Printanje s srebrnimi nanodelci

Že nekaj časa spremljam razvoj na področju tiskanja vezij s prevodno barvo. Razvoj na tem področju je hiter in nedvomno bodo v nekaj letih postali klasični načini izdelave PCB vezij zastareli. Vsaj za izdelavo testnih vezij.

V blogu bi omenil le zadnji dosežek raziskovalcev iz Univerze Illinois (ZDA), katerim je uspelo izdelati prevodno barvo na osnovi srebrnih nanodelcev. Najmanjša dosežena debelina tiskanja nanodelcev je bila 2 mikrometra, kar je sijajno in odpira možnosti uporabe tovrstnega tiskanja tudi pri izdelavi mikrostruktur.Printajo lahko na polprevodniški substrat, steklo ali plastiko. Največja zanimivost pa je tako imenovano omnidirectional printanje, torej nekakšno tiskanje v vse smeri. Slika spodaj kaže, da jim je dejansko uspelo narediti prevodne proge, ki kot mostovi prečkajo spodaj ležeče prevodne proge. To omogoča printer, ki se lahko goblje v treh smereh. Poleg tega je potrebno po printanju vse skupaj postaviti v pečico na 150 stopinj C, podobno kot pizzo.

Slika: 4x4 GaAs diode povezane s povezamavi iz srebrnih nanodelcev.

Spodnja slika kaže, da je mogoče s predstavljeno tehnologijo printati tudi na fleksibilne površine.

Vir: http://news.illinois.edu/news/09/0212ink.html

http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1168375v1

Fleksibilna elektronika -

Raziskovalci iz Univerze Miami so nedavno objavili, da jim je uspelo izdelati fleksibilno elektroniko (vezje z električnimi elmenti na fleksibilnem substratu), na kateri so otočki kristalnega silicija. To omogoča, da je elektronski elementi izdelani s prirejeno CMOS tehnologijo, kar je bistvena razlika od fleksibilne elektronike z materiali iz organskih snovi. Pri slednjih namreč nastopa problem majhne mobilnosti nosilcev naboja, kar pomeni, da so fleksibilna vezja iz organskih materialov večinoma počasna (mobilnosti max. 1 cm^2/Vs). Z izdelavo elementov iz kristalnega silicija so uspeli doseči mobilnosti velikosti 130 cm^2/Vs za p-tip polprevodnikov in cca. 370 cm^2/Vs za n-tip polprevodnike. To pomeni, da so tako izdelani elementi bistveno hitrejši kot elementi iz organskih materialov. Tipične ON/OFF hitrosti so velikosti 10^6. Elementi delajo pri napetostih < 5 V.

(Kot kaže, gredo tehnologije fleksibilne elektronike v več smeri. V končni fazi bo pač odločala cena in karakteristika. Kot vedno.)




V osnovi se proces izdelave vezij na fleksibilnem substratu sestoji iz dveh faz. V prvi fazi izdelajo sturkture na osnovnem pomožnem substratu, ki ga potem zjedkajo, tako, da ostane le tanek film s strukturami in povezami. Nato spodaj nanesejo tanko plast Cr/SiO2 (3 nm/30 nm) in nato izdelajo plast iz poli(dimethylsiloxan) a (PDMS) , ki je fleksibilna. To plast predhodno raztegnejo in nanjo položijo vezje ter ustvarijo močno povezavo.


Kaj si lahko obetamo od te tehnologije? Morda najzanimivejše aplikacije bodo v smeri elektronskih vezij za vnos v človeško telo

Več o tej zanimivi tehnologijo si preberite v

http://www6.miami.edu/UMH/CDA/UMH_Main/1,1770,2593-1;65791-3,00.html
ali v originalnem viru:

Materials and Noncoplanar Mesh Designs for Integrated Circuits with Linear Elastic Responses to Extreme Mechanical Deformations

Poglejte še video raztegovanja vezja. VIDEO.

Teleportacija

Znanstveniki iz Univerze Maryland (ZDA) je uspel eksperiment s teleportacijo na razdaljo enega metra. Pa ne eksperiment, kot ga vidite na sliki. Ta je bolj podoben tistemu iz filma Star Track, kjer se prestavljajo iz vesoljske ladje na planete ali na drugo ladjo s teleportacijo. Med teleportacijo, ki jo uspevajo pri Star tracku in eksperimentom znanstenikov na Univerzi Maryland je podobnost pa tudi velika razlika. V filmu so prestavili celo osebo, na Univerzi Maryland pa so "prestavili" informacijo enega atoma brez premikanja na razdalji en meter.

"Teleportacijo" v znanosti že nekaj časa poznamo v smislu prenosa kvantne informacije (spina delca ali polarizacije fotona) preko medija brez fizičnega premika. Pred tem jim je uspeval ta princip pokazati s "teleportacijo" fotonov, pa tudi atomov na manjšo razdaljo in s pomočjo tretjega atoma. Sedaj jim je uspelo teleportirati kvantno informacijo atoma na razdalji enega metra brez posredovanja tretjega.

Kaj sploh je teleportacija? Ta je mogoča na atomskem nivoju zaradi fenomena, ki ga imenujejo entanglement (entangle = zamotati, zaplesti, omrežiti; spraviti v
zadrego;) in opisuje, da sta dva delca ob določenih stanjih lahko povezana. Če se spremeni stanje enega se spremeni tudi stanje drugega.


Kako doseči tako stanje?

Raziskovalcem Univerze Maryland je uspelo povezati dva atoma (iona) iterbija (redka kovina), pri čemer sta bila oba shranjena v visokem vakuumu in sta lebdela v nevidni kletki, ki so jo ustvarili z elektromagnetnim poljem. ....

Več o tem v:

100% absorpcija svetlobe ?

Raziskovalci iz Rensselaer Polytechnic Institute (ZDA) so uspeli realizirati posebno antireflektivno plast, ki omogoča skoraj 100% absorpcijo sončnih žarkov. To je izjemnega pomena za zvečanje izkoristka sončnih celic. Silicij, ki se pogosto uporablja kot osnova za proizvodnjo sončnih celic, zbere brez posebnega tretmaja 67.4% sončne svetlobe. Nova tehnologija omogoča absorpcijo več kot 96% sončne svetlobe.

Kako je to mogoče? Tako visoko absorpcijo omogoča sedem 50 do 100 nm (nm = 10^-9 m) debelih plasti iz nanocevk iz silicijevega dioksida in titanovega dioksida. Vsaka taka plast deluje kot gozd z gostimi vejami, kjer se svetloba "ujame" in ne najde poti ven.
Sedaj bo potrebno le še izkoristiti to svetlobo in povečati izkoristek celic za kakšen procent.
):

Več:

http://news.rpi.edu/update.do

http://www.sciencedaily.com/releases/2008/11/081103130924.htm

Elektrika iz fleksibilnih nanoanten

Pridobivanje električne energije je pomembna problematika, ki se jo zavedajo vse države. Mnogo poskusov je, da bi nadomestili nuklearne elektrarne in termoelektrarne z bolj "zelenimi" tehnologijami, ki so manj škodljive okolju. Ena od tehnologij, ki se že dolgo trudi narediti preboj je uporaba sončnih celic. Kljub zelo velikim naporom raziskovalcev, da bi izboljšali njihovo učinkovitost in zmanjšali ceno, večjih prebojev na tem področju še vedno ni. Sedaj se obeta, da se bo tehnologiji izkoriščanja sončne svetlobe za pretvorbo v električno energijo pridružila še tehnologija, ki temelji na zajemanju infrardeče svetlobe.










V te namene raziskovalci iz Idaho National Laboratory, Florida, preiskušajo možnost uporabe množice miniaturnih antenic (nanoantenna array), ki bi zajemale elektromagnetno energijo infrardeče svetlobe na podoben način, kot električno energijo zajemamo s pomočjo anten (tuljavic), ki jih imamo v radijskih sprejemnikih. (Infrardeča svetloba je "pod rdečo" in je za ljudi nevidna. Sonce je zelo močan vir IR svetlobe, 48% po Wikipediji - http://en.wikipedia.org/wiki/Infrared.) Najprej so preiskušali strukture izvesti s pomočjo polprevodniške tehnologije na silicijevih ploščicah in dosegli več kot 80% absorpcijo infrardeče svetlobe. Sedaj jim je uspelo tudi izdelati nanoantenice na foliji iz polietilena, še vedno z zelo dobro absorpcijo IR svetlobe.

Največje težave do dokončne aplikacije in komercializacije pa še prihajajo, saj se v nanoantenicah inducirajo izmenični tokovi izredno visoke frekvence, blizu terahercev. Ta tok visoke frekvence je nekako potrebno spraviti v enosmernega ali pa bistveno znižati frekvenco, kar pa še ni jasno, kako naj bi se naredilo za vse milijarde miniaturnih antenic.
Pustimo se presnečati ....

Več:
http://www.insidetech.com/news/2806-nanoantenna-skin-to-provide-pc-cooling-solar-cells?page=2
http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/story?id=53300

Memristor

Memristor je t.i. četrti (missing) osnovni element električnih vezij. Sedaj naj bi torej poleg upora,kondenzatorja in tuljave upoštevali še en element: memristor.
Teoretično naj bi bil znan že kar dolgo, o njem je pisal že leta 1971 profesor univerze Berkley (ZDA) Leon Chua. Ideja je v povezavi štirih osnovnih veličin v elektriki: električnega toka, napetosti, naboja in magnetnega pretoka (fluksa). Osnovne zveze so prikazane na sliki. Upor podaja zvezo med napetostjo in tokom , kondenzator zvezo med nabojem in napetostjo, tuljava zvezo med magnetnim pretokom in tokom in memristor doslej nez(az)nano povezavo med magnetnim pretokom in nabojem. Najbolj zanimiva lastnost memristorja naj bi bila ta, da ima lastnosti memoriranja (od tod tudi ime), da je torej odziv tega elemeta odvisen od predhodnega odziva.Teoretično naj bi deloval torej podobno kot upor vendar s to razliko, da bi bila vrednost upornosti odvisna od predhodnega stanja tega elementa. Chua je tak element uspel zgraditi iz osnovnih gradnikov vezij, uporov, kondenzatorjev, tuljav, ki pa jim je moral dodati tudi aktivne elemente - tranzistorje. Sedaj je uspelo raziskovalcem pri HPju (Hewlet-Packard) najti element, ki izkazuje točno take lastnosti, le, da je za to potreben en sam material in še ta nanometrske velikosti.
Izkazalo se je, da ima take lastnosti material iz titanovega dioksida. Ta je tudi polprevoden, tako kot silicij, iz katerega je večina polprevodniških elementov (čipov). V osnovnem stanju je TiO2 neprevoden in postane prevoden z dopiranjem (vnašanjem drugih atomov). In še več, ob dovolj velikem električnem polju postanejo atomi dopantov mobilni in se premaknejo v smeri polja.Na ta način pridobijo lastnost memoriranja, saj je njihova prevodnost na določenem mestu odvisna od predhodne vzpostavitve električnega polja. V osnovi so pri HPju raziskovali lastnosti TiO2, ki deluje kot detektor kisika: prisotnost kisikovih atomov poveča prevodnost TiO2, kar se odraža v spremenjenih električnih lastnostih. Bolj podrobna analiza pa pokaže, da obstaja določena histereza, ki je ključnega pomena za delovanje memristorja.

Aplikacije so seveda na vidiku: ena najvidnejših seveda spominske celice. In to ne le "navadne" računalniške pač pa v obliki pravih nevronskih mrež, saj naj bi memristor deloval podobno kot naše možganske celice s sinapsami: ko je dosežen določen prag se signal sproži. Podoben prag je mogoče nastavljati in dosegati z memristorji.
Pustimo se presenečati.


Image: An atomic force microscope image of a simple circuit with 17 memristors lined up in a row. Each memristor has a bottom wire that contacts one side of the device and a top wire that contacts the opposite side. The devices act as 'memory resistors', with the resistance of each device depending on the amount of charge that has moved through each one. The wires in this image are 50 nm wide, or about 150 atoms in total width. Image courtesy of J. J. Yang, HP Labs.

VEČ:
http://blog.wired.com/gadgets/2008/04/scientists-prov.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Memristor
http://www.eetimes.com/news/latest/showArticle.jhtml?articleID=207403521&pgno=1
http://www.hp.com/hpinfo/newsroom/press/2008/080430a.html

Elektronska vezja, ki jih lahko upogibamo

in menda po novem tudi raztegujemo.

Poudariti velja, da tu ne gre le za substrat, ki je fleksibilen, pač pa tudi za same elektronske sestavne dele.

Razvoj je uspel raziskovalcem Univerze Illinois (ZDA). Menda imajo celo karakteristike, ki so podobne klasični CMOS tehniki. Na primer, omogoča preklope hitrosti 500 MHz, kar je več kot mikroprocesor Pentium leta 1995. Prve oblike so bile narejene na 100 um (mikrometri)plastični foliji na katero so nanesli 2-3 um debelo plast polprevodnika. Te folije je bilo mogoče oviti okoli kovanca. Novejše strukture pa so debele le še 1,7 um (vključno s plastično folijo!), kar omogoča, da se jih lahko ovije okoli niti premera 85 um.
Pričakuje se uporabo na mnogih področjih. Prve raziskave so usmerjene v biomedicino, za vgradnjo v možgane, kjer bi pomagali zaznati začetek epileptičnih napadov.
Na tem področju torej lahko pričakujemo še kar nekaj revolucij. Konkurenca bo brez dvoma na področju nanocevk ...



Več o tem v Spectrumu:
http://www.spectrum.ieee.org/mar08/6108

Ultraobčutljivi miniaturni senzor magnetnega polja

Znanstvenikom iz NIST (National Institute for Standards and Technology, ZDA) je uspelo izdelati ultraobčutljivi in hkrati miniaturni senzor magnetnega polja. Senzor temelji na principu merjenja absorpcije svetlobe ob prisotnosti magnetnega polja. Infrardeči laser deluje z močjo milivatov in sveti na malo komoro velikosti zrna riža. V komori je 100 milijard atomov rubidija v plinasti obliki. Ob prisotnosti magnetnega polja v bližini komore, se delci rubidija orientirajo tako, da zmanjšajo prepustnost za infrardečo svetlobo. Večje kot je magnetno polje, večja je absopcija le te v komori oz. majša je njena prepustnost.




S to napravo naj bi bilo mogoče zaznati magnetna polja velikosti 70 fT (fT = femto tesla) (70E-15), s čemer se napravica približa zaznavanju magnetnih polj, ki jih lahko merimo le z zelo zahtevno tehnologijo SQUID (super conducting quantum interference device). Slednja omogoča merjenje polj velikost 3 do 40 fT, vendar mora pri tem uporabiti ogromno energije zaradi ohlajevanja tuljave na izredno nizke (krio) temperature. S to napravo je raziskovalcem NIST uspelo zaznavati magnetne signale kot posledico delovanja mišjega srca. Možna aplikacija je tako na primer magnetokardiografija (merjenje magnetnega polja velikosti pT kot posledica delovanja električnih tokov v srcu) in magnetoencefalografija (merjenje magnetnih polj kot posledica električnih tokov v možganih).

Več: New NIST Mini-Sensor May Have Biomedical and Security Applications
Ultrasensitive Prototype Device Approaches Gold Standard for Magnetic Field Detection

Lichtenbergove slike razelektritev v dielektrikih

Georg Christoph Lichtenberg je bil nemški fizik, ki je leta 1777 izdelal elektrofor - napravo za doseganje visokih napetosti - in z njim opazoval razelektritve v dielektrikih. Ugotovil je, da je vzorce, ki nastanejo ob razelektritvi, mogoče "prekopirati" na drug material, kar je predstavljalo prve korake v smeri razvoja principa delovanja fotokopirnega stroja (elektrofotografije oz. xerografije).

Elektrofor je sijajna, preprosta naprava za ločevanje nabojev s pomočjo elektrostatične indukcije. Izgleda kot dve pokrovki (slika). Posebno navdušen uporabnik te naprave je bil tudi Allesandro Volta, sicer bolj zna kot izumitelj baterije. Več o osnovnem delovanju naprave si preberite na strani http://en.wikipedia.org/wiki/Electrophorus. Obstaja tudi vrsta bolj naprednih naprav za generacijo visokih napetosti. Poleg elektrofora so znani še različni elektrostatični generatorji in pa seveda Van de Graafov generator.Nekoliko manj znana naprava s katero je izveden tudi poskus na sliki je dinamitron. To je naprava, ki s katero je mogoče doseči napetosti več mega voltov.

S pomočjo te naprave je bila narejena slika razelektritve skozi ploščo iz akrilno plastike. Najprej s pomočjo naprave dosežejo razelektritev nabojev preko kosa iz akrilne plastike. Ker je ta izredno dober izolator, elektroni, ki se uspejo vgnezditi do nekaj centimetrov globoko v plastiko, ne morejo iz nje in so v njej ujeti. Ti elektroni bi bili v njej ujeti več ur, če ne bi z udarcem na žebelj v delcu sekunde vzpostavili kanal za razelektritev, ki je izredno lepe fraktalne oblike (na sliki). Še bolj impresiven je video , ki kaže, kako se razelektruje naboj in povzroča tok v kosu plastike, ki jo segreva in s tem povzroča kreiranje vidnih fraktalnih poti.

Več:

Trap Lightning in a Block

Lichtennberg figures

Magnetna terapija učinkuje / ne učinkuje ?

To je ena od večnih zgodb. Že Paracelsus (švicarski filozof, doktor in alkemist) je v 16. stoletju preiskušal možnosti uporabe magnetov za zdravljenje diareje in epilepsije. Popularen je bil tudi Avstrijec Mesmer,psihoanalist, ki je sredi 18. stoletja uporabljal magnetno terapijo v svojem "salonu" v Parizu. Kljub nasprotovanju znanosti k poenostavljenemu pristopu, se "tradicionalna" magnetna terapija z polaganjem različnih magnetov na različna obolela mesta nadaljuje v 21. stoletju.
Zadnji poskusi kažejo, da preprosto polaganje magnetov, pri čemer so delu pacietov dali na obolelo mesto pravi magnet, drugemu delu pa nepravega, ne učinkuje. Več o tem na BBC news:

Magnet therapies 'have no effect'
Hands
A study indicated wrist pain was not aided by magnetic therapy
Magnet therapies which are claimed to cure conditions ranging from back pain to cancer have no proven benefits, according to a team of US researchers.

Sales of the so-called therapeutic devices, which are worn in bracelets, insoles, and wrist and knee bands, top $1 billion worldwide, they said. Več pri BBC News.

Več o magnetni terapiji na drugih spletnih straneh:
http://www.quackwatch.com/04ConsumerEducation/QA/magnet.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Magnet_therapy
http://www.skeptically.org/quackery/id4.html