211service.com
Verdens mindste radio
Forskere har lavet verdens mindste radio ud af et kulstof nanorør. Nanorøret, placeret mellem to elektroder, kombinerer rollerne for alle de store elektriske komponenter i en radio, inklusive tuneren og forstærkeren. Den kan stille ind på et radiosignal og afspille lyden gennem en ekstern højttaler.
Gode vibrationer: Et enkelt kulstof nanorør kan tune ind på et radiosignal, forstærke det og demodulere det for at få lyden kodet på radiobølgen. Nanorøret begynder at vibrere (venstre) i takt med et radiosignal, hvis signalet er på samme frekvens som nanorørets naturlige resonansfrekvens. Nanorørsradioens udviklere transmitterede sange – inklusive Good Vibrations, af Beach Boys og Largo, fra operaen Xerxes af Handel – i laboratoriet og var i stand til at stille ind og lytte til dem ved hjælp af nanorørsradioen.
Mens den praktiske anvendelse af radioen er usikker, kan den bruges i biologiske og miljømæssige sensorer. Forskere udvikler nu mikroelektromekaniske (MEMS) sensorer til at måle blodsukkerniveauer eller kræftmarkører i kroppen. I stedet for at forskere bruger et radiofrekvensidentifikationsmærke i frimærkestørrelse, kunne en nanorørradio pakkes sammen med den MEMS-baserede sensor og sprøjtes direkte ind i blodbanen, siger Alex Zettl , en eksperimentel fysiker ved University of California, Berkeley, som leder udviklingen af nanorørsradioen. Når den først er i kroppen, kunne radioen levere trådløs kommunikation mellem de bittesmå biologiske sensorer og en ekstern skærm. For at gøre det skulle nanorørsradioen dog fungere som en sender. Lige nu er den kun konfigureret som en modtager, men Zettl siger, at den samme fysik ville fungere som en sender.
Nanorørsradioen fungerer anderledes end en konventionel radio. Konventionelle radioer har fire hovedfunktionelle dele: antenne, tuner, forstærker og demodulator. Radiobølger, der falder på en radioantenne, skaber elektriske strømme ved forskellige frekvenser. Når nogen vælger en radiostation, bortfiltrerer tuneren alle frekvenserne undtagen én. Transistorer forstærker signalet, mens en demodulator, typisk en ensretter eller en diode, adskiller dataene - musikken eller anden lyd - der er blevet kodet på en elektromagnetisk bærebølge.
Zettls team brugte et kulstof nanorør til alle disse funktioner. På grund af deres unikke elektriske egenskaber er kulstof nanorør tidligere blevet brugt til at fremstille elektroniske komponenter såsom dioder, transistorer og ensrettere. Det var en åbenbaring, at alt dette kunne bygges ind i det samme [nanorør], siger Zettl.
Multimedier
Se og hør nanorørsradioen.
Nanorøret er dyrket, der stikker ud fra en wolframoverflade, der fungerer som en negativ elektrode. Spidsen af kulstofnanorøret er også negativt ladet. Et vakuum adskiller nanorøret fra en positiv kobberelektrode. Forskerne bruger et eksternt batteri til at påføre en spænding mellem de to elektroder. Elektroner springer ud fra den negative nanorørspids til den positive elektrode og skaber det, der kaldes en feltemissionsstrøm.
Zettl forklarer, at nanorøret ikke fungerer som en antenne i konventionel forstand. Det vil sige, at i stedet for at opfange elektromagnetiske bølger elektrisk, opfanger den dem mekanisk. Dette sker på grund af nanorørets naturlige resonansfrekvens. Så snart det støder på radiobølger, der matcher frekvensen, begynder nanorøret at vibrere i takt med bølgerne og tuner effektivt kun ind på det radiosignal. Nanorørets vibrationer ændrer feltemissionsstrømmen, og de mekaniske vibrationer omdannes til et elektrisk signal. Et eksternt batteri forsyner feltemissionsstrømmen og forstærker radiosignalet. Feltemissionen er naturligt asymmetrisk - den tillader kun strøm at flyde i én retning, ligesom dioder og ensrettere, der bruges i demodulatorer. Så nanorøret fungerer også som en demodulator og registrerer musikken indkodet på bærebølgen.
For at stille ind på en anden radiostation ændrer forskerne nanorørets resonansfrekvens. Det gør de ved at ændre spændingen på tværs af elektroderne. Det er som at stemme en guitarstreng, siger Zettl. Det elektriske felt trækker i nanorøret. Med det samme nanorør kan forskerne dække hele FM-radiobåndet.
Cees Dekker , en nanorørsforsker ved Delft University of Technology i Holland, kalder den nye radio for en tiltalende demonstration af, at meget simple enheder kan bruges til hverdags [værktøjer]. Hvorvidt enheden bruges til sensorer eller ej, er endnu uvist, siger han, men indtil videre er den simple demonstration en god start.