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Stabiler Nanographen-Magnet entwickelt

22.11.2021

Forscher haben erstmals ein kristallines Nanographen mit magnetischen Eigenschaften synthetisiert, die vor mehr als 70 Jahren theoretisch vorhergesagt wurden.

Seit Graphen im Jahr 2004 im Labor hergestellt wurde, haben Wissenschaftler damit begonnen, seine beeindruckenden Eigenschaften zu untersuchen, einschließlich der einzigartigen magnetischen und elektronischen Eigenschaften seiner Zickzack-Kanten. Aufgrund der Komplexität des Studiums dieser Strukturen war es jedoch früher praktisch unmöglich, ihre Merkmale zu untersuchen und anzuwenden.

Nun konnte ein Team der Universität Osaka dieses Problem mit einem vereinfachten Modellsystem eines kristallinen Triangulens lösen. Um eine Polymerisation des Materials zu verhindern, erhöhten japanische Wissenschaftler das Volumen seiner Moleküle, ohne seine grundlegenden Eigenschaften zu verlieren.

Das resultierende Graphen war bei Raumtemperatur stabil, was es ihnen ermöglichte, seine optischen und magnetischen Eigenschaften zu untersuchen. Als Ergebnis konnten Wissenschaftler das Vorhandensein in dieser Form an den Zickzack-Kanten von ungepaarten Elektronen bestätigen, die den Triplett-Zustand der Moleküle bestimmen.

Trotz der Stabilität des Materials muss es in einer inerten Atmosphäre gelagert werden, da es unter Sauerstoffeinfluss zur allmählichen Zersetzung neigt.

Darüber hinaus planen die Spezialisten, die Synthesetechnologie zu verbessern, um mit der Produktion von magnetischem Nanographen zu beginnen. In Zukunft könnten siliziumbasierte Materialien Silizium in elektronischen Geräten ersetzen.

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Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

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Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

Bier, eines der häufigsten alkoholischen Getränke, hat einen ganz eigenen Geschmack, der sich je nach Temperatur des Konsums verändern kann. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams hat herausgefunden, dass die Biertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks hat. Die vom Materialwissenschaftler Lei Jiang geleitete Studie ergab, dass Ethanol- und Wassermoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Arten von Clustern bilden, was sich auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich eher pyramidenartige Cluster, wodurch die Schärfe des „Ethanol“-Geschmacks abnimmt und das Getränk weniger alkoholisch schmeckt. Im Gegenteil, mit steigender Temperatur werden die Cluster kettenförmiger, was zu einem ausgeprägteren alkoholischen Geschmack führt. Dies erklärt, warum sich der Geschmack einiger alkoholischer Getränke, wie z. B. Baijiu, je nach Temperatur ändern kann. Die Erkenntnisse eröffnen Getränkeherstellern neue Perspektiven, ... >>

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Graphen hilft, ins Gehirn zu gelangen 17.01.2017

Das menschliche Gehirn ist ein außerordentlich komplexes und einzigartiges System, und es gibt viele Methoden, es zu untersuchen. Informationsprozesse im Gehirn können wir entweder anhand von Veränderungen in den interneneuronalen Kontakten – Synapsen – oder durch Veränderungen in der Durchblutung beurteilen – Arbeitsbereiche benötigen mehr Nährstoffe und Sauerstoff; und das Studium des menschlichen Gehirns beschränkt sich im Wesentlichen auf die Beobachtung dieser beiden Arten von Aktivität, die sich als Reaktion auf verschiedene Reize manifestieren.

Üblicherweise werden für neurophysiologische Untersuchungen spezielle Anordnungen von Mikroelektroden (d. h. viele Elektroden, die auf einer gemeinsamen Matrix installiert sind) in das Gehirn implantiert, die es ermöglichen, ein elektrisches Signal an mehreren Stellen gleichzeitig zu erfassen. Je nach Experiment werden solche Matrizen entweder an der Oberfläche des Gehirns oder tief darin implantiert.

Matrizen aus Mikroelektroden haben normalerweise eine Reihe von Nachteilen: undurchsichtige Kontakte, begrenzte Transparenz des Materials als Ganzes und ungleichmäßige Durchlässigkeit für verschiedene Wellenlängen. Sie bestehen oft aus einem zähen und biokompatiblen Material, auf das das Gehirn mit Entzündungen reagiert. Idealerweise sollten die Matrizen über einen weiten Bereich transparent sein, damit Neuronen mit Licht unterschiedlicher Frequenzen stimuliert werden können, vom blauen (verwendet in der Optogenetik) bis zum infraroten (verwendet in der Zwei-Photonen-Fluoreszenz-Mikroskopie) Spektrum, flexibel und biokompatibel. Es ist auch wünschenswert, dass sie dünn genug sind – bei richtiger Transparenz ermöglicht dies eine Optimierung der optischen Erfassung von Informationen.

Für Matrix-Neuroelektroden werden häufig Materialien wie titanbesputtertes Indiumtitanoxid (ITO) oder Zirkonium verwendet. Sie übertragen 80 % bzw. 60 % des Lichts, aber der Durchsatz hängt stark von der Wellenlänge ab, was es schwierig macht, mehrere Methoden zu kombinieren, die unterschiedliche Lichtwellenlängen für die Neurostimulation oder die Erkennung von Antwortsignalen verwenden.

Amerikanische Physiker und Neurowissenschaftler haben neue Mikroelektrodenmatrizen auf Basis von Graphen entwickelt. Graphen ist ein wabenförmiger Kristall aus Kohlenstoffatomen, ein oder mehrere Atome dick – tatsächlich ist es ein zweidimensionaler Kristall. Wenn wir viele Graphenschichten in einem Stapel herstellen, erhalten wir Graphit, das allen bekannt ist.

Graphen ist sehr flexibel und gleichzeitig sehr stark für seine Dicke. Es hat auch eine Transparenz von etwa 90 % im Spektrum von Ultraviolett bis Infrarot und ist ein ausgezeichneter Stromleiter. Es ist klar, warum viele Forscher Graphen und die Möglichkeit, es zur Herstellung dünner und flexibler Elektroden zu verwenden, aktiv untersuchen.

Neurowissenschaftler setzen große Hoffnungen in ihre Erfindung: Sie sind zuversichtlich, dass sie für eine Vielzahl von Studien zur Erforschung der Gehirnaktivität sowie für die Herstellung von Implantaten angepasst werden kann. Darüber hinaus ist ein solches Array von Mikroelektroden auch nützlich bei Experimenten mit Zellkulturen, bei denen es sehr wichtig ist, das Zellwachstum zu überwachen.

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