Topul rezultatelor ştiinţifice ale anului 2009

1. Hârtie cu conductibilitate înaltă pentru stocarea energiei

Profesorul Yi Cui şi colegii săi de la Universitatea din Stanford, SUA, au elaborat hârtie conductibilă prin înmuierea hârtiei obişnuite în cerneală cu conţinut avansat de nanotuburi de carbon şi nanofire din argint. După un tratament termic, foile de hârtie pot fi utilizate în calitate de elemente galvanice sau super-condensatoare flexibile şi extrem de uşoare. Condensatoarele din hârtie pot asigura circa 40.000 de cicluri încărcare-descărcare, cea ce depăşeşte de peste 10 ori performanţele bateriilor compacte cu litiu. Lucrarea a fost publicată online în Proceedings of the National Academy of Sciences şi comentată de site-ul internaţional NanoTechWeb.org, vezi: http://nanotechweb.org/cws/article/yournews/41193.

2. Diverse proprietăţi ale stratului atomar de carbon: graphene - conductor, graphane – izolator.

Savanţii de la Universitatea din Manchester, UK au reuşit să transforme stratul atomar de carbon – graphene – din stare înalt conductibilă în stare lipsită de conductibilitate electrică. Modificarea proprietăţilor are loc prin tratamentul probelor de graphene în hidrogen atomar, materialul izolator obţinut fiind denumit graphane. Posibilitatea dirijării conductibilităţii electrice deschide noi orizonturi de utilizare practică a straturilor atomare de carbon. Lucrarea ştiinţifică a fost publicată de revista Science şi comentată de către site-ul internaţional NanoTechWeb.org, vezi: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/37586.

3. Nanopiramidele din aur distrug celulele de cancer

Nanoterapia fototermică a tumorilor prin utilizarea nanoparticulelor de aur se bazează pe căldura generată de ele la iluminare. Încălzirea nanoparticulelor poate fi utilizată pentru distrugerea selectivă a celulelor canceroase, fără efect negativ asupra celulelor sănătoase din vecinătate. Fiind biocompatibil şi non-toxic, la dimensiuni reduse aurul posedă proprietăţi fototermice bine pronunţate. Conform investigaţiilor realizate de prof. Teri Odom şi colegii săi de la Universitatea Northwestern, SUA, efectul fototermic este considerabil amplificat la nanopiramidele aurite, mai depinde de dimensiunile şi forma lor. Rezultatele investigaţiilor au fost publicate în revista ştiinţifică Nano Letters şi comentate de site-ul internaţional NanoTechWeb.org, vezi:
http://nanotechweb.org/cws/article/tech/38208.

4. Nanoparticule semiconductoare magnetizate de lumină

Daniel Gamelin şi colegii săi de la Universitatea Washington, Seattle, SUA, au reuşit în premieră să magnetizeze nanoparticule semiconductoare prin iluminare, ceea ce este foarte important pentru utilizare în spintronică – domeniu în care dispozitivele electronice exploatează atât sarcina, cât şi spinul electronilor. Autorii au demonstrat polarizarea spontană, indusă de lumină, a spinilor atomilor de mangan, introduşi în calitate de impuritate în doturi coloidale de CdSe. Fiind observat nu numai la temperaturi scăzute, dar şi la temperatura camerei, efectul fotomagnetic descris deschide noi perspective pentru dirijarea efectelor de spin în nanomateriale şi dispozitive electronice în baza lor. Lucrarea a fost publicată în revista Science şi comentată de site-ul internaţional NanoTechWeb.org, vezi: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/40162.

5. Nanosenzor pentru detectarea cancerului în sânge

Prof. Mark Reed şi colegii săi de la Universitatea din Yale, SUA au elaborat primul nanosenzor care poate detecta biomarcherii cancerului în sânge. Performanţele detectorului asigură detectarea unui nanogram de marcheri ai cancerului de plămâni sau prostată în doar un microlitru de sânge. Savanţii menţionează ca nu este necesară purificarea preliminară a sângelui, dat fiind că nanosenzorul îmbină procesele de purificare şi detectare, cea ce permite extinderea utilizării lui în spitalele obişnuite. Rezultatele investigaţiilor au fost publicate în revista Nature Nanotechnology şi comentate de site-ul internaţional NanoTechWeb.org, vezi: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/41407

6. Nanolaser pentru computere optice

În ajunul aniversării de 50 ani de la inventarea primului laser (1960), savanţii de la Universitatea de Stat Norfolk, Universitatea Purdue şi Universitatea Cornell, SUA, au elaborat cel mai mic laser din lume cu un rezonator de numai 44 nm în diametru, adică de circa 2000 de ori mai mic decât diametrul unui fir de păr. Lucrând în baza oscilaţiilor plasmonice de suprafaţă, laserul emite lumină cu lungimea de undă de 531 nm, de zece ori mai mare decât diametrul rezonatorului. Acest emiţător performant, denumit “speser”, va juca un rol nemaipomenit în tehnologiile viitorului bazate pe circuitele nanofotonice. Lucrarea savanţilor americani a fost publicată în revista ştiinţifică Nature, vezi: http://www.nature.com/nature/journal/v460/n7259/full/nature08318.html.

7. Transformare fotocatalitică a dioxidului de carbon şi a vaporilor de apă în combustibil

Prof. Grimes şi colegii săi de la Universitatea de Stat din Pennsylvania, SUA, au demonstrat un proces de transformare solară eficientă a dioxidului de carbon şi a vaporilor de apă în metan şi alte hidrocarburi cu ajutorul reţelelor de nanotuburi din dioxid de titan dopat cu atomi de azot. Experimentele au fost realizate la lumina solară în parcul universităţii, nanotuburile de dioxid de titan fiind acoperite cu doturi din platină şi/sau cupru. Intensitatea producerii hidrocarburilor în aer liber s-a dovedit a fi de 20 de ori mai mare decât rezultatele obţinute de alţi savanţi în condiţiile iluminării cu raze ultraviolete în laborator. Lucrarea a fost publicată în revista ştiinţifică Nano Letters, vezi:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl803258p?prevSearch=&searchHistoryKey.

8. Celule solare plasmonice

Piaţa fotovoltaică este în continuă creştere, fiind prognozată la $2,4 mlrd. în 2011 şi $7,5 mlrd. în 2015. Savanţii de la Universitatea Naţională din Australia, în colaborare cu colegii lor din SUA, au îmbinat tehnologiile filmelor subţiri fotovoltaice cu rezonanţa plasmonică a nanoparticulelor metalice pentru a reduce considerabil costul celulelor solare, dar totodată păstrând eficienţa lor. Reducerea costului se datorează micşorării considerabile a grosimii filmului activ, nivelul înalt de absorbţie a luminii solare fiind asigurat de efectul de rezonanţă plasmonică a nanoparticulelor metalice depuse pe suprafaţa celulei. În particular, în cazul celulelor plasmonice, grosimea filmului utilizat de siliciu poate fi de doar de 1-2 micrometri sau de circa 100 de ori mai mic decât grosimea substratului de siliciu în celulele obişnuite. Rezultatele investigaţiilor au fost publicate în revista Optics Express, vezi: http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-16-26-21793.

9. Un material nanoporos nou cu o suprafaţă internă record

Prof. Adam Matzger şi colegii săi de la Universitatea din Michigan, SUA, au elaborat un material nou nanoporos, denumit UMCM-2 (University of Michigan Crystalline Material-2), care este caracterizat de o suprafaţă internă record, estimată la 5000 metri patraţi la un gram de substanţă. Pentru sinteza materialului a fost utilizat un proces de copolimerizare coordinativă ce stimulează formarea porilor de dimensiuni de nanometri. Rezultatele cercetărilor au fost publicate în revista ştiinţifică Journal of the American Chemical Society şi comentate de site-ul internaţional NanoTechWeb.org, vezi:
 http://nanotechweb.org/cws/article/yournews/38194.

10. Obiectele invizibile devin realitate

Prof. Xiang Zhang şi colegii săi de la Universitatea din California, Berkeley, şi Laboratorul Naţional Lawrence Berkeley, California, SUA, au inventat un covor format din siliciu nanoperforat care reprezintă un metamaterial cu proprietăţi promiţătoare pentru soluţionarea problemei invizibilităţii obiectelor. Bunăoară, acest nanocovor forţează razele de lumină să ocolească obiectul respectiv precum apa curgătoare înconjoară o rocă scufundată. În rezultat obiectul devine invizibil pentru observator. Fenomenul invizibilităţii a fost demonstrat pentru diferite unghiuri de cădere a undelor electromagnetice în diapazonul spectral 1400-1800 nm. Lucrarea a fost publicată în revista Nature Materials, vezi:  http://www.nature.com/nmat/journal/v8/n7/abs/nmat2461.html.

Materiale selectate de
m.c. Ion Tighineanu,
vicepreşedinte al AŞM,
coordonator al Programului de Stat
 “Nanotehnologii şi Nanomateriale”