Нанорадио

Нанорадио нанотрубок (также называемое радио из углеродных нанотрубок) — это нанотехнология, действующая как радиопередатчик и приемник с использованием углеродных . Одно из первых нанорадио было создано в 2007 году исследователями под руководством Алекса Зеттла из Калифорнийского университета в Беркли, где они успешно передавали аудиосигнал. ^[1] Из-за небольшого размера нанорадио могут иметь несколько возможных применений, например, радио-функции в кровотоке. ^[2]

История

Первое наблюдение нанорадио можно приписать японскому физику Сумио Иидзима в 1991 году, который увидел «светящийся разряд электричества», исходящий из 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 соединении ее с противоэлектродом через провод и батарею постоянного тока. И электрод, и нанотрубка также были помещены в вакуум около 10 ⁻⁷ Торр . ^[3] Затем они поместили аппарат в просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения, чтобы задокументировать движение нанотрубки. Они наблюдали вибрацию нанорадио и передали песню Эрика Клэптона «Лейла». ^[4] После некоторых незначительных изменений команда смогла передавать и принимать сигналы на расстоянии пары метров по всей лаборатории; ^[2] однако первоначальный прием звука по радио был неровным, что, по мнению Зеттла, было связано с отсутствием лучшего вакуума. ^[1]

Характеристики

Небольшой размер (около 10 нанометров в ширину и сотни нанометров в длину) и состав нанорадиоприемников обеспечивают несколько отличительных свойств. Небольшой размер нанорадио позволяет электронам проходить сквозь него без особого трения, что делает нанорадио эффективными проводниками. Нанорадиоприемники также могут быть разных размеров; они могут быть двустенными, трехстенными и многостенными. Помимо разных размеров, нанорадио могут также принимать разные формы, например изогнутую, прямую или тороидальную . Общим для всех нанорадио является то, насколько они относительно сильны. Сопротивление можно объяснить прочностью связей между атомами углерода. ^[2]

Функция

Основными частями радиоприемника являются антенна, тюнер, демодулятор и усилитель. Углеродные нанотрубки особенны тем, что могут функционировать как эти детали без необходимости использования дополнительных схем.

Антенна

Нанорадио достаточно мало, чтобы электромагнитные сигналы могли механически вибрировать нанорадио. Нанорадио по сути действует как антенна, вибрируя с той же частотой, что и сигнал входящих электромагнитных волн; в этом отличие от традиционных радиоантенн, которые обычно являются стационарными. ^[3] Нанотрубка может вибрировать на высоких частотах, от «тысяч до миллионов раз в секунду». ^[1]

Тюнер

Нанорадио может также функционировать как тюнер, увеличивая или уменьшая длину нанотрубки; при этом изменяется резонансная частота, на которой оно вибрирует, позволяя радио настраиваться на определенные частоты. Длину нанотрубки можно увеличить, потянув за кончик с положительным электродом, и укоротить, удалив атомы с кончика. ^[1] Следовательно, изменение длины является постоянным и не может быть отменено; однако метод изменения электрического поля также может влиять на частоту, на которую реагирует нанорадио, но не является постоянным. ^[2]

Усилитель

Благодаря микроскопическому размеру и игольчатой форме нанорадио естественным образом функционирует как усилитель . Нанорадио демонстрирует автоэлектронную эмиссию , при которой небольшое напряжение испускает поток электронов; из-за этого небольшая электромагнитная волна создаст большой поток электронов, усиливая сигнал. ^[2]

Демодулятор

Демодуляция — это, по сути, отделение информационного сигнала от несущей волны. Когда нанорадио вибрирует синхронно с несущей волной, нанорадио реагирует только на информационный сигнал и игнорирует несущую волну ; Таким образом, нанорадио может действовать как демодулятор без необходимости использования схем. ^[2]

Медицинское применение

В настоящее время в химиотерапии используются химические вещества, которые наносят вред не только раковым клеткам, но и здоровым, поскольку 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. Нанорадиоматериалы также можно вводить в отдельные клетки для высвобождения определенных химических веществ, позволяющих восстанавливать определенные клетки. ^[2] Нанорадиостанции также можно использовать для мониторинга уровня инсулина у пациентов с диабетом и использовать эту информацию для высвобождения лекарства или химического вещества. ^[5]

Осложнения

Имплантация нанорадио в тело теперь возможна с помощью манипуляции направленной энергией. Нанорадио излучает около 4,5 х 10 ⁻²⁷ Вт электромагнитной мощности; однако большая часть этой силы теряется при прохождении через тело. Количество потребляемой энергии может быть увеличено, что приведет к выделению большого количества тепла в организме, что может представлять угрозу безопасности. ^[6]

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Сандерс, Роберт (31 октября 2007 г.). «Из одной нанотрубки получается самое маленькое радио в мире» . Новости Калифорнийского университета в Беркли . Проверено 5 ноября 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Реджис, Эд (1 января 2009 г.). «Самое маленькое радио в мире». Научный американец . 300 (3): 40–45. Бибкод : 2009SciAm.300c..40R . doi : 10.1038/scientificamerican0309-40 . ПМИД 19253772 .
^ Jump up to: ^а ^б «Нанотрубное радио» (PDF) . К. Дженсен, Дж. Уэлдон, Х. Гарсия и А. Зеттл.
^ Chemistry World (01 ноября 2007 г.), Настоящее радио на одной нанотрубке играет Лейлу , заархивировано из оригинала 21 декабря 2021 г. , получено 24 октября 2016 г.
^ Сервис, Роберт Ф. «TR10: NanoRadio - Обзор технологий MIT» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Проверено 5 ноября 2016 г.
^ Диас, RE; Себастьян, Т. (18 декабря 2013 г.). «Электромагнитные пределы радиочастотной (РЧ) нейронной телеметрии» . Научные отчеты . 3 : 3535. Бибкод : 2013NatSR...3E3535D . дои : 10.1038/srep03535 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 3866607 . ПМИД 24346503 .

[:1-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Сандерс, Роберт (31 октября 2007 г.). «Из одной нанотрубки получается самое маленькое радио в мире» . Новости Калифорнийского университета в Беркли . Проверено 5 ноября 2016 г.

[:0-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Реджис, Эд (1 января 2009 г.). «Самое маленькое радио в мире». Научный американец . 300 (3): 40–45. Бибкод : 2009SciAm.300c..40R . doi : 10.1038/scientificamerican0309-40 . ПМИД 19253772 .

[:2-3] Jump up to: ^а ^б «Нанотрубное радио» (PDF) . К. Дженсен, Дж. Уэлдон, Х. Гарсия и А. Зеттл.

[4] Chemistry World (01 ноября 2007 г.), Настоящее радио на одной нанотрубке играет Лейлу , заархивировано из оригинала 21 декабря 2021 г. , получено 24 октября 2016 г.

[5] Сервис, Роберт Ф. «TR10: NanoRadio - Обзор технологий MIT» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Проверено 5 ноября 2016 г.

[6] Диас, RE; Себастьян, Т. (18 декабря 2013 г.). «Электромагнитные пределы радиочастотной (РЧ) нейронной телеметрии» . Научные отчеты . 3 : 3535. Бибкод : 2013NatSR...3E3535D . дои : 10.1038/srep03535 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 3866607 . ПМИД 24346503 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]