《创新畜牧产品中基于战略的微型和纳米尺度材料:综述》

  • 来源专题:食物与营养
  • 编译者: niexiuping
  • 发布时间:2017-12-22
  • 本文讨论了动物性食品中三种主要战略应用的微观和纳米级材料。虽然这篇综述描述了一些乳制品,如牛奶和奶酪,它主要强调肉,家禽,鱼和蛋。虽然全粒粒径大颗粒大小影响着gizzard的生长和功能,但酵母细胞壁和乌龙茶的超细粉体在减少脂肪的同时,也提高了免疫功能和肉质。为了减少与鸡蛋有关的过敏反应,已经尝试了蛋白质的微粒子,但没有成功。其他潜在的应用包括在生物柴油生产和纳米量子点照明的废物再利用,以改善肉的展示。由于粒子技术在动物源性食品中的成功应用,与纳米材料的毒性、商业化的挑战和负面的公众认知相关的知识差距需要得到解决。

相关报告
  • 《以光为基础的“牵引光束”在纳米尺度上组装材料》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2019-11-06
    • 现代建筑是一项精密的工作。建筑商必须使用符合特定标准的部件,例如理想组合的横梁或特定尺寸的铆钉。建筑行业依赖制造商来可靠地、可重复地制造这些部件,以建造安全的桥梁和可靠的摩天大楼。 现在想象一个更小的尺度——不到一张纸的百分之一的厚度。这是纳米尺度。科学家们正在努力开发量子计算等领域可能具有突破性的技术。在这种规模下,传统的制造方法根本行不通。我们的标准工具,即使是微型化的,也因为体积太大、腐蚀性太强而无法在纳米尺度上重复制造元件。 华盛顿大学(University of Washington)的研究人员开发了一种方法,可以在纳米尺度上实现可重复制造。该团队采用了一种广泛应用于生物学的基于光的技术——即光学捕集器或光学镊子——在无水、富含碳的有机溶剂的液体环境中工作,从而实现了新的潜在应用。 该团队在10月30日的《自然通讯》杂志上发表的一篇论文中指出,光镊充当了一种以光为基础的“牵引光束”,可以将纳米级半导体材料精确地组装成更大的结构。不像科幻小说中的牵引车光束抓取宇宙飞船,该团队使用光镊捕获比一米还短十亿倍的物质。 “这是一个纳米级制造的新方法,”文章的第二作者彼得Pauzauskie说,华盛顿大学的材料科学和工程学副教授,教员在分子工程与科学学院和研究所纳米工程系统,和在太平洋西北国家实验室的资深科学家。“在制造过程中不涉及腔体表面,这将最小化应变或其他缺陷的形成。所有的组件都悬浮在溶液中,我们可以控制纳米结构的大小和形状,因为它是一块一块组装起来的。” “使用这种技术在有机溶剂允许我们使用组件,否则降低或腐蚀接触水或空气,”文章的第二作者文森特·霍姆博格说,威斯康辛大学的化学工程助理教授和教员的清洁能源研究所和分子工程与科学学院。“有机溶剂还能帮助我们对正在使用的材料进行过热处理,使我们能够控制材料的转变并推动化学反应。” 为了证明这种方法的潜力,研究人员使用光镊构建了一种新的纳米线异质结构,这是一种由不同材料组成的不同截面组成的纳米线。纳米线异质结构的初始材料是较短的晶体锗“纳米棒”,每个纳米棒只有几百纳米长,直径只有几十纳米——大约是人类头发的5000倍。每个表面都覆盖着金属铋纳米晶体。 然后,研究人员用这种基于光的“牵引光束”抓住其中一个锗纳米棒。来自光束的能量也会使纳米棒过热,熔化铋帽。然后,它们会引导第二个纳米棒进入“牵引光束”——多亏了末端熔化的铋帽——端到端的焊接。然后,研究人员可以重复这个过程,直到他们用重复的半导体-金属接头处组装出一个有图案的纳米线异质结构,这个异质结构的长度是单个构件的5到10倍。 Holmberg说:“我们已经开始把这种面向光学的组装过程称为‘光子纳米氧化’——本质上是用光在纳米尺度上焊接两个组件。” 包含材料间结的纳米线——比如由UW团队合成的锗铋结——可能最终成为为量子计算应用创建拓扑量子位的途径。 牵引光束实际上是一种高度聚焦的激光,它能产生一种光学陷阱,这种获得诺贝尔奖的方法是阿瑟·阿什金在20世纪70年代首创的。迄今为止,光阱几乎只用于水或真空环境。Pauzauskie和Holmberg的团队采用了光学捕获技术,使之能在有机溶剂中更容易挥发的环境中工作。 霍姆伯格说:“在任何环境下都能产生稳定的光阱,这是一个微妙的力量平衡过程。 构成激光束的光子对光阱附近的物体产生一种力。研究人员可以调整激光的特性,使产生的力可以捕获或释放一个物体,可以是单个锗纳米棒,也可以是更长的纳米线。 保佐斯基说:“这是一种可靠的、可再生的纳米制造方法所需要的精确度,它不会与其他表面或材料产生混乱的相互作用,从而导致纳米材料产生缺陷或应变。” 研究人员认为,他们的纳米氧化方法可以使添加剂制造具有不同材料的纳米级结构用于其他应用。 霍姆伯格说:“我们希望这次演示的结果是,不管这些材料是否与水相容,研究人员都能利用光阱来操纵和组装更广泛的纳米材料。” 这篇论文的共同作者是埃琳娜·潘德瑞斯(Elena Pandres),华盛顿大学化学工程专业的研究生,以及马修·克兰(Matthew Crane),华盛顿大学的博士研究生,目前在华盛顿大学化学系担任博士后研究员。合著者是华盛顿大学化学工程名誉教授e·詹姆斯·戴维斯。这项研究是由美国国家科学基金会资助,威斯康辛大学分子工程材料中心,华盛顿大学分子工程与科学研究所,华盛顿大学纳米工程系统研究所,华盛顿大学清洁能源研究所,华盛顿,华盛顿研究基金会和美国空军科学研究办公室。 ——文章发布于2019年11月4日
  • 《精准制造:从微纳米迈向原子尺度》

    • 来源专题:能源情报网监测服务平台
    • 编译者:郭楷模
    • 发布时间:2025-01-10
    • 空天海地的网络建设,信息世界感知力、通信力以及智算力的建设,迫切需要高端、新型的硅基芯片。然而‘自上而下’的光刻技术制造方式已经接近物理极限。”在日前举行的香山科学会议上,中国科学院院士许宁生说,全球精准制造的竞争已从微纳米尺度迈向原子尺度,未来硅基芯片的发展水平将取决于大规模原子制造技术水平。 此次香山科学会议聚焦原子制造前沿科学问题。1纳米技术节点被视为硅基芯片制造加工技术的物理极限。晶体中相邻原子的距离大约几个埃(0.1纳米),如果能通过直接操控原子来制造芯片,将颠覆以现有光刻技术为基础的制造规则。 从石器时代走来,人类的制造技艺不断精进,正在走进能精准操控物质最基本单元——原子的时代。与会专家认为,在这个过程中,人类不仅将突破诸多制造极限,也将刷新对基础理论的认知。 有望突破芯片制造极限 当前的芯片制造采用“自上而下”的制造方式。这指的是一种从整块材料开始,通过逐层添加、移除或改变材料性质来构建复杂结构的方法,包括薄膜沉积、光刻胶涂敷、光刻显影、刻蚀、量测、清洗、离子注入等多个环节。 为了在单位面积内实现更多晶体管的布局,2011年,研究人员采用鳍式场效应晶体管技术,改变集成电路结构,突破芯片22纳米制程工艺。进入5纳米技术节点后,电子隧穿问题又催生了环绕式结构、垂直传输场效应晶体管等新的结构设计。 然而,随着加工精度不断提升,宏观方式的制造极限随之而来,仅通过结构的巧妙设计将难以满足人们对芯片计算能力日益增长的需求。尤其是随着生成式人工智能的发展,及其在各行各业的垂直落地,算力不足、计算成本过高等问题逐渐凸显。 “硅基芯片大规模原子制造技术的发展可能带来计算和智能技术的基础性变革。”许宁生认为,应在关键材料研制、微纳结构集成、核心加工制造检测等领域开展关键技术研究,推动实现硅基芯片的原子制造。 那么,什么样的材料适用于芯片等元器件的原子制造?复旦大学物理学系教授张远波介绍,国际上认为二维半导体是1纳米及以下节点的重要材料体系,也是唯一公认能够延续摩尔定律的材料。 二维材料具有独特的单分子层晶体结构,例如石墨烯是由碳原子组成的二维材料。“二维材料及器件有高载流子迁移率、丰富电学性能等特点,在1纳米的条件下仍能正常工作,有望突破传统半导体器件的极限。”张远波介绍,近年来,在二维材料的缺陷调控、应力调控、电荷调控、转角堆叠调控等方面,学界取得了巨大进步。例如,晶圆级的二维材料生长已经实现,基于二维半导体集成工艺也已经能够实现大部分硅基电路功能。 关键在于精准可控组装 尽管不少二维材料实现了较大规模的实验室生产,但二维材料仍难以根据需要“随心”构筑。与会专家认为,操纵二维材料和结构,进而构筑异质结构和器件,实现其性质与功能的人工设计与调控,仍是原子制造的核心科学问题。 “通过学习自然,开发先进制造技术,可以实现原子团簇或分子的精准可控组装与制造。”中国科学院院士刘云圻认为,信息技术微型化发展要求原子制造领域在结构、序列、取向、堆叠方式等方面从简单、无序、经验型向复杂、有序、智能型方向发展。 “更为神奇的是,在微观层面,如果将原子或分子按照我们想要的方式排列,就会获得千变万化的性能。”刘云圻说,这些性能是宏观制造难以获得的。需要深入认识微观分子的反应和组装规律,掌握材料的基本物理性质,进而构筑新型柔性微纳器件,以满足未来对人造智慧体制备的需要。 此外,二维材料制造时的实时在线检测,对其生长的严格控制也十分关键。国家纳米科学中心研究员谢黎明介绍,为了揭示相关二维材料的生长机制,团队研发了高温原位光学成像技术,可在化学气相沉积系统内植入高温显微成像镜头,实现950℃下1微米空间分辨率的二维材料生长实时成像,从而揭示二维材料的生长动力学与生长机制,获得其生长速率、扩散速率等关键参数。 工欲善其事,必先利其器。基于高分辨率的在线观测,以及离线的扫描透射电子显微镜成像数据,团队发展出液相边缘外延生长方法和设备,实现了二硫化钼的全单层生长。 中国科学院物理研究所研究员张广宇团队则基于高质量二维二硫化钼晶圆生长的基础,通过界面缓冲层控制的新策略,在工业兼容的C面蓝宝石衬底上成功外延生长出2英寸的单层二硫化钼单晶薄膜。相较于硅,二硫化钼具有更强的电子控制能力,被认为是制造下一代芯片的理想材料。 瞄准功能“定制”目标 如何使用大规模集成二维材料制备的晶体管,制备运算速度更快、更省电的芯片?这样的芯片究竟长什么样? 张广宇说,从操控原子出发形成最终产品,使其具备结构上的原子精准和功能上的“定制”,是继微纳制造之后的下一代制造技术。当前,原子尺度的相关产品处于萌芽阶段,更多技术路线正在不断研发中。 “后摩尔时代的计算机芯片需要在工艺和架构方面突破经典架构,其中兼容半导体工艺的固态量子计算芯片是一种有竞争力的技术路线。”西安交通大学材料学院自旋电子材料与量子器件研究中心教授潘毅介绍,由高度相干的全同量子点构成的量子比特是构成固态量子芯片的基本单元。 为了制造全同的人工量子点,潘毅团队与德国PDI研究所合作,利用扫描隧道显微镜进行原子操纵,在砷化铟表面构筑了多个全同性良好的人工量子点。这种方法有望成为未来固态量子计算所需的大规模耦合量子点阵列的重要制造方式。 与会专家表示,以定向自组装诱导图形化工艺技术、冷阴极并行电子束直写刻蚀装备技术、大规模扫描探针装备技术、X光光刻装备技术等为代表的加工技术也在不断完善和发展,为工业级别的大规模原子制造提供支撑。