta parantaakseen tarjontaansa. Avaruusteollisuudesta terveydenhuoltoon, nämä pienet laitteet ovat valmiita mullistamaan elektroniikan toiminnan. Tässä kaksi yritystä, jotka voisivat ottaa tämän teknologian käyttöön heti ja nähdä tuloksensa kasvavan.

1. Novo Nordisk

Tanskalainen biolääketieteellinen yritys Novo Nordisk on erinomainen esimerkki yrityksestä, joka voi integroida tämän päivitetyn nanolaattojen valmistusprosessin parantaakseen tarjontaansa. Yritys perustettiin vuonna 1923 ja sen perustivat kaksi veljestä Harald ja Thorvald Pedersen. Merkittävää on, että yritys toimi kahden erillisen yrityksen, Novo ja Nordsick, muodossa vuoteen 1989 asti, jolloin ne yhdistyivät muodostaen nykyisen Novo Nordiskin.

Nova Nordisk on merkittävä kilpailija biolääketieteen alalla. Yritys on ollut keskeinen uusien hoitojen kehittämisessä joihinkin nykyajan vakavimpiin sairauksiin. Mielenkiintoista on, että yritys oli keskeinen insuliinin käyttöönotossa hoitoprosessissa. Yrityksellä on markkinoilla useita lääkkeitä, kuten Levemir, NovoLog, Novolin R, NovoSeven ja muita. Nämä hoidot ovat erittäin suosittuja ja ovat tehneet Nova Nordiskista yhden maailman johtavista terveydenhuollon yrityksistä.

Tänä päivänä Novo Nordiskilla on toimistoja 7 maassa maailmanlaajuisesti ja se työllistää tuhansia työntekijöitä. Viime vuonna yritys raportoi 24,31 miljardia dollaria liikevaihtoa 23 % yhden vuoden jälkeisellä kokonaistuotolla. Yrityksen jatkuva sitoutuminen uusien hoitojen ja parannusten löytämiseen, yhdistettynä tähän todistettuun historiaan, tekee Novo Nordiksesta erinomaisen lisän mihin tahansa salkkuun.

2. Moderna Inc

MRNA Hintakaavio

Saatat tuntea Modernan, koska se nousi uutisotsikoihin yhtenä johtavista COVID-19-rokotteen tutkijoista ja tekijöistä. Yritys astui markkinoille vuonna 2010 ja nousi nopeasti kuuluisuuteen. Merkittävää on, että yritys tunnettiin alun perin nimellä ModeRNA Therapeutics, mutta se uudistui vuonna 2018. Sen perustajiin kuuluvat Noubar B. Afeyan, Robert S. Langer, Jr., Derrick Rossi, Timothy A. Springer ja Kenneth R. Chien.

Moderna Inc. (MRNA ):llä on ollut vahva tuki sen lanseerauksen jälkeen. Ensimmäisissä pääomasijoituskierroksissa yritys onnistui varmistamaan 2 miljardia dollaria tunnetuilta pääomasijoittajilta ja terveydenhuollon tarjoajilta. Tämä tuki, yhdistettynä vahvaan tutkimukseen, auttoi yritystä saamaan yhteistyösopimuksia Yhdysvaltain National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) ja Biomedical Advanced Research and Development Authority (BARDA) kanssa COVID-19-rokotteen luomiseksi.

Tänä päivänä Moderna on vahva kilpailija markkinoilla. Yritys valmistaa edelleen rokotteita ja tarjoaa hoitoja autoimmuunisairauksiin, tauteihin ja immuno-onkologiaan. Se ilmoitti viime vuonna 20,68 miljardia dollaria liikevaihtoa ja työllistää tällä hetkellä yli 5 000 ammattilaista. Vaikka Modernan osake on kohdannut joitakin takaiskuja, yrityksen asema ja vahva tuki hallituksen viranomaisilta viittaavat siihen, että tulevaisuudessa voi olla merkittävä nousupotentiaali.

Uusi nanolaattojen kasvatusmenetelmä avaa ovet

Nanolaatat ovat keskeinen osa monia päivittäisessä elämässä käytettäviä huipputeknisiä komponentteja. Näiden laitteiden parantaminen auttaa luomaan uusia tehokkuusstandardeja markkinoilla. Se tarjoaa myös insinööreille enemmän mahdollisuuksia kehittää laitteita, jotka kuluttavat vähemmän energiaa. Näiden syiden ja monien muiden vuoksi tämä tutkimus voi aiheuttaa mullistavan vaikutuksen useilla toimialoilla.

Tutustu muihin hienoihin nanobottiprojekteihin nyt.