Vino si tu pe pagina de Facebook pentru o stire de stiinta, explicata simplu, in fiecare zi!
Pagina de Facebook!
În fiecare zi, o nouă fotografie din universul nostru fascinant împreună cu o explicaţie scrisă de către un astronom profesionist: Astronomy Picture Of the Day
   
Fizica Povestita

I
Fizica Povestita

Primul radio functional creat dintr-un singur nanotub de carbon!

Autor: Daniel Tutuc

Avand in vedere ca un nanotub de carbon e de 10.000 de ori mai mic decat un fir de par, acesta e in mod sigur cel mai mic radio creat pana acum. Nanotubul vibreaza la frecvente radio pentru a receptiona semnalul, dupa care joaca rolul unui amplificator si demodulator. Cu numai o baterie si casti sensibile, poate receptiona frecvente AM si FM. Cu un receptor sau transmitator asa de mic s-ar putea pune o lesa si unei bacterii.

‘Un singur nanotub de carbon joaca simultan rolul tuturor componentelor esentiale ale unui radio: antena, filtru de banda ajustabil, amplificator si demodulator’ spune fizicianul Alex Zettl, cel care a dus la inventia radioului cu nanotub. ‘Folosind unde ale purtatorilor de sarcina in zona relevanta comercial de 40-400 MHz si atat modulatie a amplitudinii si a frecventei (FM si AM), am putut demonstra cu succes receptia muzicii si a vocii’

Avand in vedere ca radioul cu nanotub in mare parte se autoasambleaza si poate fi reglat pe banda de frecventa dorita dupa fabricare, Zettl crede ca nanoradiourile vor fi relativ usor de produs in masa.Posibilele aplicatii, in afara de receptori radio incredibili de mici, includ o noua generatie de dispozitive pentru comunicatii wireless. Tehnologia radiourilor cu nanotuburi se poate dovedi a fi extrem de utila si in aplicatii biologice si medicale.

‘Intregul radio ar incapea foarte usor intr-o celula vie, si dimensiunile mici ar permite interactionarea in siguranta cu sisteme biologice’, spune Zettl. ‘Ne putem gandi la interactionari cu functiile creierului sau muchilor, sau miscare radio controlata prin sange.’

Este de asemenea posibil ca radioul cu nanotub sa fie implantat in urechea interna ca o solutie noua si discreta de a transmite informatie, sau ca o metoda radicala de a corecta deficientele de auz.

‘Cand eram un copil, am primit cadou un radio cu tranzistori si era cel mai extraordinar lucru pe care puteam sa mi-l imaginez – muzica venind de la o cutie pe care puteam sa o tin in mana!’ spune Zettl. ‘Cand am pornit nanoradioul nostru, am fost la fel de entuziasmat ca atunci cand am pornit acel radio cu tranzistori, cand eram copil.’

Radioul cu nanotub de carbon consta dintr-un singur nanotub de carbon asezat intre doi electrozi, cu sursa de tensiune continua, cum ar fi o baterie sau o celula solara, conectata la electrozi. Tensiunea continua aplicata creaza o acumulare de sarcina negativa la varful nanotubului, facandu-l sensibil la campuri electrice oscilante. Atat nanotubul cat si electrozii sunt localizati in vid, intr-o configuratie geometrica similara cu cea a unui tub cu vid conventional.

Schema si realizarea radioului propriu-zise au fost facute de Kenneth Jensen, un student din grupul lui Zettl.

‘Initial am vrut sa facem un senzor de forta extraordinar de sensibil,’ spune Jensen. ‘Nanotuburile sunt ca niste foarte mici mustati de pisica. Forte foarte mici, de ordinul attonewtonilor, generaza miscari semnificative. Detectand aceste miscari, se poate deduce ce forte actiona asupra nanotubului. Aceasta sensibilitate remarcabila devine si mai mare la frecventa de rezonanta a nanotubului, care cade in zona frecventelor radio, telefoanelor mobile si GPS. Din cauza aceste frecvente de resonanta inalte, Alex (Zettl) a sugerat ca nanotuburile ar putea fi folosite pentru a face un radio.’

Cu toate care are aceleasi componente esentiale, radioul cu nanotub nu functioneaza ca un radio conventional. Spre deosebire de functionarea complet electrica a radioului conventional, cel cu nanotub este in parte un sistem mecanic, unde nanotubul este si antena si modulator.

Undele radio incidente interactioneaza cu varful incarcat electric al nanotubului, generand vibratii ale nanotubului. Aceste vibratii sunt relevante numai cand frecventa undelor incidente coincide cu frecventa de resonanta a nanotubului, care, precum un radio conventional, poate fi reglata in timpul operatiei pentru a receptiona numai un segment preselectat, sau un canal, din spectrul electromagnetic.

Propietatile de amplificare si demodulare provin de la geometria de ac a nanotuburilor de carbon, care le da propietati unice de emisie in camp. Concentrand campul electric generat de tensiunea continua aplicata electrozilor, nanotubul produce un curent de emisie in camp care este sensibil la vibratiile mecanice la nanotubului. Cum curentul de emisie in camp e generat de o sursa de tensiune exterioara, este posibila si amplificarea semnalului radio. Mai mult, cum emisia in camp e un proces non-liniar, duce la demodularea unui semnal radio AM sau FM, precum o dioda intr-un radio conventional.

‘Ceea ce vedem e ca toate cele patru componente esentiale ale unui receptor radio sunt implementate compact si eficient intr-un nanotub de carbon care vibreaza si emite in camp,’ a spus Zettl. ‘Aceasta e o abordare complet diferita de a face un radio – exploatarea miscarii electro-mecanice pentru functii multiple. Cu alte cuvinte, radioul nostru cu nanotub este un adevarat dispozitiv NEMS (sistem nano-electro-mecanic).’

Din cauza ca nanotuburile de carbon sunt mult mai mici decat lungimea de unda a lumiii din spectrul vizibil, nu pot fi observate nici macar cu cel mai puternic microscop optic. Deci, ca sa observe miscarea mecanica critica a radioului cu nanotub, Zettl si echipa lui de cercetare au montat dispozitivul intr-un microscop cu transmisie de elctroni(TEM). Un semnal sinusoidal radio a fost lansat de o antena din apropiere iar cand frecventele transmise au coincis cu frecventa resonanta a nanotubului, receptia radio a fost posibila.

‘Pentru a corela miscarile mecanice ale nanotubului cu operatia unui receptor radio propriu-zis, am lansat o transmisie radio FM a cantecului Good Vibrations de la Beach Boys,’ a spus Zettl. ‘Dupa ce a fost receptionat, filtrat, amplificat si demodulat de catre radioul cu nanotub, semnalul emergent a mai fost amplificat si de un preamplificator de curent, trimis catre un difuzor si inregistrat. Radioul cu nanotub a reprodus semnalul audio, iar cantecul a fost usor de recunoscut.’

Cand cercetatorii au dereglat in mod voit radioul cu naotub de la frecventa resonanta, vibratiile mecanice s-au atenuat iar receptia radio a fost pierduta. Receptia unui canal de transmisie radio a putut fi mentinuta multe minute la rand, si nu a fost nevoie operarea radioului inauntrul microscopului. Folosind o configuratie un pic diferita, cercetatorii au transmis si receptionat cu succes semnale pe o distanta de cativa metrii.

‘Integrarea tutror componentelor electronice unui radio s-a intamplat natural in nanotub’, a spus Jensen. ‘In interval de cateva ore de cand ne-am dat seama ca senzorul nostru de forta e de fapt un radio, ascultam muzica!’ a adaugat Zettl. ‘Radioul nostru cu nanotub este sofisticat si elegant in fizica functionarii lui, dar foarte simplu in designul tehnic. Orice la el functioneaza perfect, fara trucuri aditionale.’

Berkeley Lab �s Technology Transfer Department cauta acum parteneri industriali pentru a dezvolta si comericaliza aceasta tehnologie.

Sursa originala: Science Daily. Stire prelucrata de www.stiinta.info.

Abonează-te la newletter:

Caută în site



Formular de contact

Advertisment ad adsense adlogger