Tranzistory z molybdenitu

31.1.2011

Prof.Andras Kis a jeho kolegové ze švýcarské Ecole Polytechnique Federale de Lausanne zkoumali možnosti využití minerálu molybdenitu MoS2 v elektronice. Zjistili, že se z něj dají zhotovit lepší mikroelektronické součástky než z doposud nejrozšířenějšího křemíku. Např. tranzistor z molybdenitu funguje i pří tloušťce 0,65nm oproti 2 nm u křemíku. Menší objem a vhodná šíře zakázané pásu (1,8 eV) umožňují, že tranzistor z molybdenitu v zavřeném stavu spotřebuje mnohonásobně méně energie než křemíkový. Přestože jde o velmi rozšířený materiál a je o něm dlouho známo, že je polovodič, možným využitím jeho polovodivého chování se dlouho nikdo nezabýval. Zatím se užívá hlavně jako mazadlo nebo při výrobě ocelí.

akademon.cz 27.3.2013: Kombinací vrstev molybdenitu a grafenu vytvořil tým prof.Kise výtečnou paměť. Monoatomická vrstva molybdenitu propouští náboj na určité místo trojité grafenové vrstvy. Jeho uložením se v ní ukládá informace. Jako tunelovací překážka slouží monoatomická izolační vrstva nitridu boritého BN.

akademon.cz 29.4.2013: Obliba molybdenitu naroste po zjištění Phaedona Avourise a Mathiase Steinera z Thomas J.Watson Research Center společnosti IBM v newyorském Yorktown Heights, že jeho monoatomická vrstva emituje světlo při průchodu elektrického proudu. Funguje podobným způsobem jako stále rozšířenější LED diody. Molybdenit je sulfid molybdeničitý MoS2 vykrystalovaný v šesterečné soustavě. Vytváří monoatomické vrstvy podobně jako grafen. Na rozdíl od něj je polovodičem přímým, což je při konstrukci polovodičových prvků výhodnější. V tomto směru převyšuje i nejrozšířenější křemík.

akademon.cz 28.6.2013: Možnosti využití molybdenitu ještě rozšířilo zjištění B. T. Jonkera a jeho kolegů z Naval Research Laboratory v americkém Washingtonu DC, že jeho monovrstva může reagovat s některými organickými plynnými látkami, které ovlivní její vodivost. Jde o vrátné procesy, takže této vlastnosti lze využít pro konstrukci senzorů.

akademon.cz 5.8.2013: Molybdenit MoS2 se pomalu stává stejně populární a zajímavou látkou jako grafen. Jeho 6nm silná vrstva může fungovat jako mechanický rezonátor až do frekvence 60 MHz. Při svých experimentech to prokázal Philip X.-L. Feng se svými kolegy z Case Western Reserve University v ohijském Clevelandu. Tloušťka použité vrstvy odpovídá třem monovrstvám sulfidu molybdenitého. Výzkumy Doc.Song Jina a Marka Lukowského z University of Wisconsin-Madison ukazují, že ho lze použít i jako katalyzátoru pro rozklad vody při výrobě vodíku. Nejprve je nutné jeho tenkou vrstvu převést z polovodivé do kovově vodivé stavu, což se provádí redukcí lithiem.

Určení rozsahu výskytu prvků na Zemi

31.1.2011

Mezinárodní unie pro čistou a užitou chemii rozhodla, že deset nejhojnějších prvků bude v periodické soustavě popsáno nikoli průměrnou hodnotou atomové hmotnosti, nýbrž jejich rozsahem podle nálezů, tedy vodík už nebude mít hodnotu hmotnosti 1,00794, nýbrž dvojici 1,00784;1,00811.

Rostlinný detektor

28.1.2011

Tým biologů z Colorado State University pod vedením prof. June Medford upravil receptory rostlinných buněk tak, že jednotlivé rostliny mohou fungovat jako chemické senzory. Jsou-li vystaveny působení např. oxidů dusíku z trhavin nebo radonu, vyblednou jim listy. Změny struktury receptorů se podařilo navrhnout pomocí složitých kvantově mechanických výpočtů. Velkým problém bylo i zrychlení odezvy rostlin, které normálně probíhá během hodin. Při detekci přítomnosti radonu v obydlích by to nejspíš stačilo, avšak pro zjištění přítomnosti pekelného stroje v kufru je to příliš dlouho. Nyní na přítomnost výbušnin rostliny reagují během minut. Ještě rychlejší odezva by byla lepší, na druhou stranu jde o levné a na údržbu nenáročné detektory. Stačí pravidelná zálivka.

Zaoceánská DNA

27.1.2011

Antropologický průzkum ukázal, že několik Islanďanů může pocházet z rodilé americké Indiánky, která byla na Island dopravena několik století před Kolumbovou cestou přes oceán. Analýza mitochondriální DNA čtyř Islanďanů narozených začátkem 18. století tak naznačuje, že v celé záležitosti byli zapleteni Vikingové, kteří se vypravili do Nového světa okolo roku 1000.

Lepší adsorpční chlazení

26.1.2011

Adsorpční chlazení je dlouho známá technologie, založená na tom, že vazbou některých menších molekul (např. vody) na povrch vhodného materiálu se teplo uvolňuje a při opačném procesu spotřebovává. Setkáme se s ním u velkých průmyslových aplikací i v domácnostech (např. jednoduché typy klimatizace). Týmu Christopha Janiaka z Univesität Freiburg a Stefana Henningera z Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme rovněž ve Freiburgu se podařilo připravit materiál, který na svém povrchu zachytí velké množství vody. Je tedy pro podobné aplikace velmi vhodný. Jde o tereftalát chromitý připravený tak, aby dutiny v jeho struktuře měly průměr 3,4 nm.

Kde všude je selen

25.1.2011
struktura aminokyseliny selenocysteinu

Němečtí vědci z ústavu Charité v Berlíně shromáždili dostupné údaje o selenu v biochemii a potravinářství. Selen se vyskytuje vzácně na místě síry v cysteinu a methioninu a jeho příjem se pohybuje od méně než 50 mikrogramů denně ve většině zemí Evropy, Afriky a Asie po více než 100 mikrogramů denně například v USA. Většinou jde o selenocystein, který je od roku 1999 považován za 21. přirozenou aminokyselinu. Selenomethionin je náhodně inkorporován do proteinů a poskytuje významnou složku potravy obsahující selen. Nejdůležitější selenoproteiny jsou glutathionperoxidáza, thioredoxinreduktáza, jodothyronindejodináza, selenoprotein P, selenoprotein S, selenofosfátsyntáza 2 a methioninsulfoxidreduktáza B. Jejich funkce je v detoxikaci peroxidů, aktivaci thyroidních hormonů, transportu a uskladnění selenu, aktivaci Se pro biosyntézu tRNA-Sec a redukci oxidovaného methioninu v proteinech. Je na druhé straně jasné, že některé sloučeniny obsahující selen jsou toxické, například methylseleninová kyselina, L-selenocystein a seleničitan sodný.

Nedostatky grafenu

24.1.2011
Struktura grafenu

Výzkumy provedené týmem Josepha Stroscia z National Institute of Standards and Technology (NIST) ukazují, že grafen, velmi oblíbený a slibný materiál pro nanotechnologie, má závažné nedostatky. Jeho ideální vlastnosti založené na vysoké elektronové mobilitě přetrvávají jen, pokud může zanedbat interakce s okolím. Což v reálných zařízeních, kdy je grafenová folie umístěna na podložce a překryta elektrodami či vrstvami izolantu, rozhodně není pravda. Výzkumy pomoci rastrovacího tunelového mikroskopu ukázaly, že v reálných podmínkách vznikají v grafenu potenciálové jámy, tedy oblasti, kde se elektrony hromadí, což zpomaluje jejich pohyb. Obdobně působí i magnetické pole. Nemusí se jednoznačně jednat o nevýhodu, ale i o možnost, jak přesněji nastavit jeho vlastnosti.

Lüneburgova čočka

23.1.2011

Ulf Leonhardt se svými kolegy z britské University of St Andrews připravil Lüneburgovu čočku pro infračervené záření. Tvoří ji mikroskopická křemíková spojná čočka pokrytá vrstvami oxidu křemičitého a organického polymeru. Zatímco fungování běžných čoček silně závisí na úhlu dopadajícího světla, Lüneburgovou čočkou rozumíme zařízení, které tyto vady nevykazuje. Pro její konstrukci musíme využít materiálu s gradientem indexu lomu. Prakticky se využívá např. při konstrukci některých antén pro příjem satelitních signálů. Dosud se předpokládalo, že konstrukce Lüneburgových čoček pro tak krátké vlnové délky bude velmi nákladnou záležitostí, pokud to bude vůbec proveditelného.

Housenky hvízdají na poplach

22.1.2011
Zdroj:
Yadav, C., Guedes, R.N.C., Matheson, S.M. et al. Behav Ecol Sociobiol (2017) 71: 51. doi:10.1007/s00265-017-2280-x
Zdroj
Lišaj ořešákovitý (Amorpha juglandis), foto Meganmccarty (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons.

Housenky lišaje ořešákového (Amorpha juglandis) v ohrožení hvízdají. Tento zvuk byl zaznamenán kanadskými entomology už v roce 1868. Hvízdání vzniká aktivací otvorů podél těla housenky, zvaných spirakula. Při mechanickém ohrožení housenky dojde k zasunutí hlavy housenky, čímž se tlačí vzduch vždy párem spirakulí. Hvízdání se opakuje při napadení ptákem, dokud se nepodaří útočící budníčky nebo podobné druhy zahnat. Lišaje ořešákovitého vidíme na obrázku, foto Meganmccarty (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons.

25.4.2017: Housenky motýla Drepana arcuata z čeledi srpokřídlecovitých (Drepanidae) vydávají celkem čtyři různé typy vibrací, s jejichž pomocí se dorozumívají a vytvářejí skupinky. Třou o list kusadly nebo análním koncem svého těla, třesou tělem nebo do listu ťukají kusadly. Spolupráce je pro ně důležitá, protože několik housenek vytváří společný kokon.

Oprava ozářením

20.1.2011

Krzysztof Matyjaszewski se svými spolupracovníky z Carnegie Mellon University v americkém Pittsburghu a japonské Kjúšúské Univerzity (Kyushu Daigaku) připravil plastickou hmotu, která se sama opraví po ozáření ultrafialovým zářením. Základem jsou vazby mezi uhlíkem a sírou ve struktuře polymeru. Ultrafialové záření je rozštěpí za vzniku dvou reaktivních radikálů (částic s nepárových elektronem), které reagují a vytvářejí vazby s dalšími částicemi za vzniku nových radikálů, jež dále reagují. Spojením dvou radikálů reakce skončí. Tímto způsobem lze znovu z polymeru nakrájeného na drobné kousky opakovaně znovuvytvořit kompaktní blok.

Bezdotykové snímání otisků prstů

19.1.2011

Společnost Advanced Optical Systems vyvinula přístroj, který rozpozná otisky prstů i na vzdálenost dvou metrů. Využívá k tomu dvou 1,3 megapixelových kamer, z nichž každá snímá odraz jednoho polarizované světelného paprsku. Roviny jejich polarizace jsou navzájem kolmé. Tyto údaje dostačují vyvinutému programu, aby otisk prstu rekonstruoval. Možnosti využití i zneužití nového přístroje jsou zjevné. Kromě výhod například při vyhledávání zločinců či snadnější autorizaci přístupů, představuje i další ránu pro naše soukromí, kterých moderní technika přináší celou řadu. Bude-li fungovat opravdu spolehlivě, v brzké budoucnosti se nového stroje nepochybně zmocní soukromé společnosti. S jeho pomocí pak mohou jednoznačně identifikovat zákazníky, kteří přicházejí do jejich obchodů, sledovat jejich obchodní zvyklosti, identifikovat pomocí platebních karet a působit na ně personalizovanou reklamou.

Geny, které pohybují buňkami

18.1.2011

Pohyb buněk v těle je důležitý pro normální vývoj, ale může být i zhoubný v rakovinných metastázích. Pracovníci z Massachusettské všeobecné nemocnice v Bostonu nyní prozkoumali 11 000 genů lidských buněk pomocí 55 000 molekul malých RNA, které potlačují specifické geny. Zjistili, že 31 zde identifikovaných genů nebylo dříve spojováno s pohyblivostí buněk. Buňky, kteeré jsou s nimi spojovány, se vážou na klíčový signální enzym nazvaný RSK. Bylo dále zjištěno, že blokáda RSK malou molekulou inhibitoru způsobila mnohem pomalejší pohyb jednotlivývh buněk.

Reaktivace telomerázy obrací degeneraci tkání ve starých myších bez telomerázy

12.1.2011

Ztráta telomerů, ochranných zakončení chromosomů, vede k atrofii a dalšímu poškození tkání. Nyní se prokázalo, že reaktivace endogenní telomerázy v myších prodlužuje telomery, odstraňuje signalizaci poškozené DNA a vyřazuje degenerativní fenotypy v mnoha orgánech, včetně mozku. Je tedy možné, že regenerativní strategie vedoucí k integraci telomerázy může zabrzdit degeneraci danou věkem, i když tu není vyloučena karcinogeneze v pozdním věku.

Plazi opanovali svět po zániku lesů

10.1.2011

Zmizení obrovských ploch tropických lesů před přibližně 305 miliony let vedlo k hotové explozi globální různorodosti plazů a obojživelníků díky tvorbě nových oddělených území. Pracovníci Londýnské univerzity v Surrey pozorovali distribuci a rozmanitost těchto živočichů ve fosilních záznamech. Ve studovanémm období byly vysušeny rovníkové deštné pralesy na území, z něhož se později vytvořila Evropa a Severní Amerika. Řada tamních druhů vyhynula, ale byla nahrazena množstvím nových typů plazů a obojživelníků. Obojživelníci, kteří jsou závislí na vodním prostředí, si nepočínali tak dobře jako plazi, kteří se snadno přizpůsobili suchému prostředí.

Gama blesk

9.1.2011
Okem neviditelný záblesk gama záření

Italská družice AGILE vypuštěná v roce 2007 potvrdila již starší pozorování, že elektrický výboj při některém blesku doprovází nejen záblesk viditelného záření, nýbrž i gama záření, které má mnohem větší energii. Vyzáří ho zřejmě volné elektrony urychlené elektrickými poli při bouřce na velmi vysoké rychlosti. Rentgenové záření vznikající při blesku bylo pozorována již před mnoha lety.

akademon.cz 23.4.2013: Již téměř 20 let víme, že bouřku kromě viditelných elektrických výbojů doprovázejí i okem neviditelné záblesky gama záření, jeden na přibližně tisícovku blesků. Nazývají se TGF (terrestrial gamma-ray flashes). Na letošní výroční konferenci European Geosciences Union (Evropská společnost věd o Zemi), která proběhla ve Vídni ve dnech 7. - 12.4. 2013, vysvětlil Joseph Dwyer z Florida Institute of Technology ve floridském Melbourne svou hypotézu jejich vzniku. Během bouřky vzniká v oblacích napětí až 100 milionů Voltů, které se vybíjí elektrickým výbojem - bleskem. Než se tak stane, může bouřka fungovat jako obrovský urychlovač. Silné elektrické pole zrychlí nabité částice přítomné v atmosféře. Elektrony urychlí až na rychlosti blízké světlu. Při jeho zpomalování při interakci s dalšími nabitými částicemi vzniká brzdné záření (bremsstrahlung). To by na intenzivní záblesk gama záření trvající několik desetin milisekundy nestačilo. Rychlé elektrony mohou během svého letu při srážkách produkovat další elektrony. Navíc gama fotony se rozpadají na elektron a pozitron, čímž počet elektronů dále narůstá. Pozitrony přitahuje oblast záporného náboje v oblaku, takže se rozletí tak rychle, že při srážkách produkují ještě další elektrony. Začne-li tento proces, počet elektronů vyzařujících gama záření lavinovitě naroste, čímž vznikne pozorovatelný záblesk.

Zdroj kyselé chuti

7.1.2011

Pět základních typů chuti je vnímáno na jazyku rozdílnými typy buněk, ale kyselost dlouho unikala molekulární analýze. Nyní se podařilo pracovníkům Jihokalifotrnské univerzity v Los Angeles upravit myši tak, aby pomocí fluorescenčních barviv odkryli buňky zodpovědné za kyselou chuť. Mnoho iontových kanálů v buněčných membránách reaguje na kyselinu, i když nehraje úlohu v pocitu kyselosti. Bylo zjištěno, že buňky pro kyselost reagovaly na transport protonů, i když všechny ostatní typy chuťových buněk reagovaly na přítomnost sodných iontů, jimž byla dříve připisována úloha ve vnímání kyselosti.

Identifikace funkčních cysteinů v proteomu

6.1.2011

Cystein je zcela základní nukleofilní aminokyselina proteinů. Nepřítomnost příbuzných sekvencí, které by definovaly funkční cysteiny v proteinech, komplikovala jejich určení a charakterizaci. Nyní byla skupinou amerických vědců popsána proteomická metoda profilování vnitřní reaktivity cysteinů v příbuzných biologických systémech. Hyperreaktivita byla vzácným rysem cysteinů a byla nyní zjištěna v nejrůznějších typech činnosti, včetně nukleofilní a redukční katalýzy a míst oxidační modifikace. Hyperreaktivní cysteiny byly nalezeny v několika proteinech bez charakteristické funkce, včetně zbytků v eukaryontní fylogenezi potřebných pro životnost kvasinek a biogenezi železnato-sirných proteinů. Kvantitativní profilování se ukázalo jako užitečný základ pro funkční zkoumání cysteinů, kde rozlišuje katalyticky aktivní uspořádání cysteinů od neaktivního.

Zdroj pro elektromobily

5.1.2011

Výzkumný tým z Rensselaer Polytechnic Institute v newyorském Troy vedený prof.Nikhilem Koratkarem vyvinul nový elektrodový nanomateriál, které umožní podstatné vylepšení lithiových článků. Jejich hlavním problém je změna objemu anody díky pohybu lithiových iontů během vybíjení a nabíjení, což může vést až k mechanickému poškození elektrody. Nový materiál tvoří na vrchol postavené hustě paralelně uložené kužely o výšce okolo 200 nm. Oblast vrcholu je tvořena uhlíkem a základna křemíkem. Od sebe je odděluje vrstva hliníku. Pohyb lithných iontů v novém materiálu je tak rychlý a bezproblémový, že umožňuje zvýšit rychlost nabíjení až 60x. Akumulátor zhotovený z tohoto materiál by již představoval akceptovatelný zdroj pro elektromobily, protože doba nutná pro jeho nabití by z hodiny klesla na minuty.

akademon.cz 9.1.2011: Velké změny elektrodového materiálu během nabíjecího cyklu dokládají i práce skupiny Jianyu Huanga z amerického Center for Integrated Nanotechnologies. Transmisním elektronovým mikroskopem studovali pronikání lithných kationtů do nanovlákna oxidu ciničitého dlouhého 10 mikrometrů a silného 100 nm. Vlákno se při tom protáhlo o 90% a jeho průměr narostl o 35%, přičemž docházelo i k jeho kroucení a ohýbání.

Superkritické moření

4.1.2011

Výzkumníci z Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT v Oberhausenu vyvinuli novou metodu barvení plastů. Používají k tomu kapalný superkritický oxid uhličitý za teploty nad 30,1 stupně Celsia a tlaku 17 MPa. Nejprve v něm rozpustí barviva či jiná aditiva jako třeba dezinfekční přípravky nebo léčiva. Do tohoto roztoku namočí polymer. Během několika minut proniknou sloučeniny do jeho struktury a po vyjmutí z reakční nádoby se oxid uhličitý odpaří. Nový postup má řadu výhod – oxid uhličitý je levný a nehořlavý a technologie superkritické extrakce je již delší dobu v průmyslu používána. Chemici z Fraunhoferova ústavu celý proces otočili a místo odstraňování látky stejnou metodou přidávají.

Co přivane Východní vítr

3.1.2011

Poslední z dlouhé řady čínských balistických střel Východní vítr (Dongfeng), konkrétně typ DF-21D, se stal první balistickou střelou na světě určenou k ničení plavidel protivníka, která byla uvedena do výzbroje. Představuje skutečně takové nebezpečí pro americké letadlové lodě, jak tvrdí někteří vojenští experti i námořní důstojníci? Na cíl dopadá seshora rychlostí desetinásobku rychlosti zvuku. Energie uvolněná při dopadu napáchá velké škody a k tomu musíme přičíst ještě výbuch hlavice naplněné klasickou trhavinou. Tři zásahy údajně mohou potopit i největší americkou letadlovou loď. Slabinou je bezpochyby nutnost velmi přesného navádění dopadající hlavice, protože lodi se na širém moři pohybují. Mine-li cíl i o pouhé desítky metrů, sotva ji poškodí. Navigaci ztěžuje i utváření případného bojiště. V případě konfliktu se americké letadlové lodě sotva budou pohybovat v Taiwanské úžině poblíž čínského pobřeží, nýbrž se soustředí ve skrytu za tímto ostrovem, odkud udeří pomocí svých palubních letounů. Navádění balistických střel na pohybující se cíle se doposud nikomu nepodařilo uspokojivě vyřešit a je otázkou, zdali tento problém ho Číňané opravdu rozlouskli. Dosud neproběhla žádná zkouška v reálných podmínkách. Vhodný pozemním naváděcím radarem čínská armáda nedisponuje a horečně jej vyvíjí. Nicméně navigační družice již byly vypuštěny před několika lety. Nutnost navádění hlavice zároveň představuje jistou slabinu – musí přijímat informace o poloze cíle. Ty lze zachytit, zkreslit anebo využít k jejímu nalezení. Balistická střela tím vlastně přestává být balistickou střelou, která se bez jakéhokoli kontaktu s okolím řítí k cíli seshora po balistické křivce. Použití jaderné pumy, kterou Čína disponuje, by nutnost přesného navádění odstranilo, avšak cena střely by výrazně stoupla. Nízké náklady jsou možná hlavním důvodem pro nasazení raket Východní vítr proti lodím. Nikomu se doposud nepodařilo znejistit americkou námořní hegemonii s vynaložením tak malých prostředků. Tak jako nevíme, jaký je skutečný bojový potenciál těchto raket, nelze ani vyloučit, že skutečně budou fungovat.

Mišan 13.3.2011: Může mi někdo z vědeckých pracovníků - autorů různých článku na serveru AKADEMON odpovědět na otázku, kdy už konečně bude člověk dost vyspělý na to, aby přestal nedorozumění vymýšlením nových a nových zbraňových systémů? Když jsem byl mladší, také jsem řešil různé problémy fysickým kontaktem, rozbíjením nopů a podobně, dnes když už jsem starší člověk přicházím k závěru, že to takhle nejde a co je hlavní, ti kteří své problémy řeší rvačkou i v dospělosti, zkrátka ještě nedospěli. Tedy kdy konečně dospěje lidstvo?

Diskuse/Aktualizace