Нанорадио - Nanoradio - Wikipedia

Часть серии статей о
Наноэлектроника
Одномолекулярная электроника
Твердотельная наноэлектроника
Связанные подходы
  • Приложения Nuvola kalzium.svg Научный портал
  • Nuvola apps ksim.png Электронный портал
  • Telecom-icon.svg Технологический портал

А нанорадио (также называемое радио из углеродных нанотрубок) - это нанотехнология, действующая как радиопередатчик и приемник с использованием углеродные нанотрубки. Одно из первых нанорадио было построено в 2007 году исследователями Алекс Зеттл на Калифорнийский университет в Беркли где они успешно передали звуковой сигнал.[1] Из-за небольшого размера нанорадиоприемники могут иметь несколько возможных применений, таких как радиофункция в кровотоке.[2]

История

Первое наблюдение нанорадио может быть аккредитовано японским физиком. Сумио Иидзима в 1991 году он увидел «световой разряд электричества», исходящий от углеродной нанотрубки на графитовом электроде.[2] 31 октября 2007 года группа исследователей под руководством Алекса Зеттла из Калифорнийского университета в Беркли создала одно из первых нанорадио.[1] Их эксперимент заключался в размещении многослойной нанотрубки на кремниевом электроде и подключении ее к противоэлектроду через провод и батарею постоянного тока. И электрод, и нанотрубка также помещались в вакуум около 10−7 Торр.[3] Затем они поместили устройство в просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения документировать движение нанотрубки. Они наблюдали за вибрацией нанорадио и передали песню Эрика Клэптона "Layla".[4] После некоторых незначительных корректировок команда смогла передавать и принимать сигналы с расстояния в пару метров через лабораторию;[2] однако первоначальный прием звука по радио был нечетким, что, по мнению Зеттл, было вызвано отсутствием лучшего вакуума.[1]

Характеристики

Небольшой размер, примерно 10 нанометров в ширину и сотни нанометров в длину, и состав наноразмеров обеспечивают несколько отличительных свойств. Небольшой размер наноразмеров позволяет электронам проходить сквозь них без особого трения, что делает их эффективными проводниками. Нанорадио также могут быть разных размеров; они могут быть двустенными, тройными и многостенными. Помимо разных размеров, нанорадиостанции также могут принимать разные формы, такие как изогнутые, прямые или тороидальный. Общим для всех нанорадио является их относительная прочность. Сопротивление можно отнести к прочности связей между атомами углерода.[2]

Функция

Основными частями радио являются антенна, тюнер, демодулятор и усилитель. Особенностью углеродных нанотрубок является то, что они могут функционировать как эти части без необходимости в дополнительных схемах.

Антенна

Нанорадио достаточно маленькое, чтобы электромагнитные сигналы механически вызывали вибрацию нанорадио. Нанорадио по существу действует как антенна, вибрируя с той же частотой, что и сигнал приходящих электромагнитных волн; это отличается от традиционных радиоантенн, которые обычно являются стационарными.[3] Нанотрубка может колебаться на высоких частотах, от «тысяч до миллионов раз в секунду». [1]

Тюнер

Нанорадио может также функционировать как тюнер, увеличивая или уменьшая длину нанотрубки; это изменяет резонансную частоту, на которой оно вибрирует, позволяя радио настраиваться на определенные частоты. Длину нанотрубки можно увеличить, потянув за наконечник с помощью положительного электрода, и можно сократить, удалив атомы с наконечника.[1] Следовательно, изменение длины является постоянным и не может быть отменено; однако метод изменения электрического поля может также влиять на частоту, с которой реагирует нанорадио, не будучи постоянным.[2]

Усилитель мощности

Благодаря микроскопическим размерам и игольчатой ​​форме нанорадио естественно функционирует как усилитель мощности. На нанорадио экспонируются автоэлектронная эмиссия, в котором небольшое напряжение испускает поток электронов; из-за этого небольшая электромагнитная волна будет производить большой поток электронов, усиливая сигнал.[2]

Демодулятор

Демодуляция По сути, это отделение информационного сигнала от несущей. Когда нанорадио вибрирует синхронно с несущей волной, нанорадио реагирует только на информационный сигнал и игнорирует несущая волна; Таким образом, нанорадио может действовать как демодулятор без необходимости в схемах.[2]

Медицинское применение

В настоящее время в химиотерапии используются химические вещества, которые вредят не только раковым, но и здоровым клеткам, так как попадают в кровоток. Нанорадио можно использовать для предотвращения повреждения здоровых клеток путем удаленной связи с радио для высвобождения лекарств и целенаправленного воздействия на раковые клетки. Нанорадио также можно вводить в отдельные клетки, чтобы высвободить определенные химические вещества, что позволит восстановить определенные клетки.[2] Нанорадио также можно использовать для контроля уровня инсулина у пациентов с диабетом и использования этой информации для высвобождения лекарства или химического вещества.[5]

Осложнения

Имплантация нанорадиоприемников в организм в настоящее время невозможна из-за рассеивания мощности. Нанорадио излучает около 4,5 x 10−27 Вт электромагнитной мощности; однако большая часть этой силы будет потеряна при прохождении через тело. Количество потребляемой энергии может быть увеличено, но при этом в теле будет выделено слишком много тепла, что создаст угрозу безопасности. Другие проблемы включают сложность создания нанорадио из-за его наноразмерных размеров, требующих квантовых моделей и точности для изготовления.[6]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е «31.10.2007 - Из одной нанотрубки получается самое маленькое радио в мире». www.berkeley.edu. Получено 2016-11-05.
  2. ^ а б c d е ж грамм час Реджис, Эд (01.01.2009). «Самое маленькое радио в мире». Scientific American. 300 (3): 40–45. Дои:10.1038 / scientificamerican0309-40.
  3. ^ а б «Нанотрубное радио» (PDF). К. Дженсен, Дж. Велдон, Х. Гарсия и А. Зеттл.
  4. ^ Мир химии (2007-11-01), Настоящее радио с одной нанотрубкой играет Лейлу, получено 2016-10-24
  5. ^ Сервис, Роберт Ф. «TR10: NanoRadio - Обзор технологий Массачусетского технологического института». Обзор технологий MIT. Получено 2016-11-05.
  6. ^ Diaz, R.E .; Себастьян, Т. (18 декабря 2013 г.). «Электромагнитные ограничения радиочастотной (РЧ) нейронной телеметрии». Научные отчеты. 3: 3535. Дои:10.1038 / srep03535. ISSN  2045-2322. ЧВК  3866607. PMID  24346503.