Новый способ получения искусственной паутины


Искусственная паутина.
Искусственная паутина.

Учёные из Швеции, Китая, Испании и Великобритании получили искусственную паутину без использования агрессивных химикатов. Разработанный ими метод позволяет синтезировать километр волокна из литра белкового раствора. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemical Biology.

Паутина — очень лёгкий и крайне прочный материал. Предельное напряжение на разрыв нити паука может достигать 1,75 ГПа — для сравнения, для разных видов стали этот показатель составляет от 0,2 до 2 ГПа. При этом паутина гораздо легче металлов и в тридцать раз тоньше человеческого волоса. Неудивительно, что учёные заинтересовались природным материалом. Но он замечателен не только уникальными механическими свойствами — паутину можно успешно использовать в медицине. К примеру, российские учёные показали, что содержащиеся в ней белки способствуют эффективному заживлению ран у мышей.

Хорошо знакомые нам ловчие сети пауков состоят из нескольких типов нитей — радиальной, ловчей, вспомогательной спирали и каркасной нити. Именно каркасная нить занимает исследователей больше всего, потому что обладает одновременно высокой прочностью и высокой эластичностью. Чем же объясняются её свойства и как бы их воспроизвести на практике? Основные компоненты каркасной нити — белки-спидроины 1 и 2. Спидроины и другие протеины накапливаются в железе паука в жидкой форме, а затем выделяются через специальные каналы — прядильные трубочки — при этом структура белков изменяется и они затвердевают в форме тонких нитей. Учёные давно думают над тем, как получать паутину в промышленных масштабах. Её можно просто «надоить» из пауков, но это неэффективно: чтобы произвести ощутимое количество материала понадобится слишком много членистоногих. Поэтому исследователи получают спидроины из других организмов с помощью генной инженерии. (далее…)

Графеновые пластины достигли размеров кремниевых


Графеновая пластина диаметром 300 мм
Графеновая пластина диаметром 300 мм.

Новый способ выращивания высококачественных пластин графена размером от 100 до 300 мм предложен группой исследователей из США и Великобритании. Это важная веха на пути к использованию графена в полупроводниковой промышленности, поскольку 300 мм — современный стандарт для кремниевых пластин. Отныне углеродные материалы могут быть легко интегрированы с кремниевыми.

Графен обещает стать ключевым устройством в полупроводниковой промышленности уже в скором будущем, благодаря сочетанию уникальных свойств: очень высокой электропроводности и прочности. Первые решения с использованием графена вероятнее всего будут сочетать углеродные материалы с КМОП-технологией на основе кремния. Однако интеграция графена с кремниевыми полупроводниками оказалась намного сложнее, чем это представлялось изначально, поскольку не существовало подходящего процесса производства графеновых плёнок достаточной площади, которые обладали бы нужными свойствами.

Исследователи уже испробовали несколько различных методик выращивания графеновых пластин, среди которых эпитаксиальное выращивание на кремниево-углеродных пластинах, восстановление оксида графена, химическое осаждение из газовой фазы на тонкие металлические плёнки, а также осаждение на монокристаллические германиевые поверхности. Метод осаждения выглядит наиболее перспективным с точки зрения совместимости с кремниевыми большими интегральными микросхемами, однако получаемый таким образом графен страдает от дефектов и обладает меньшей подвижностью носителей заряда. (далее…)

Германен — родственник графена — синтезирован с использованием субстрата из золота


Модель решётки германена
Один из вариантов моделирования германена европейской группой исследователей, которому соответствует полученный материал.

Сразу две научные группы объявили о получении нового родственника графена, который по аналогии получил название германе́н. Полученный материал, представляющий собой двухмерную кристаллическую решётку из атомов германия, как ожидается, будет использоваться при создании электронных устройств с ранее недостижимыми свойствами.

Создание германена предсказывалось ещё в 2009 году, после открытия графена и изучения его свойств. В 2010 году был получен силицен — аналог графена, состоящий не из углерода, а из другого элемента 14-й группы периодической таблицы — кремния. Германий тоже располагается в 14-й группе и имеет схожие химические свойства с углеродом и кремнием, позволяющие образовывать сложные структуры.

О получении нового материала практически одновременно сообщили две группы исследователей. Европейскую представляют мадридский Институт материаловедения Испанской академии наук, Университет Страны Басков из Бискайи (Испания), Европейский фонд теоретической спектроскопии из Сан-Себастьяна, гамбургский Институт структуры и динамики материи общества Макса Планка и Университет Экс-Марсель. В китайской группе представлены учёные из Пекинской национальной лаборатории физики конденсированных сред и Физического института Китайской академии наук.

Китайские учёные добились успеха раньше, опубликовав результаты работы в мае 2014 года, европейская группа сообщила о синтезе германена в сентябре. Основное различие в работах заключается в том, что китайская группа использовала в качестве подложки платину, а европейская — золото. Также различаются формулы решёток германия и субстрата: китайцы сообщают о сверхрешётке германия 3 × 3 на платиновой решётке √19 × √19, а европейцы идентифицируют полученную ими германиевую решётку как √3 × √3, а формула золотой подложки — √7 × √7. (далее…)