全世界最细的纳米电线问世!仅相当于三个原子宽
2016-12-30 08:42:34   来源:环球网
内容摘要
美国斯坦福大学的科学家利用新方法制备了仅三个原子宽的纳米电线,这种电线是目前世界上最细的纳米电线。未来,这种超细的纳米电线拥有非常光明的应用前景。

    美国斯坦福大学的科学家研制出全世界最细的纳米电线。

    斯坦福大学的物理学家团队利用金刚烷立体结构的新方法制备了全世界最细的纳米电线,这种电线仅三个原子宽,未来可以应用于制作超微导电纤维、光电元件、接近无损的超导材料。团队科学家通过对笼状金刚烷立体结构的拆解重组,在其中添加了一个硫原子,这样铜离子就与含硫金刚烷类化合物结合,形成这种纳米电线的基本单元。

  基本单元通过范德瓦尔斯力构成超细纳米电线,斯坦福大学毕业生Fei Hua Li称“很像乐高积木,由于分子形状和结构,其自动以恰当的方式拼接,铜原子和硫原子位于中间,成了导线的导体部分,金刚烷类结构处于外周,为绝缘外层”

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    由于这种纳米电线在平面和立体结构上都与传统电线不同,能够解决传统电线无法解决的量子尺寸效应对电流的限制。这就让这种新型纳米电线在未来拥有非常光明的应用前景。斯坦福助理教授Nicholas Melosh称:“你可以想象未来通过编织纤维直接能够发电,这种新的制备思路方法为我们提供了难以想象的工具,我们能够调整配方,打造创造全新的具有电子属性和有趣的物理特性”

  研究成果已经发表在《自然材料》期刊上。


超级电池:体积小秒充电得益于纳米电线!

  一切没有大容量电池的手机等智能设备都是“纸老虎”,想必大家应该很赞同这句话吧。你的设备功能再多,如果续航能力差,摆弄一会就没电了或者充电两小时打游戏五分钟,你是不是就想扔了它了!所以为了满足人类对大容量电池的追求,据悉,美国弗罗里达中央大学(UCF)纳米技术研究中心于近日发明了一种柔韧性极高的“超级电池”。

  据该项目的研究人员表示,如果手机内使用这个“超级电池”,那可以在几秒钟内就充满电,相比以往的电容器电储量更大,等于充电一次,可以一个礼拜不用再充电。同时还可以连续使用30000次且性能始终如一,而像传统的锂电池充电1500次左右性能就开始衰减了。

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    我们知道,现在一般智能手机的电池在用了约18个月后,给手机充满电后能维持的时间会变得越来越短,这说明电池存储电的能力下降了。而UCF的研究人员所发明的这款超级电池,其中加入了有很强储电功能的二维材料。要知道以往也有人向二维材料中加入石墨配方,但效果并不理想,不过好在该团队使用了一种化学合成方法,成功的将新发明的二维材料应用到电容器中。

  这种新的超级电容器是由几百万条长度仅为几纳米的电线组成,每条电线都被二维材料包裹着,导电性能极强,这样就可以加快电子运动和转移的速度,从而使充电、放电更加快速。而且该电容器不光用于手机,像电动汽车上也都可以使用,由于其本身柔韧性极好,还能运用在像手环之类的可穿戴设备上。不过诚如大家所料,UCF团队也表示,现在离超级电池商业化量产还有一段距离。所以虽然产品可能是好的,不过能够量产真正的运用起来,才是我们用户喜闻乐见的呢。


DNA纳米线中首次检测到电流

    据德国赫姆霍兹研究中心官网9日报道,该中心德累斯顿罗森多夫实验室和帕德博恩大学研究人员在开发遗传物质电路方面取得突破:他们通过加入镀金纳米粒子,首次在单链DNA自组装纳米线中检测到电流。相关研究发表在科学期刊《朗缪尔》(Langmuir)上。

    近年来,计算机芯片重要元件已缩小至14纳米,但传统工艺总是从较大尺寸逐步剪切成想要的结构,这种“自上而下”的方法现已达到物理极限,缩小尺寸越来越难。研究人员一直在寻求可替代的方法,而用原子和分子自组装复杂组件是其中之一。

    这种自组装就像折纸技术,是一种颠覆传统工艺的“自下而上”方法,小分子自组装成更大的复杂结构,无需剪切缩小。参与研究的阿图尔·埃布解释说,这次的DNA纳米电线是利用一条较长的单链DNA与几个较短DNA片段通过碱基对作用形成,这种DNA折叠技术获得的元件比现有最小计算机芯片组件还要小很多,能用来制造非常小的电路。

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    但DNA电线长期面临一大难题:不能很好传导电流。埃布和同事克服了这一难题,他们将镀金纳米颗粒键合到DNA电线上,再用电子束光刻技术让每条纳米电线通过电极相连。“将较大电极与DNA结构相连,解决了困扰已久的技术难题,现在我们首次能精确地检测DNA电线内流经的电荷量。”埃布解释道。

    虽然研究人员真实检测到电流传导,但电流大小与周围温度有关。室温下,纳米线导电性能正常,即使电线间结合不紧密,也会有电子从一个金粒子跳到另一个金粒子上形成电流。

    埃布指出,目前只能测出有电流,由于传输距离太短,最先进的显微镜也无法捕捉。接下来他们会继续改进,在金粒子中加入导电聚合物材料,优化金属化过程,用性价比更高的金属取代金粒子等。


德国科学家发现细胞间的纳米电网

    德国马普海洋微生物研究所的科学家在研究分解甲烷的微生物时发现,在某些海洋微生物中细胞可以通过微小的电线交换能量,这可能是世界上最小的电网。  

    2010年研究人员在不同的微生物之间首次发现有电流传导连接,但是能量在细菌间如何传递,一直以来是个谜。科学家通过研究发现,古菌接收甲烷并将其氧化成碳酸盐,同时释放出电子,通过纳米电线将电子传递给硫酸盐还原菌,硫酸盐还原菌利用传递过来的能量将硫酸分子转换成硫化氢。古菌和硫酸盐还原菌是两种完全不同的细胞,只有它们在一起的时候才能分解甲烷。 

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    马普生物物理化学研究所的科学家通过透射电子显微镜发现了电子传递所必要的基因,并证明他们是通过甲烷和硫酸激活的。在细菌间通过甲烷做能量来源生长出的电缆状结构,也被称为菌毛。电线长达数微米,比细胞更长,非常微细,只有几纳米,它们为紧密相邻的细胞提供了联系。  

    在自然界中这种古细菌团组织是非常多样性的。科学家们接下来将继续研究是否电线也出现在其他细菌团组织中,以及这些团组织是如何工作、如何调节新陈代谢的。 

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