211service.com
Världens minsta radio
Forskare har skapat världens minsta radio av ett kolnanorör. Nanoröret, placerat mellan två elektroder, kombinerar rollerna för alla de stora elektriska komponenterna i en radio, inklusive tunern och förstärkaren. Den kan ställa in en radiosignal och spela upp ljudet via en extern högtalare.
Bra vibrationer: Ett enda kolnanorör kan ställa in en radiosignal, förstärka den och demodulera den för att få ljudet kodat på bärarradiovågen. Nanoröret börjar vibrera (vänster) i takt med en radiosignal om signalen är på samma frekvens som nanorörets naturliga resonansfrekvens. Utvecklarna av nanorörsradion sände låtar – inklusive Good Vibrations, av Beach Boys och Largo, från operan Xerxes av Handel – i laboratoriet och kunde ställa in och lyssna på dem med nanorörsradion.
Även om den praktiska tillämpningen av radion är osäker, kan den användas i biologiska och miljösensorer. Forskare utvecklar nu mikroelektromekaniska (MEMS) sensorer för att mäta blodsockernivåer eller cancermarkörer i kroppen. Istället för att forskare använder en radiofrekvensidentifieringsetikett i stämpelstorlek, kan en nanorörsradio packas med den MEMS-baserade sensorn och injiceras direkt i blodomloppet, säger Alex Zettl , en experimentell fysiker vid University of California, Berkeley, som leder utvecklingen av nanorörsradion. Väl i kroppen kan radion tillhandahålla trådlös kommunikation mellan de små biologiska sensorerna och en extern monitor. För att göra det måste nanorörsradion fungera som en sändare. Just nu är den bara konfigurerad som en mottagare, men Zettl säger att samma fysik skulle fungera som en sändare.
Nanorörsradion fungerar annorlunda än en vanlig radio. Konventionella radioapparater har fyra huvudsakliga funktionsdelar: antenn, tuner, förstärkare och demodulator. Radiovågor som faller på en radioantenn skapar elektriska strömmar vid olika frekvenser. När någon väljer en radiostation filtrerar tunern bort alla utom en av frekvenserna. Transistorer förstärker signalen, medan en demodulator, vanligtvis en likriktare eller en diod, separerar data - musiken eller annat ljud - som har kodats på en elektromagnetisk bärvåg.
Zettls team använde ett kolnanorör för alla dessa funktioner. På grund av deras unika elektriska egenskaper har kolnanorör tidigare använts för att tillverka elektroniska komponenter som dioder, transistorer och likriktare. Det var en uppenbarelse att allt detta kunde byggas in i samma [nanorör], säger Zettl.
Multimedia
Se och hör nanorörsradion.
Nanoröret odlas stickande ut från en volframyta, som fungerar som en negativ elektrod. Spetsen på kolnanoröret är också negativt laddad. Ett vakuum separerar nanoröret från en positiv kopparelektrod. Forskarna använder ett externt batteri för att lägga på en spänning mellan de två elektroderna. Elektroner hoppar ut från den negativa nanorörsspetsen till den positiva elektroden och skapar vad som kallas en fältemissionsström.
Zettl förklarar att nanoröret inte fungerar som en antenn i konventionell mening. Det vill säga, istället för att plocka upp elektromagnetiska vågor elektriskt, plockar den upp dem mekaniskt. Detta händer på grund av nanorörets naturliga resonansfrekvens. Så fort den stöter på radiovågor som matchar frekvensen börjar nanoröret vibrera i takt med vågorna, och ställer sig effektivt bara in på den radiosignalen. Nanorörets vibrationer ändrar fältemissionsströmmen och de mekaniska vibrationerna omvandlas till en elektrisk signal. Ett externt batteri driver fältemissionsströmmen och förstärker radiosignalen. Fältemissionen är naturligt asymmetrisk - den tillåter ström att flyta endast i en riktning, precis som dioder och likriktare som används i demodulatorer. Så nanoröret fungerar också som en demodulator och detekterar musiken som är kodad på bärvågen.
För att ställa in en annan radiostation ändrar forskarna resonansfrekvensen för nanoröret. De gör detta genom att ändra spänningen som appliceras över elektroderna. Det är som att stämma en gitarrsträng, säger Zettl. Det elektriska fältet drar i nanoröret. Med samma nanorör kan forskarna täcka hela FM-radiobandet.
Cees Dekker , en nanorörsforskare vid Delft University of Technology, i Nederländerna, kallar den nya radion för en tilltalande demonstration av att mycket enkla enheter kan användas för vardagliga [verktyg]. Huruvida enheten används för sensorer eller inte återstår att se, säger han, men för tillfället är den enkla demonstrationen en bra början.