Այնքան շատ գույներ, բայց միևնույն է ՝ նույն նյութը

Կախարդված է նանոտեխնոլոգիայի աշխարհում. Մաս 1; քվանտային կետեր

Sci-fi buzzword bingo- ի մի խաղում նանոտեխնոլոգիան գրեթե միշտ առկա է: «Քվանտ» -ի կողքին սովորաբար նշանակում է «գիտնական մոգություն», բայց նանոտեխնոլոգիան իրական է և հեռու մոգությունից: Նանոտեխնոլոգիայի ոլորտը աներևակայելի լայն և հեռու է: Մեր կյանքի գրեթե բոլոր կողմերը կարող են և ազդել դրանով, եթե արդեն չի եղել: Սա նշանակում է, որ դրա ուսումնասիրման շատ տարածքներ կան, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր մարտահրավերներն ու պարգևները: Չնայած նանոտեխնոլոգիայի գաղափարը վաղուց արդեն մոտ էր, միայն վերջին տարիներին է, որ մենք իսկապես սկսում ենք առաջ ընթանալ: Այս շարքում ես կցանկանայի ձեզ շրջայց կատարել իմ սիրած նանոտեխնոլոգիաների մի քանի մասով, դրանց վրա իմ կատարած որոշ աշխատանքներով, և որտեղ ես տեսնում եմ, որ յուրաքանչյուր ոլորտ է գնում:

Կադմիում սելենիդ քվանտային կետերը

Nanանկացած նանոմոդի հետ իմ առաջին փորձառություններից մեկն այն էր, ինչ կոչվեց քվանտային կետ: Շարունակելուց առաջ պետք է մի փոքր բացատրել փոքրիկ բաների մասին: Ատոմների և էլեկտրոնների քվանտային մակարդակում մեր գաղափարները դուրս են գալիս պատուհանից դուրս եկող Newtonian ավանդական ֆիզիկայի վերաբերյալ: Անորոշության սկզբունքի և հարցի ալիքի / մասնիկների երկակիության նման բաները դառնում են կառավարման կանոններ: Քվանտային կետեր գոյություն ունեն քվանտային տարօրինակության այս աշխարհի և ավելի շատ ծանոթ աշխարհի միջև: Այս մասնիկները բաղկացած են ընդամենը մի քանի հարյուրից մի քանի հազար ատոմով, այդ մասնիկները ունեն շատ տարօրինակ հատկություններ: Մասնիկները վարվում են այնպես, կարծես ամբողջ միավորը 1 մեկ ատոմ է: Այսպիսով, ավելի շուտ, քան դրանց հատկությունները որոշվում են իրենց պատրաստած նյութից, դրանց հատկությունները որոշվում են ըստ դրանց չափի և ձևի: Այս դրսևորման ամենատարածված ձևը մասնիկների գույնն է, մասնավորապես գույնը (կամ լույսի ալիքի երկարությունը), որը մասնիկները կլանելու են, ինչպես նաև այն արտանետվող գույնը: Եթե ​​դուք փայլում եք ավելի մեծ քվանտային կետերի վրա, ապա դրանք կարտադրեն ավելի երկար ալիքի երկարություն, որը ավելի կարմիր տեսք ունի, մինչդեռ եթե նույնն անում եք ավելի փոքր քանակական կետով, նրանք կթողնեն ալիքի երկարություն, որն ավելի կարճ է և ավելի կապույտ է թվում: Օգտագործելով այս մեթոդը, կարելի է ճշգրտորեն մասնիկները մասնատել, որպեսզի ունենան հատուկ հատկություններ ՝ պարզապես փոխելով դրանց չափը: Քվանտային կետերով ձեզ հարկավոր չէ տասնյակ տարբեր մոլեկուլներ ստեղծել, տասնյակ գույներ պատրաստելու համար, պարզապես կարող եք փոխել չափը:

Երբ առաջին անգամ հայտնաբերվեցին քվանտային կետերը, դրանք պատրաստված էին կիսահաղորդիչներից ՝ կադմիումի սուլֆիդ և կադմիում սելենիդ: Այս քվանտային կետերը պայծառ փայլում են և համեմատաբար հեշտ են սինթեզել: Նրանք պարզապես ունեն մեկ իրական թերություն, քանի որ դրանք բավականին թունավոր են: Սակայն վերջին տարիներին շատ ավելի անվտանգ են այլընտրանքները: Իմ երբևէ պատրաստած առաջին քվանտային կետերը պատրաստված չեն կադմիումից, այլ փոխարենը սովորական սեղանի շաքարավազից: Դրանք պատրաստելու համար ես օգտագործել եմ հիդրոթերմային սինթեզ կոչվող տեխնիկա, ինչը ֆանտաստիկ միջոց է ասելու համար, որ ես տաքացնում եմ շաքարի նոսր լուծույթը և այդ ամենը պահել եմ ճնշման տակ: Իմ ճնշման անոթը, որը թույլ էր տալիս լուծումը տաք պահել ճնշման տակ, պատրաստվել է մի քանի խողովակների կցամասերից, որոնք ես ձեռք եմ բերել տեղական ապարատային խանութից: Հիմա ես չէի առաջարկի կրկնել դա, քանի որ բարձր ճնշումը կարող է շատ վտանգավոր լինել, բայց զարմանալիորեն ես երբեք չեմ ունեցել աղետալի ձախողումներ:

Խողովակների կենցաղային կցամասերի ռեակտոր (ձախ) ընդդեմ առևտրային չժանգոտվող պողպատ / տեֆլոնի ռեակտորի (աջ)

Խոհարարական հեղուկը 8 ժամ եփեցի 180 աստիճանով իմ խոհանոցի ջեռոցում, այնուհետև հանեցի հովանալու համար: Ես կոտրեցի բացել իմ ռեակտորը և մնաց այս մուգ շագանակագույն լուծույթով: Սկզբում ես թերահավատորեն էի վերաբերվում, որ իրոք ինչ-որ բան պատահել է, բայց հետո միացրեցի ուլտրամանուշակագույն լույսը: Հեղուկի մակերեսը փայլում էր մի գեղեցիկ բաց կապույտ: Ես հաջողությամբ պատրաստել էի ածխածնի վրա հիմնված քվանտային կետեր: Փորձեր տեղի ունեցան, բայց ես ի վերջո կարողացա դեղին և կանաչ կետեր պատրաստել ՝ սկզբում օգտագործելով շաքարավազ, բայց այնուհետև օգտագործեցի այլ ածխածնի աղբյուրներ, ինչպիսիք են ժելատինը: Իհարկե, այս ամենը վերարտադրող փաստաթղթեր էր, ոչ թե հիմնաքարի հետազոտություն, բայց ապացույց էր, որ տեխնոլոգիան կարող է աշխատել ինչ-որ թանկ լաբորատորիայի սահմաններից դուրս: Ձեզ հարկավոր չէ nanopure ջուր կամ թանկարժեք ռեակտիվներ, պարզապես ածխածնի աղբյուր, ջերմություն և ճնշում:

Ածխածնի քվանտային կետերը, որոնք պատրաստված են պարզ սեղանի շաքարից

Ուրեմն ինչու՞ է այս ամենը կարևոր: Քվանտ կետերի հարմարեցված հատկությունները դրանք իդեալական են դարձնում ցանկացածի համար, որը պահանջում է կլանում կամ արտանետվող լույս: Դժվար չէ պատկերացնել, թե որքան քանակական տեխնոլոգիաներ քվանտային կետերը կանդրադառնան: Գիտնականներն արդեն գտնում են իրենց ճանապարհը դեպի ամեն ինչ ՝ LED- ներից մինչև արևային վահանակներ և ավելի արդյունավետ են դարձնում: LED- ների համար դա նշանակում է, որ գույնը կարող եք ճշգրտել հենց այն, ինչ ուզում եք: Արեգակնային պանելների համար դա նշանակում է, որ դուք կարող եք պատրաստել մի նյութ, որը կլանում է լույսի տարբեր ալիքի երկարություններ, տարբեր չափերի քվանտային կետերի խառնուրդով:

Ներկերի լազեր, օգտագործելով նորմալ լյումինեսցենտ ներկեր

Հիմնականում դա արվում է կադմիումի վրա հիմնված հին կետերի հետ, բայց վերջերս վերջերս ածխածնի և գրաֆենի հիման վրա քվանտային կետերը սկսում են մրցակցել: Մեկ այլ կիրառություն կլինի ներկերի վրա հիմնված լազերների մեջ: Ներկերի լազերը հիանալի են, քանի որ միացնելով, թե որ ներկն եք օգտագործում, այլ գույնի լազերային ճառագայթ եք ստանում: Այնուամենայնիվ, սովորաբար ներկերը թանկ են և գալիս են միայն մի քանի գույներով, այնպես որ ընտրանքները սահմանափակ են: Քվանտային կետերով դուք կարող եք լազեր պատրաստել գրեթե ցանկացած գույնի `պարզապես փոխելով ձեր մասնիկների չափը: Վերջապես, մենք հասնում ենք կենսաբանության, որտեղ գույնի անհրաժեշտությունն ավելի մեծ է, քան երբևէ: Մինչև առաջին սինթետիկ ներկանյութերի արտադրություն չստացվեց, որ բջիջի թաքնված աշխարհը սկսեց դիտվել: Հանկարծ գիտնականները կարողացան տեսնել առանձին կտորներն ու իրենց արածը: Բայց կրկին կենսաբանները սահմանափակվում են մի փոքր քանակությամբ միացություններով և գույներով: Քվանտային կետերը բավականաչափ փոքր են, որոնք կարող են օգտագործվել սովորական ներկման բազմաթիվ ընթացակարգերի համար, և դրանք կարող են նախագծվել `պահպանելու այն ամենը, ինչ կենսաբանը պետք է տեսնի: Հնարավոր գույների հսկայական բազմազանությամբ սա նշանակում է, որ կենսաբանը կարող է միանգամից բիծ հանել շատ տարբեր իրեր և տեսնել, թե ինչպես են նրանք բոլորը շփվում: Այս ամենից պարզ է, որ քվանտային կետերը մեծ դեր կխաղան հետագա տեխնոլոգիաների մեջ, և մենք միայն նոր ենք սկսում քերել մակերեսը: Որոշ խմբեր նույնիսկ մտածում են փորձել դրանք օգտագործել քվանտ համակարգիչ կառուցելու համար, բայց դա քննարկում է մեկ այլ անգամ: Քվանտային կետերը միշտ տեղ կունենան իմ նանո-ինժեներական գործիքակազմում: Այնքան շատ հետաքրքիր հնարավորություններ կան, և ես ոգևորված եմ բոլորն ուսումնասիրելու համար:

Իմ հավաքածուն գունավոր լուսավորող նանոմասնիկների