Одновременное решение проблем здоровья и устойчивого развития, Джон Роджерс, доктор философии.D., разрабатывает обширный набор материалов — от магния и кремния до шелка и даже рисовой бумаги — для создания биоразлагаемой электроники, которая потенциально может быть использована в различных областях. Он прочитает лекцию «Инновации Фреда Кавли в химии»."
«Мы обнаружили, что существует надежная и разнообразная палитра вариантов материалов на каждом уровне», — сказал Роджерс из Университета Иллинойса, Урбана-Шампейн. «Для проводника, для полупроводника, для изоляционного слоя, корпуса и подложки можно выбирать материалы в зависимости от требований приложения."
Команда Роджерса работает над внедрением некоторых из этих элементов в датчики, которые могут, например, обнаруживать раннее начало отека и изменения температуры в мозгу после травм головы, а затем исчезать, когда они больше не нужны. Сегодня устройства, предназначенные для этих целей, имеют проводную связь — их нужно имплантировать, а затем полностью удалять, когда они больше не нужны. Датчик Роджерса можно было бы имплантировать, но он работал бы по беспроводной сети и после использования «просто исчезал»."Это исключает риск заражения и других осложнений, связанных с хирургическим удалением устройств.
Роджерс успешно протестировал первые прототипы датчиков на лабораторных животных и предполагает, что такие устройства однажды можно будет использовать на людях.
Его группа также работает над биоразлагаемыми радиочастотными идентификационными метками или RFID-метками. В настоящее время RFID производятся миллиардами и используются во всем: от джинсов для точного отслеживания запасов до смарт-карт и инъекций домашним животным. Они также встречаются в упаковке продукта, которая попадает на свалки.
Используя целлюлозу, цинк и кремний, Роджерс успешно создал растворимые RFID-метки в лаборатории. Следующим шагом будет выяснение того, как увеличить производство и коммерциализировать его.
"Мы весьма оптимистичны", — сказал Роджерс. "Мы видим путь вперед и примерно на полпути."
Лекцию «Лекция для начинающего лидера в области химии Фонда Кавли» представляет Эмили Вайс, доктор философии.D., Северо-Западного университета.
Ее лаборатория сосредоточена на получении максимальной мощности от смешанных и согласованных наноматериалов, которые разрабатываются для максимального использования возобновляемых источников энергии. Ученые теперь могут создавать эти материалы с беспрецедентной точностью, чтобы улавливать большое количество энергии, например, от солнца и источников тепла.
Но получение всей этой энергии из этих материалов и распространение ее в мир для питания домов и гаджетов было серьезным препятствием.
«Электрический ток возникает из-за движения электронов через материал», — пояснил Вайс. "Но, перемещаясь через материал или устройство, они сталкиваются с местами, где им приходится перепрыгивать с одного типа материала на другой в так называемом интерфейсе. Под интерфейсами я имею в виду места, где встречаются не совсем одинаковые части материала. Проблема в том, что когда электрону приходится переходить из одного материала в другой, он теряет энергию."
По мере того, как структуры в материалах становятся меньше, проблема интерфейса становится более сложной, потому что наноматериалы имеют большую площадь поверхности по сравнению с их объемом. Таким образом, электроны в этих передовых устройствах должны проходить через все больше и больше интерфейсов, и каждый раз они теряют энергию в виде тепла.
Но благодаря последним достижениям в области аналитических инструментов и вычислительной мощности группа Вайса готова превратить этот недостаток в плюс. «Вместо того, чтобы рассматривать все эти интерфейсы как отрицательные, теперь нам не нужно рассматривать их как недостаток», — сказала она. "Мы можем спроектировать интерфейс таким образом, чтобы мы могли избавиться от дефектов и избавиться от этого замедления.
Мы действительно можем использовать тщательно разработанные интерфейсы для улучшения свойств вашего устройства. Такая философия начинает укореняться."