Исследователи разработали метод создания двумерного слоя шелкового белка на графене, увеличивая потенциал его использования в микроэлектронике, в частности, для носимых и имплантируемых датчиков здоровья и транзисторов памяти в вычислительной технике.
Эта инновация предлагает нетоксичную, биосовместимую систему на водной основе, потенциально революционизирующую применение шелка в высокотехнологичных отраслях. Исследование открывает пути для дальнейшего прогресса в области шелковых интегральных схем и устойчивых электронных решений.
Революционное применение шелка в микроэлектронике
Спустя тысячи лет в качестве очень ценного товара, шелк продолжает удивлять. Теперь это может помочь открыть совершенно новое направление для микроэлектроники и вычислительной техники. В то время как шелковый белок используется в дизайнерской электронике, его массовое использование в настоящее время ограничено отчасти потому, что шелковые волокна представляют собой беспорядочный клубок спагетти-подобных нитей.
Исследовательская группа во главе с учеными из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Министерства энергетики США «распутала» этот клубок. Они достигли однородного двумерного (2D) слоя фрагментов шелкового белка, или «фиброинов», на графене, материале на основе углерода, уникальном благодаря своей превосходной электропроводности.
«Эти результаты обеспечивают воспроизводимый метод самосборки белка шелка, который необходим для проектирования и производства электроники на основе шелка», – сказал Ченьянг Ши, ведущий автор исследования. «Важно отметить, что эта система нетоксична и основана на воде, что имеет решающее значение для биосовместимости».
Комбинация материалов «шелк на графене» может сформировать чувствительный, настраиваемый транзистор, столь востребованный микроэлектронной промышленностью для носимых и имплантируемых датчиков здоровья. Команда PNNL также видит потенциал для использования в качестве ключевого компонента транзисторов памяти или «мемристоров» в вычислительных нейронных сетях. Мемристоры, используемые в нейронных сетях, позволяют компьютерам имитировать работу человеческого мозга.
Историческое и современное значение шелка
На протяжении веков производство натурального шелка шелкопрядами было тщательно охраняемым секретом в Китае, в то время как слава о нем распространялась по знаменитым торговым путям Шелкового пути в Индию, на Ближний Восток и, в конечном итоге, в Европу. К Средневековью шелк стал символом статуса и желанным товаром на европейских рынках. Даже сегодня шелк ассоциируется с роскошью и статусом. Те же основные свойства, которые делают шелковую ткань всемирно известной – эластичность, долговечность и прочность – привели к ее использованию в передовых материалах.
Инновации и будущие направления в шелковой электронике
«Было проведено много исследований с использованием шелка в модуляции электронных сигналов, но поскольку белки шелка по своей природе неупорядочены, контроль был ограничен», – сказал Джеймс Де Йорео, научный сотрудник Battelle в PNNL, занимающий двойную должность профессора материаловедения и инженерии и химии в Университете Вашингтона.
Команда тщательно контролировала условия реакции, точно добавляя отдельные шелковые волокна в систему на водной основе. Благодаря прецизионным лабораторным условиям команда получила высокоорганизованный 2D-слой белков, упакованный в точные параллельные β-листы, одну из самых распространенных форм белков в природе. Дальнейшие исследования визуализации и дополнительные теоретические расчеты показали, что тонкий слой шелка имеет стабильную структуру с особенностями, характерными для натурального шелка. Электронная структура в таком масштабе – менее половины толщины нити ДНК – соответствует миниатюризации, которая встречается повсеместно в биоэлектронной промышленности.
«Этот тип материала поддается тому, что мы называем полевыми эффектами», – сказал Де Йорео. «Это означает, что это транзисторный переключатель, который включается или выключается в ответ на сигнал. Если вы добавите к нему, скажем, антитело, то при связывании целевого белка транзистор перейдет в другое состояние».
Это исследование представляет собой первый шаг в контролируемом наслоении шелка на функциональные электронные компоненты. Ключевые области будущих исследований включают улучшение стабильности и проводимости шелковых интегральных схем и изучение потенциала шелка в биоразлагаемой электронике для использования зеленой химии в производстве электроники.
Источник: https://scitechdaily.com/silk-graphene-spinning-up-the-future-of-electronics/
Атомно-силовой микроскоп изображение фиброина шелка, равномерно самоорганизующегося на графене
Пьезоэлектрический резонатор бьёт рекорды КПД преобразования постоянного тока
Компания CEA-Leti усовершенствовала свои предыдущие инновации в области преобразования электрической энергии с использованием пьезоэлектрических резонаторов и создала двухмостовой пьезоэлектрический преобразователь, обеспечивающий гальваническую изоляцию без необходимости использования трансформаторов. 26.09.2024 53 0 0Новое исследование открывает путь к масштабируемым квантовым процессорам
Квантовые компьютеры кодируют и обрабатывают информацию с помощью квантовых битов, или кубитов, которые определяются двумя состояниями квантовых систем, таких как электроны или фотоны. В отличие от классических компьютеров, которые используют двоичные биты, равные либо нулю, либо единице, кубиты могут существовать в суперпозиции обоих состояний одновременно. Это уникальное свойство позволяет квантовым компьютерам выполнять определенные вычисления в геометрической прогрессии быстрее, чем даже самые мощные на сегодняшний день суперкомпьютеры. 26.09.2024 53 0 0Google поддержит стартап, целью которого является внедрение смешанной реальности в любой автомобиль, лобовое стекло или кабину самолета
Distance Technologies, финский стартап, целью которого является внедрение технологии смешанной реальности в любое лобовое стекло автомобиля или кабину самолета, привлек 10 миллионов евро (11,1 миллиона долларов) финансирования от GV, венчурного подразделения Алфавит и других инвесторов. 26.09.2024 53 0 0Гаджет для экстремального качества видео: камера Павла Ахтеля с разрешением 18,7K
Компания Sphere Entertainment, создатель светодиодного купола Sphere в Лас-Вегасе, раскрыла подробности о своей системе камер со сверхвысоким разрешением, которая используется для захвата контента для нового места проведения мероприятия. Купол, под которым уже проходили концерты U2, оснащен самым большим в мире светодиодным экраном с высоким разрешением, который обволакивает аудиторию и окружает ее для создания «полностью иммерсивной визуальной среды». Чтобы захватить контент для этого дисплея площадью 160 000 квадратных футов с разрешением 16K × 16K, собственной студией была разработана система камер Big Sky. 26.09.2024 66 0 0