Суперкристаллы: Пользовательские свойства материала
Новый класс материалов состоит из наноструктур, которые могут быть собраны в кристаллоподобную решетку и обладают особыми свойствами.
Seeker/DNews - это канал на YouTube с видеороликами на научные темы. Он является частью американской глобальной медиа- и развлекательной компании Discovery Communications, которая была основана в США в 1985 году каналом Discovery.
Они могли бы продвинуть вперед оптику и электронику: так называемые квантовые точки и нанокристаллы. Обычно это кластеры от нескольких сотен до 10 000 атомов. С одной стороны, такие кластеры частиц обладают типичными квантово-физическими свойствами атомов, такими как способность образовывать состояния суперпозиции. Отсюда несколько вводящее в заблуждение название «искусственные атомы». С другой стороны, тип атома и расположение атомов по отношению друг к другу, например, в кристаллических решетках с определенной структурой, можно регулировать по желанию в определенных пределах. Это позволяет исследователям создавать специальные материалы с очень специфическими электронными и оптическими свойствами.
Происходят удивительные явления, в том числе и такое: взаимодействие нанометровых частиц вещества со светом сильно зависит от их размера. Золото обычно имеет металлический желтый блеск. С другой стороны, наночастицы золота, состоящие всего из 100 атомов, излучают рубиново-красный цвет. Они также заставляют многие окна средневековых церквей светиться темно-красным цветом.
Игра с такими искусственными атомами теперь может быть поднята на более высокий уровень, как показано в этом видео на канале Seeker на YouTube: Исследователи могут объединять атомы в нанокристаллы, но они также могут объединять несколько нанокристаллов в определенную форму. Подобно «обычным» атомам в «нормальном» кристалле, эти наночастицы располагаются рядом и друг над другом в фиксированной структуре и образуют «суперкристалл».
Таким образом, исследователи могут влиять на свойства материала на нескольких уровнях: они выбирают тип атома, затем объединяют их, чтобы сформировать желаемую структуру нанокристаллов, и, наконец, они также располагают полученные нанокристаллы в определенном порядке. структура. Таким образом, можно очень точно предсказать свойства полученного материала.
Такие «двойные мопеды» метаматериалы по-прежнему очень сложны и дороги в производстве. Но область быстро развивается, и ученым уже удалось резко ускорить процесс производства отдельных материалов. Некоторые суперкристаллы растут за несколько секунд при правильных условиях.
Обычные нанокристаллы и квантовые точки уже нашли свое применение в нашей повседневной жизни во многих местах. Например, свойства крошечных скоплений частиц диоксида титана используются в солнцезащитных кремах для защиты кожи от ультрафиолетового излучения. Такие сферы очень эффективно отражают УФ-излучение, а благодаря своему небольшому размеру также могут плотно слипаться друг с другом. Технические приложения также выигрывают. Некоторые квантовые точки особенно хорошо поглощают или излучают часть светового спектра, поэтому они повышают производительность солнечных элементов или обеспечивают более яркие цвета на экранах.
Суперкристаллы могут означать еще один скачок вперед, если исследователи усовершенствуют тонкое искусство их изготовления. В частности, индустрия дисплеев очень заинтересована в новых материалах с точно определенными характеристиками. Потому что цветопередача, яркость, энергоэффективность, долговечность и в то же время недорогие экраны являются незаменимыми плюсами для всех типов современной электроники - будь то смартфоны, телевизоры или цифровые камеры.
Примечание редактора: Кстати, ближе к концу клипа Seeker ведущий плавно переходит к продвижению финансового приложения.