Kirim karya bagus Anda di basis pengetahuan sederhana. Gunakan formulir di bawah ini

Mahasiswa, mahasiswa pascasarjana, ilmuwan muda yang menggunakan basis pengetahuan dalam studi dan pekerjaan mereka akan sangat berterima kasih kepada Anda.

tahun 2014

Topik: Polimer dan aplikasinya di abad ke-21

1. Polimer

1. Definisi molekul polikondensasi polimer

v Menurut definisi, polimer adalah senyawa dengan berat molekul tinggi yang mengandung monomer atau “unit monomer” dalam jumlah yang cukup.

v Dengan kata lain, polimer adalah rantai linier yang terdiri dari jumlah unit identik yang lebih besar (N>1). Misalnya, untuk polimer sintetik N ~ 102-104.

v Sebagai aturan, polimer adalah zat dengan berat molekul beberapa ribu hingga beberapa juta.

2. Produksi polimer pertama:

v Pada tahun 1867, ahli kimia Rusia Alexander Butlerov memperoleh polimer pertama - poliisobutilena yang sebelumnya tidak dikenal.

v Dan pada tahun 1910, Sergei Lebedev, juga seorang ahli kimia Rusia, mensintesis sampel pertama karet buatan ((CH3)2C=CH2)n

3. Reaksi untuk memperoleh polimer - polikondensasi dan polimerisasi:

v Pada dasarnya, semua polimer diperoleh dengan dua metode - reaksi polikondensasi dan polimerisasi.

v Molekul yang mengandung ikatan ganda (lebih sering ganda) masuk ke dalam reaksi polimerisasi. Reaksi semacam itu berlangsung dengan mekanisme adisi, semuanya dimulai dengan pemutusan ikatan rangkap (reaksi No. 1 - memperoleh polietilen):

v Jenis reaksi ini menghasilkan banyak polimer, termasuk kapron.

Di-host di http://www.allbest.ru/

tahun 2014

1. Klasifikasi polimer:

2. Struktur polimer:

3. Aplikasi:

v Karena sifatnya yang berharga, polimer digunakan dalam bidang teknik, industri tekstil, pertanian, dan obat-obatan. Otomotif dan pembuatan kapal, pembuatan pesawat terbang dan dalam kehidupan sehari-hari (tekstil dan produk kulit, piring, lem dan pernis, perhiasan dan barang-barang lainnya).

v Berdasarkan senyawa makromolekul, karet, serat, plastik, film dan pelapis cat diproduksi.

2. Polimer. Aplikasi di abad ke-21

v Ilmu pengetahuan tidak berdiri diam untuk waktu yang lama, dan selama periode waktu dari penemuan polimer hingga hari ini, banyak sekali modifikasi dari zat yang menakjubkan ini telah dibuat. Beberapa perkembangan terakhir adalah tiga polimer berikut, masing-masing dengan sifat unik.

1. "tanah liat pintar"

v Komponen utama dari plastisin tersebut adalah polydimethylsiloxane - (C2H6OSi) n. Polimer ini menggabungkan beberapa sifat yang tidak biasa. Jadi, tergantung pada kondisi lingkungan yang berbeda, ia berperilaku berbeda: saat istirahat, ia menyebar seperti cairan, dengan dampak mekanis yang tajam ia pecah berkeping-keping seperti benda padat.

v "Plastisin Cerdas" diperoleh secara tidak sengaja, penemunya mencampur minyak silikon dengan asam borat dengan harapan mendapatkan jenis karet baru, tetapi massa lengketnya ternyata tidak seperti itu.

2. Hidrogel

v Hidrogel - adalah butiran padat, zat polimer yang mampu meningkatkan volume lebih dari sepuluh kali lipat dalam beberapa jam. Yang dibutuhkan hanyalah air, butiran akan membengkak, menjadi lunak seperti lilin, ketika air menguap, mereka akan menyusut dan mengeras lagi. Zat semacam itu disebut penyerap super, mereka tidak hanya menyerap air dalam jumlah besar, polimer yang membengkak menyimpannya di dalam dengan molekulnya sendiri.

v Ketika pelarut diserap oleh polimer, kumparan diregangkan, mis. dalam keadaan awal, koil polimer terkompresi menyerap pelarut, seperti air, dan dimasukkan ke dalam koil.

v Prinsip ini juga mendasari eko-tanah, hidrogel yang digunakan dalam pertanian. Biasanya, saat menyiram tanaman, sebagian besar air masuk ke lapisan tanah yang lebih dalam. Hidrogel yang ditambahkan ke tanah tidak memungkinkannya mengalir melalui jari-jari, bahkan jika tanaman berakar melalui butiran, air tidak akan mengalir keluar darinya.

v Karena molekul air tertanam di dalam rantai polimer hidrogel, tidak ada aliran air yang diamati selama penghancuran fisik hidrogel, dan sistem mempertahankan sifat yang sama seperti sebelum penghancuran.

v Contoh paling mencolok dari karya super-absorbent adalah popok sekali pakai anak-anak, bahkan yang belum pernah menjumpainya pun tahu cara kerjanya. Konstruksi multi-layer mengandung polimer penyerap cairan yang sama dengan spons. Hidrogel, zat serupa dari popok, juga mampu melakukan pekerjaan yang lebih serius, misalnya, di industri minyak.

v Ada masalah serius dalam produksi minyak untuk waktu yang lama. Saat memompa keluar, untuk setiap ton "emas hitam" ada tiga ton air. Sejumlah besar uang dihabiskan untuk membersihkan minyak dari cairan berlebih. Untuk waktu yang lama, para ilmuwan telah mencari cara untuk memisahkan minyak dari air sebelum memasuki pipa, solusinya ditemukan di laboratorium Universitas Negeri Moskow.

v Cairan polimer dipompa ke dalam sumur minyak dan berperilaku berbeda tergantung pada apakah sumur melewati reservoir air atau melalui reservoir minyak.

v Prinsip pengoperasiannya cukup sederhana. Begitu berada di dalam sumur, cairan polimer bereaksi berbeda terhadap minyak dan air, tidak bereaksi dengan "emas hitam", tetapi ketika polimer bertemu air dalam perjalanannya, ia segera menyerapnya. Gel yang bengkak menyumbat lapisan air dan tidak membiarkannya keluar. Ekspansi hidrogel menciptakan tekanan tambahan pada minyak, yang menyebabkannya diperas dalam keadaan bersih.

3. "Obat pintar

v Beberapa polimer memiliki kemampuan untuk merespon perubahan lingkungan eksternal, sehingga "plastisin pintar" berubah warna tergantung pada suhu. Dalam air dingin, warnanya menjadi gelap, jika dipindahkan ke air suhu kamar, ia kembali ke warna aslinya. Ketika suhu berubah, kerapatan kumparan berubah, mis. semakin rendah suhu, semakin kecil volume kumparan, dan dengan demikian, ketika suhu turun, pewarna diperas, dan ketika ditarik, pewarna ditarik ke dalam kumparan, yang menyebabkan perubahan warna.

v Polimer memeras cat seperti air spons, tetapi bagaimana jika pewarna diganti dengan obat, apakah polimer dapat memberikan dosis obat yang tepat dengan cara yang terkendali? Ada obat transportasi terarah dalam organisme hidup, masalah ini, yang sedang dipecahkan dan yang perlu dipecahkan, sedang diperjuangkan dengan cukup serius.

v Sebagian besar obat terbuang sia-sia. Tablet tidak tahu bagaimana menemukan organ yang sakit, setelah larut di perut, itu akan menyebar ke seluruh tubuh melalui darah, tidak lebih dari 10% obat akan mencapai tempat yang tepat. Idealnya, obat harus langsung masuk ke organ yang sakit dan tidak menimbulkan efek samping.

v "Polimer pintar" tidak hanya dapat merespons suhu, tetapi juga peka terhadap setiap perubahan di lingkungan yang akan memprogramnya. Kita tahu bahwa cedera disertai dengan pengasaman; lingkungan menjadi asam, tetapi helium ini dibuat, sehingga ketika diasamkan, menyusut sedikit dan menggantikan obat yang disuntikkan ke dalamnya.

v Berdasarkan gel polimer, obat unik telah dibuat - hidrogel penyembuhan luka. Hidrogel terdiri dari delapan komponen yang dicampur dalam air suling dalam urutan tertentu. Pada skala industri, setiap komponen ditambahkan pada interval waktu tertentu; selama reaksi, zat ini menciptakan struktur polimer yang stabil, di mana obat kemudian ditambahkan.

v Gel adalah kendaraan yang mengandung obat dalam mikrokapsul, juga disebut "gel pintar" - karena, terlepas dari orang yang menggunakannya, ia mencari dan menemukan lesi dan memberikan bantuan. Sebagai bagian dari hidrogel, bukan hanya satu tetapi beberapa obat sekaligus, sekali pada luka, polimer memberi mereka secara bergantian, tergantung pada apa yang dibutuhkan tubuh untuk membius atau memulai proses penyembuhan, obat dikirim ke luka secara bertahap dan untuk waktu yang lama, dan kemudian bisa dicuci dengan air. Sebelum pekerjaan ini, tidak ada yang seperti itu di Rusia.

v Cangkang kapsul (tablet) bekerja dengan prinsip yang sama, terbuat dari polimer khusus, bertanggung jawab tidak hanya untuk pengiriman obat ke tujuan yang dimaksudkan, tetapi juga untuk pelepasan dosis obat tertentu selama jangka waktu yang lama.

Bibliografi

1. en.wikipedia.org

2. http://www.sigmapluss.ru/umniipolimer.php

3. http://www.kation-msk.ru/ru/press/article/15_8.html

4. http://xn--e1aogju.xn--p1ai/

5. http://www.km.ru/referats/7FA5CF33809646779974A80FDAD7A6CC

Diselenggarakan di Allbest.ru

...

Dokumen serupa

Pembentukan senyawa makromolekul dari molekul monomer sederhana dalam proses polimerisasi dan reaksi polikondensasi. Proses polikondensasi adalah proses bertahap di mana produk yang dihasilkan berinteraksi satu sama lain. Rantai molekul.

abstrak, ditambahkan 28/01/2009


Studi tentang konsep dan struktur polimer, klasifikasinya berdasarkan asal, bentuk molekul, secara alami. Karakteristik metode utama untuk memperoleh - polikondensasi dan polimerisasi. Plastik dan serat. Penggunaan polimer dalam kedokteran dan konstruksi.

presentasi, ditambahkan 10/12/2015


Implementasi praktis polimerisasi emulsi dan kopolimerisasi monomer akrilik, laju reaksi dan kinetika, faktor yang mempengaruhi. Metode pembuatan awal emulsi pekat, pembentukan mikroemulsi dan analisis dispersinya.

artikel, ditambahkan 22/02/2010


Klasifikasi reaksi polikondensasi, kedalaman jalannya, persamaan Carothers. Pengaruh berbagai faktor pada berat molekul dan hasil polimer selama polikondensasi. Metode reaksi. Polimer diperoleh dengan reaksi polikondensasi.

tes, ditambahkan 19/09/2013


Polietilena adalah senyawa dengan berat molekul tinggi, suatu polimer etilena; produk padat putih, tahan terhadap minyak, aseton, bensin dan pelarut lainnya. Lingkup polietilen. Lingkup pipa polietilen dan keunggulan utamanya.

abstrak, ditambahkan 27/10/2010


Konsep umum polimer. Proses mendapatkan senyawa makromolekul. Bahan dan perangkat biokompatibel. Polimer organik, organoelemen, anorganik. polimer organik alami. Penggunaan bioadhesives dalam terapi non-invasif.

abstrak, ditambahkan 23/04/2013


Apa itu polimer dan ciri-ciri perkembangan ilmu polimer. Deskripsi perbedaan sifat-sifat senyawa dengan berat molekul tinggi dan rendah. Sejarah perkembangan produksi polimer. Proses teknologi pembentukan, produksi dan distribusi polimer.

abstrak, ditambahkan 12/06/2011


Pembentukan senyawa molekul tinggi dari molekul monomer selama polimerisasi, reaksi polikondensasi. Proses polikondensasi adalah proses bertahap di mana produk yang dihasilkan berinteraksi satu sama lain. polimerisasi katalitik.

abstrak, ditambahkan 28/01/2009


Polimer sebagai zat organik dan anorganik, amorf dan kristal. Fitur struktur molekulnya. Sejarah istilah "polimeria" dan artinya. Klasifikasi senyawa polimer, contoh jenisnya. Aplikasi dalam kehidupan sehari-hari dan industri.

presentasi, ditambahkan 11/10/2010


Klasifikasi, struktur polimer, aplikasinya dalam berbagai industri dan kehidupan sehari-hari. Reaksi pembentukan polimer dari monomer adalah polimerisasi. Formula untuk mendapatkan polipropilen. Reaksi polikondensasi Mendapatkan pati atau selulosa.

Polimer polar dicirikan oleh adanya dipol permanen dalam strukturnya. Jika konformasi polimer difiksasi secara kaku, momen molekul yang dihasilkan akan ditentukan oleh apakah momen masing-masing segmen ditambahkan atau dikurangi. Secara umum, molekul polimer tidak berada dalam satu konformasi tetap, dan nilai eksperimen, momen dipol rms, adalah rata-rata pada banyak konformasi yang berbeda.

Untuk polimer polar, permitivitas ditentukan tidak hanya oleh elektronik tetapi juga oleh polarisasi resonansi dan relaksasi. Waktu karakteristik untuk pembentukan polarisasi resonansi tergantung pada suhu dan 10-13 -10-12 s. Waktu pembentukan polarisasi relaksasi tergantung pada suhu dan bervariasi menurut banyak urutan besarnya. Oleh karena itu, permitivitas polimer polar menurun dengan frekuensi dan tergantung secara kompleks pada suhu.

Untuk polimer polar, yang memiliki permitivitas lebih tinggi daripada yang nonpolar, polarisasi molar menurun dengan meningkatnya suhu. Relasi (1.5) dalam hal ini ditransformasikan ke dalam bentuk

di mana komponen tensor deformasi polarisasi molekul, adalah konstanta (menghasilkan) momen dipol molekul, adalah konstanta Boltzmann, adalah suhu. Persamaan (1.6) sering disebut persamaan Debye untuk polarisasi molar.

Momen dipol kelompok atom pada dasarnya bergantung pada jenis ikatan kimianya dengan molekul tempat mereka masuk. Kebutuhan untuk mempertimbangkan interaksi lokal yang kuat antara molekul dan lingkungannya dan, sebagai konsekuensinya,

memesan, pengenalan koefisien korelasi diperhitungkan, didefinisikan sebagai:

di mana adalah jumlah molekul terdekat dalam sistem, adalah sudut antara molekul di titik referensi dan tetangga terdekatnya. Dengan mempertimbangkan koefisien korelasi dan beberapa perbaikan lain yang dibuat oleh Fröhlich, hasil akhirnya adalah persamaan berikut (disebut persamaan Fröhlich), yang menghubungkan permitivitas makroskopik dengan momen dipol molekul:

di mana adalah indeks bias cahaya dalam dielektrik yang diberikan.

Dalam semua polimer polar, dua jenis kehilangan relaksasi dibedakan: segmen dipol dan grup dipol. Jenis pertama adalah karena pergerakan segmen makromolekul skala besar, yang dapat direpresentasikan sebagai getaran lentur dari rantai molekul utama. Jenis kehilangan kedua dikaitkan dengan rotasi kelompok kutub kecil yang terkandung di cabang samping makromolekul. Beberapa daerah dipol-gugus loss maxima (β, , ) diamati ketika polimer memiliki gugus polar dengan mobilitas yang berbeda. Perhatikan bahwa beberapa mobilitas kelompok kutub dipertahankan hingga suhu helium.

Ketika polaritas polimer meningkat, kerugian dielektrik karena konduktivitas listrik meningkat. Mereka diamati pada suhu tinggi pada frekuensi rendah dan meningkat secara eksponensial dengan meningkatnya suhu.

ikatan antara konduktor dan komponen sirkuit di berbagai chip elektronik, memungkinkan mereka untuk meningkatkan kecepatannya.

Polimida dianggap dalam mikroelektronika modern sebagai salah satu bahan isolasi yang paling menjanjikan. Polimer ini memiliki sifat termal, mekanik dan listrik yang baik, yang dapat ditingkatkan lebih lanjut jika konstanta dielektriknya berkurang. Salah satu polimida aromatik paling sederhana memiliki rumus struktur berikut:

Untuk mengurangi konstanta dielektrik polimida, diusulkan untuk mengganti beberapa atom hidrogen dengan atom fluor, karena polarisasi ikatan C–F kurang dari ikatan C–H. sangat polar, yang, bagaimanapun, tidak mempengaruhi permitivitas pada frekuensi tinggi, tetapi dapat menyebabkan peningkatan pada frekuensi rendah. Namun, polimida biasanya digunakan pada suhu di bawah suhu transisi gelas, sehingga polarisasi orientasi sulit dan tidak memberikan kontribusi nyata dalam rentang frekuensi operasi. Selain itu, penggunaan substitusi simetris membantu menghindari momen dipol yang dihasilkan:

Penggunaan polimida terfluorinasi memungkinkan untuk mengurangi konstanta dielektrik dari 3,4 menjadi 2,8.

Cara lain untuk mengurangi konstanta dielektrik adalah dengan meningkatkan fraksi volume bebas1 dalam bahan polimer. Peningkatan volume bebas menyebabkan penurunan jumlah kelompok terpolarisasi per satuan volume, sehingga mengurangi konstanta dielektrik polimer. Perkiraan menunjukkan bahwa metode ini memungkinkan untuk mengurangi nilai permitivitas beberapa puluh persen relatif terhadap nilai awal.

Secara umum, dengan mempertimbangkan kedua metode tersebut, dapat disimpulkan bahwa ketika membuat struktur molekul dengan permitivitas rendah, pengaturan volume bebas sama pentingnya dengan pemilihan gugus fungsi dengan polarisasi rendah.

Seiring dengan pembuatan dielektrik polimer dengan konstanta dielektrik yang rendah, masalah lain telah menjadi mendesak dalam beberapa tahun terakhir - pembuatan bahan dielektrik polimer film tipis dengan nilai konstanta dielektrik yang sangat tinggi. Mereka seharusnya digunakan sebagai lapisan dielektrik gerbang dalam transistor efek medan organik (OPT). Sejumlah persyaratan khusus dikenakan pada dielektrik gerbang OPT. Lapisan ini harus memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, konduktivitas dan kehilangan yang rendah, dan ketebalannya tidak boleh melebihi beberapa ratus nanometer. Saat ini, lapisan tipis oksida anorganik, seperti SiO2, Ta2 O5, Al2 O3, dan sejumlah lainnya, banyak digunakan sebagai lapisan dielektrik gerbang dalam pembuatan OPT. Permitivitas oksida ini kira-kira 6 - 30 pada ketebalan lapisan 5 sampai 500 nm.

1 Volume bebas dalam polimer adalah volume tambahan yang ditempati oleh atom, berdasarkan jari-jari van der Waals mereka, volume.

Masalah transisi dari oksida anorganik ke lapisan dielektrik polimer dikaitkan dengan kebutuhan untuk menyederhanakan teknologi pembuatan OPT, karena penerapan teknologi "printer"1 untuk pembuatan OPT dengan dielektrik oksida sulit dilakukan.

Dielektrik polimer polar harus dianggap sebagai bahan yang menjanjikan yang dapat digunakan untuk tujuan ini. Yang menarik adalah dielektrik polimer yang molekulnya mengandung gugus polar dengan momen dipol yang besar. Perwakilan khas dari kelas dielektrik polimer ini adalah polivinil alkohol sian eter (CEPS). Rumus struktur unit monomer CEPS memiliki bentuk

CEPS dicirikan oleh salah satu nilai konstanta dielektrik tertinggi di antara bahan polimer yang diketahui. Nilai dari polimer ini pada frekuensi sekitar 103 Hz adalah

15, dan tgδ tidak melebihi 0,1 - 0,15.

Permitivitas CEPS yang begitu signifikan disebabkan oleh adanya nitril (CN) yang sangat polar,

gugus bonil (C=O) dan hidroksil (OH) yang mampu berorientasi di bawah aksi medan listrik eksternal (Gbr. 1.12). Dengan orientasi yang menguntungkan dari kelompok-kelompok ini, nilai maksimum momen dipol sama dengan 5,13 D diberikan, tetapi rata-rata total

1 Teknologi manufaktur "printer" OPT didasarkan pada metode pencetakan inkjet, serta metode pencetakan pencetakan kontak mikro dan pencetakan transfer termal.

momen dipol unit monomer (dengan mempertimbangkan koefisien korelasi g = 0,84) adalah 3,63 D.

Beras. 1.12. Momen dipol yang signifikan dari unit monomer CEPS muncul sebagai akibat dari orientasi gugus kutub

Dielektrik polimer banyak digunakan di berbagai perangkat elektronik. Dalam elektronik organik, mereka paling sering digunakan dalam bentuk film tipis, oleh karena itu, bahkan pada tegangan operasi yang relatif rendah, kekuatan medan listrik di dalamnya mencapai nilai yang signifikan. Memang, dalam film setebal 100 nm, ketika terkena tegangan 10 V, kekuatan medan rata-rata sudah 106 V/s, tetapi di wilayah lokal polimer, misalnya, pada batas amorf atau kristal daerah atau pada antarmuka elektroda-polimer, secara signifikan dapat melebihi nilai ini. Dengan demikian, masalah yang terkait dengan kekuatan listrik film polimer tipis dan kinerjanya dalam medan listrik yang kuat adalah sangat penting.

Sampai saat ini, telah ditetapkan bahwa penghancuran listrik film bukanlah peristiwa kritis yang terjadi ketika kekuatan medan tertentu tercapai. Masa hidup mereka dalam medan listrik (daya tahan) berkurang secara eksponensial dengan peningkatan intensitasnya. Pemusnahan listrik oleh

film polimer dapat dilihat sebagai proses yang terdiri dari dua tahap berturut-turut. Pada tahap pertama (persiapan), akumulasi kerusakan makromolekul yang diprakarsai oleh medan listrik terjadi. Durasi tahap ini menentukan daya tahan sampel film dalam medan listrik (waktu dari saat tegangan diterapkan ke polimer hingga rusak). Pada tahap kedua (akhir), dielektrik polimer kehilangan kemampuannya untuk menahan aliran arus berdensitas tinggi, peningkatan tajamnya diamati, mis., terjadi gangguan listrik.

Kekuatan listrik film dari banyak polimer dipelajari pada tegangan konstan, bolak-balik, dan berdenyut. Studi yang dilakukan menunjukkan bahwa pemecahan film tipis polimer

tipe pribadi terjadi di medan dengan intensitas (2–6) 108 V/m.

Nilai ini praktis tidak berbeda dari kekuatan medan, di mana, dalam kondisi pelepasan sebagian terbatas, film polimer yang lebih tebal menerobos.

Faktor penting yang sangat menentukan pendekatan yang digunakan untuk mempertimbangkan mekanisme kerusakan listrik struktur polimer film tipis adalah ketergantungan kehidupan listrik mereka pada kekuatan medan dan pengaruh laju kenaikan tegangan dan bahan elektroda pada kekuatan kerusakan.

Pengaruh kuat medan listrik yang diamati pada daya tahan dan laju kenaikan tegangan pada kekuatan tembus tampaknya menjadi fakta yang sangat penting, karena dapat dianggap sebagai indikasi bahwa penghancuran listrik film polimer tipis memang hasil dari akumulasi bertahap kerusakan (perubahan) yang berpuncak pada kerusakan. Selama proses ini, kondisi dibuat di mana, pada titik waktu tertentu, di bawah pengaruh medan listrik yang kuat, dielektrik polimer kehilangan "dielektriknya".

properties” dan mampu melewati arus yang signifikan, yang menyebabkan kehancurannya (kerusakan) karena pelepasan panas.

Degradasi bahan polimer dalam medan listrik terjadi karena pemutusan ikatan kimia dalam molekul polimer, pelepasan energi selama rekombinasi muatan, dan pelepasan panas selama aliran arus berdensitas tinggi.

1.6. POLIMER DENGAN KONDUKTIVITAS SENDIRI

Perbedaan utama antara dielektrik polimer dan polimer dengan konduktivitas elektronik intrinsik adalah bahwa yang pertama tidak mengandung ikatan kimia terkonjugasi seperti yang terakhir.

Di antara berbagai polimer konduktor, sesuai dengan klasifikasi yang diusulkan oleh A.V. Vannikov, berdasarkan karakteristik pengangkutan pembawa muatan, kelompok-kelompok berikut dapat dibedakan secara konvensional.

1. Konduktivitas ditentukan oleh pengangkutan pembawa muatan sepanjang rantai polikonjugasi polimer. Perwakilan khas dari kelompok polimer ini adalah poliasetilen berorientasi, politiofena, polipirol.

2. Pembawa muatan bergerak di sepanjang rantai polikonjugasi polimer, tetapi transpor total ditentukan oleh lompatan pembawa muatan di antara rantai polimer. Kelompok besar ini mencakup banyak turunan dari polyphenylene vinylene, polymethylphenylsilylene, dan lain-lain. Perlu dicatat di sini bahwa transfer muatan antarmolekul sangat menghambat transportasi, sehingga mobilitas pembawa muatan dalam polimer tersebut secara signifikan lebih rendah daripada mobilitas intramolekul.

3. Pusat transportasi lokal terletak di rantai utama polimer, yang tidak memiliki polikonjugasi, misalnya, polimida yang mengandung kelompok transpor trifenilamina atau antrasena dalam rantai utama.

4. Pusat transportasi lokal adalah substituen samping dari tulang punggung polimer. Ini termasuk polivinilkarbazol, poliepoksipropilkarbazol, polivinil antrasena, dll.

5. Yang terakhir, kelompok yang paling luas mencakup polimer yang didoping dengan senyawa aktif berbobot molekul rendah. Dalam senyawa seperti itu, matriks polimerlah yang biasanya menentukan sifat fisik-mekanik dan spektral sistem.

Mekanisme konduksi polimer milik kelompok 2-5 melompat dan dikaitkan dengan transfer pembawa muatan melalui pusat transportasi. Berdasarkan sifatnya dan keteraturan yang diamati, ini mirip dengan mekanisme mobilitas melompat. Tergantung pada sifat polimer, mobilitas di dalamnya dapat berupa elektron atau lubang.

Transportasi lubang dilakukan melalui pusat transportasi yang memiliki potensi ionisasi minimum. Biasanya ini adalah gugus atau senyawa amina aromatik. Transpor lubang dikaitkan dengan lompatan elektron dari orbital molekul terisi tertinggi (tingkat HOMO) dari pusat transpor netral ke orbital molekul dari pusat transpor bermuatan positif di sekitarnya.

Transpor elektron terjadi melalui pusat transpor yang ditandai dengan afinitas elektron maksimum. Paling sering, kelompok yang mengandung oksigen bertindak sebagai pusat tersebut. Sebuah elektron dari orbital molekul pusat bermuatan negatif bergerak ke orbital bebas terendah (tingkat LUMO) dari pusat transpor netral tetangga.

daya konduksi,

Nama rumus struktur

poliasetilen 10 4

polifenilen 10 3

polipirol 10 3

politiofen 10 3

polianilin 10 2

Beras. 1.13. Rumus struktur polimer konduktor

Konduktivitas listrik polimer yang termasuk dalam kelompok pertama ditentukan oleh konduktivitas listrik rantai polimer. Polimer ini adalah polimer dengan konduktivitas gelap yang tinggi. Rumus struktural dan konduktivitas spesifik dari beberapa di antaranya disajikan pada gambar. 1.13.

-/a 0 /a

Beras. 1.14. Plot ketergantungan energi pada vektor gelombang elektron dalam rantai linier monoatomik (a) dan kerapatan keadaan g (E)

untuk rantai ini (b). Keadaan yang ditempati oleh elektron pada T = 0 diarsir

FLASHBACK SEJARAH
Polimer dengan konduktivitas listrik yang tinggi, pseudometalik dan sifat semikonduktor diperoleh pada awal tahun 1960-an. Contoh klasik dari kelas polimer ini adalah poliasetilen. Karena ikatan kimia polikonjugasi, konduktivitas listriknya dapat diubah pada rentang yang luas baik selama sintesis (dengan mengendalikan panjang rantai polimer) dan di bawah pengaruh medan (termal, elektromagnetik, radiasi pengion), yang mengarah ke perubahan yang sesuai baik primer struktur polimer (struktur penataan ulang), atau untuk mengubah derajat polimerisasinya. Polimer konduktor banyak digunakan untuk pembuatan elektroda untuk sumber arus kimia (polianilin), pengontrol suhu otomatis dan penstabil tegangan (poliakrilonitril), sebagai elektrolit kapasitor (garam polipirol), dll. Penemuan dan studi tentang efek fotokonduktivitas dalam polinitril, poliftalosianin, polifenil, dan polifenilenvinilen mengarah pada pembentukan fotodetektor berdasarkan mereka, dan "sensitivitas" yang tinggi dari karakteristik spektral polimer terhadap struktur awal dan komponen polimer memungkinkannya untuk membuat perangkat dengan jangkauan spektral yang luas. Benar, demi keadilan, harus diakui bahwa hasil kuantum pendaran mereka tidak melebihi beberapa persen. Pada 1980-an, sebagai hasil studi tentang polimer konduktif dengan orientasi rantai polimer tingkat tinggi dalam sampel massal (yang memungkinkan untuk menggunakan karakteristik struktur makromolekul kuasi-satu-dimensi), polimer kuasi-kristalin bahan dengan anisotropi tinggi karakteristik listrik diperoleh. Mobilitas pembawa muatan di dalamnya mencapai 5000–6000 cm2/Vs.
Keragaman struktur sistem polimer dan kemungkinan modifikasinya memberi para peneliti pilihan karakteristik material yang paling luas. Hal ini tentu saja mendorong mereka untuk mencoba mengimplementasikan perangkat elektronik aktif berbasis bahan polimer. Pekerjaan itu dilakukan berdasarkan teori perangkat semikonduktor, prinsip-prinsip fisik dan teknologi pembentukannya, yang dikembangkan dengan cukup baik pada saat itu. Pada saat yang sama, dalam sistem polimer (molekul), keadaan energi pembawa pada tingkat orbital molekul tertinggi dan terendah yang tidak terisi bertindak sebagai analog dari tingkat Fermi, dan analog dari proses doping, yang mengarah pada perubahan posisi tingkat Fermi, adalah operasi substitusi kimia, menyebabkan perubahan potensial ionisasi dan afinitas elektron. Dengan mengubah struktur primer polimer, seseorang dapat mengatur tingkat orbital molekul dan, akibatnya, lebar celah pitanya. Melanjutkan pertimbangan analogi, kami menunjukkan bahwa sistem polimer linier dengan ikatan terkonjugasi dapat digunakan sebagai interkoneksi.
Setelah penyimpangan sejarah singkat, mari kita pertimbangkan "promosi" polimer di dunia perangkat elektronik modern.

LED ORGANIK DENGAN KECERAHAN TINGGI
Light-emitting diodes (LEDs) adalah perangkat elektronik pertama yang berbasis polimer. Sekarang sudah dapat dianggap bahwa perkembangan praktis telah mencapai tingkat yang memungkinkan untuk beralih ke produksi industri LED organik, dan tugas hari ini adalah membuat perangkat dengan luminositas tinggi. Sejumlah penelitian di bidang ini dalam berbagai cara mengarah pada desain dan opsi teknologi yang optimal, yang disebut "dioda pemancar cahaya organik transparan" (Transparan Organic Light Emitting Diode - TOLED, Gbr. 1). Prinsip operasinya sangat sederhana dan terdiri dari pembangkitan radiasi oleh molekul polimer di bawah aksi medan listrik sebagai hasil rekombinasi pembawa di lapisan electroluminescent. Secara struktural, LED harus dirancang sedemikian rupa sehingga elektroda transparan, lapisan transfer lubang, lapisan electroluminescent dan pandu gelombang setransparan mungkin, dan lapisan transfer elektron dan elektroda negatif memberikan interferensi maksimum dan refleksi specular radiasi. Untuk meningkatkan kontribusi radiasi yang dipantulkan dalam beberapa desain LED, elektroda negatif diberi bentuk yang sesuai (misalnya, cermin parabola cekung) dan elemen optik berdasarkan lensa Fresnel yang dibentuk di lapisan plastik diperkenalkan.
Saat ini, bahan organik baru untuk LED sedang dipelajari secara aktif. Jadi, polimer konduktor dengan intensitas radiasi maksimum pada rasio para- dan metamodifikasi 2:1 diperoleh di perusahaan Fujitsu berdasarkan kopolimer para- dan metabutadiena. Polimer berbasis tiofena konduktif digunakan sebagai lapisan lubang injeksi, yang memungkinkan untuk mengurangi tegangan operasi LED pada arus tinggi. Elektroda positif yang terbuat dari paduan Mg-In sangat stabil dan memberikan injeksi elektron tingkat tinggi. Elektroda timah oksida indium negatif diendapkan pada substrat kaca.
Di masa depan, perusahaan berencana untuk menggunakan LED organik ini dengan transistor film tipis polisilikon untuk membuat tampilan yang mampu mereproduksi gambar "hidup". Layar ini akan memiliki kecerahan tinggi dan sudut pandang lebar, dan akan jauh lebih murah daripada LCD AM saat ini.

SISTEM TAMPILAN
Sampai saat ini, LED berdasarkan senyawa organik hanya digunakan di ponsel dan jam tangan, karena ada masalah teknologi yang signifikan dalam mempertahankan sifat LED saat membentuk matriks. Perkembangan teknologi “suhu rendah” telah menghilangkan hambatan ini. Intensitas pekerjaan dan rentang tugas yang harus diselesaikan pada pembuatan indikator datar dan tampilan berdasarkan bahan organik dibuktikan dengan penelitian di bidang mendapatkan LED warna yang dapat disetel dengan struktur vertikal (Universitas Princeton) dan tampilan EL organik berwarna untuk TV yang dipasang di dinding dan sistem multimedia seluler (perusahaan Idemitsu Kosan) , serta untuk menguasai produksi percontohan LED polimer berdasarkan teknologi Cambridge Display Technology (Uniax) dan produksi LCD pada substrat plastik (Ricon). Efisiensi bercahaya LED organik modern dan perangkat tampilan informasi berdasarkan pada mereka adalah 10–60 lm/W, kecerahan emisi cahaya mencapai 50.000 cd/m2, dan masa pakai 10 ribu jam (pada kecerahan 150 cd/m2 ).
Pencapaian utama tahun 90-an adalah pengembangan LED biru organik, yang memungkinkan untuk beralih ke pembuatan layar penuh warna berdasarkan triad RGB. Salah satu masalah teknologi utama dalam hal ini adalah efek merusak dari pemrosesan teknologi selama pembentukan satu set LED (elemen pertama dari set terpengaruh secara kimia ketika elemen kedua terbentuk, dan dua elemen pertama dipengaruhi oleh proses pembuatan elemen ketiga dari himpunan). Kehadiran bahkan kontaminasi kimia kecil (terutama dengan logam alkali) dapat menyebabkan degradasi yang signifikan dari sifat bahan electroluminescent dan menyebabkan perubahan signifikan dalam intensitas luminescence dan karakteristik spektral, dan memperpendek umur perangkat. Teknologi masking untuk melindungi lapisan dalam produksi berurutan elemen triad pasti mengarah pada batasan dalam resolusi tampilan.
Masalah ini telah berhasil dipecahkan dengan beralih ke teknologi tanpa topeng untuk membuat struktur tiga dimensi daripada struktur planar. Menurut teknologi ini, elemen triad dibuat dalam bentuk piramida tiga atau empat sisi, dibentuk dengan menekan substrat plastik. Pada permukaan tertentu dari semua piramida matriks, bahan organik diendapkan oleh deposisi uap terarah, memberikan radiasi satu warna. Substrat kemudian diputar melalui sudut yang sesuai (120° atau 90°) dan bahan dengan warna cahaya berikutnya diendapkan. Pada permukaan keempat, lapisan salah satu warna dengan kecerahan yang dikurangi terbentuk, yang memungkinkan perluasan gamut warna yang direproduksi oleh layar, serta menstabilkan keseimbangan putih selama pengoperasian. Desain ini memberikan peningkatan resolusi hampir tiga kali lipat. Lapisan polimer dengan piramida dan lubang kontak diendapkan di atas matriks aktif yang menangani sirkuit transistor efek medan film tipis (TFT) yang dibuat bersama dengan tonjolan pada substrat kaca. Semua komponen rute teknologi telah dikerjakan, dan para pengembang berharap dapat menghasilkan tampilan yang cukup murah dengan kinerja tinggi.
Yang tidak diragukan lagi adalah perkembangan tampilan organik ultra tipis. Massachusetts Institute of Technology telah mengembangkan teknologi untuk memproduksi tampilan pada lapisan plastik setebal 100 mikron, yang dapat dipelintir menjadi gulungan dengan radius 5 mm tanpa mengubah sifat-sifatnya. Gambar terbentuk dalam lapisan pasta elektroforesis yang diterapkan pada kisi elektroda pada substrat polimer fleksibel. Pasta terdiri dari mikrokapsul yang mengandung mikropartikel putih (titanium dioksida - komponen standar putih konvensional) dan hitam (campuran pewarna organik) yang tersuspensi dalam polietilen cair. Cangkang kapsul mengalami perlakuan khusus untuk memastikan transparansinya. Ukuran kapsul rata-rata adalah sekitar 50 mikron. Sebuah grid elektroda transparan diterapkan di atas lapisan pasta. Ketika tegangan satu polaritas diterapkan, partikel putih bermuatan negatif bergerak ke atas kapsul dan memblokir partikel hitam. Akibatnya, kapsul menjadi putih. Ketika polaritas dibalik, partikel putih bergerak ke bagian bawah kapsul, dan warnanya menjadi hitam. Resolusi tampilan seperti itu menentukan jarak kisi elektroda, dan sudah untuk sampel pertama sebanding dengan nilai standar untuk printer laser. Konsumsi daya layar dengan diagonal layar 30 cm adalah 12 mW, durasi pemutaran informasi saat tegangan dilepas tidak dibatasi (sampai pengalamatan baru). Gambar dapat diubah lebih dari 107 kali tanpa penurunan kinerja. Atas dasar konstruksi seperti itu, dimungkinkan untuk membuat "kertas elektronik".
Xerox mengumumkan persiapan mesin fotokopi berdasarkan "kertas elektronik" - tampilan ultra-tipis yang dibuat menggunakan teknologi Gyricon, yang melibatkan penggunaan rongga minyak dengan bola plastik. Ketika tegangan diterapkan, bola diorientasikan relatif terhadap permukaan dengan sisi hitam atau putih. Dua baterai AA sudah cukup untuk mereproduksi gambar. Koreksi dan pembaruan informasi diperbolehkan. Satu-satunya kelemahan tampilan adalah kebutuhan untuk melindungi dari gangguan listrik, khususnya dari listrik statis. "Kertas elektronik", sama seperti kertas biasa, ringan, fleksibel, mudah dibaca dari berbagai sudut pandang. Selain itu, ia memiliki sifat baru seperti kemampuan untuk memperbarui informasi beberapa ribu kali dan menggunakan penunjuk elektronik. Menurut spesialis Xerox, harga kertas semacam itu tidak akan melebihi 25 sen per lembar A4.

TRANSISTOR FILM TIPIS ORGANIK
Dalam pembuatan tampilan, pembentukan gabungan TFT dengan teknologi tradisional dan LED organik sulit dilakukan karena proses suhu tinggi yang menyebabkan degradasi sifat bahan organik. TFT berdasarkan bahan organik dapat dibuat pada suhu yang lebih rendah dan, pada saat yang sama, substrat plastik murah dapat digunakan sebagai pengganti substrat kaca yang mahal, yang secara signifikan akan mengurangi biaya keseluruhan produk. Perkembangan teknologi TFT organik membuka peluang besar untuk menciptakan tampilan ultra-ringan dan ultra-datar dengan fleksibilitas dan kekuatan tinggi. Memecahkan masalah teknologi untuk mendapatkan TFT berdasarkan bahan organik akan memungkinkan untuk memproduksi semua elemen tampilan menggunakan proses teknologi serupa, yang akan mengurangi biaya produksi dan mengurangi heterogenitas peralatan yang digunakan. Menurut karakteristiknya, TFT organik modern tidak kalah dengan yang standar pada film silikon amorf. Struktur khas TPT organik ditunjukkan pada Gbr.2.
Sebuah prototipe TFT pada pentacene dengan panjang dan lebar gerbang masing-masing 5 dan 500 m, dan ketebalan dielektrik gerbang 140 nm memiliki tegangan ambang 10 V dan mobilitas drift saturasi 1,7 cm2/Vs (hasil rekor untuk organik transistor). Untuk mengurangi arus bocor antara TFT individu, topologi Corbino tertentu digunakan, di mana elektroda sumber membentuk cincin tertutup di sekitar wilayah aktif TFT, di tengahnya elektroda pembuangan berada. Dengan desain ini, gerbang mengontrol semua arus yang mengalir dari saluran pembuangan ke sumber, yang memberikan rasio arus on-to-off ~108, serta arus bocor rendah (arus off-state mendekati tingkat kebisingan ).
Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa masalah teknologi pembentukan perangkat tampilan informasi yang sepenuhnya dari bahan organik telah diselesaikan saat ini.

OPTOELEKTRONIK DAN TEKNOLOGI LASER
Kemajuan dalam pembuatan LED organik dan sistem tampilan informasi juga merangsang pengembangan perangkat dengan eksitasi listrik berdasarkan polimer organik, salah satu bahan yang paling menjanjikan untuk pembuatan jenis baru sirkuit terpadu optoelektronik. Keuntungan utama dari IC tersebut adalah biaya rendah dan teknologi yang agak sederhana, cocok untuk menguasai produksi massal. Penelitian di bidang ini dilakukan oleh banyak perusahaan di Amerika Serikat, Jerman, Austria dan Italia. Dan hari ini, panduan cahaya polimer industri sudah digunakan dalam sirkuit optoelektronik hibrida standar.
Lebih dari selusin polimer dengan sifat semikonduktor yang cocok untuk generasi laser di seluruh rentang yang terlihat telah dipelajari. Yang menarik bagi pengembang adalah polimer terkonjugasi dengan rantai samping, karena rantai sampinglah yang menentukan lebar pita energi, mis. panjang gelombang radiasi. Karena tingginya kepunahan radiasi yang dihasilkan (film dengan ketebalan hanya 0,1 m menyerap 90% radiasi), ketergantungan yang lemah dari efisiensi kuantum fotoluminesensi pada jumlah polimer aktif dalam resonator, dan pergeseran energi yang besar antara spektrum penyerapan dan emisi (yang membuatnya mudah untuk mencapai inversi populasi), polimer terkonjugasi bahkan pada ketebalan kecil, mereka cocok untuk pembentukan media laser aktif. Kelarutan yang tinggi dari polimer terkonjugasi dengan rantai samping dalam pelarut organik umum sangat menyederhanakan teknologi pengendapan dan pembentukan struktur topologi film berlapis yang diperlukan, termasuk metode tradisional fotolitografi yang dikembangkan dengan baik dalam mikroelektronika.
Salah satu masalah paling serius dalam fabrikasi perangkat dengan eksitasi listrik pada film polimer adalah kepadatan tinggi arus ambang generasi (~ 1 kAChcm2). Ini diselesaikan dengan memperkenalkan umpan balik terdistribusi dan reflektor Bragg terdistribusi (DRB) untuk meningkatkan faktor kualitas resonator. ROB melakukan fungsi cermin resonator. Ini dibentuk oleh lapisan polimer bolak-balik dengan berbagai ketebalan dengan nilai indeks bias rendah dan tinggi. Karena panjang resonator bervariasi tergantung pada panjang gelombang radiasi, ROB dengan struktur serupa dapat mendukung pembangkitan multimode.
Contoh keberhasilan penggunaan polimer dalam teknologi laser adalah laser bahan organik tereksitasi listrik pertama dari Lucent Technologies, yang cocok untuk produksi industri. Itu dibuat pada kristal tetrasena, molekul yang mengandung empat cincin benzena. Struktur medan (saluran lebar 25 m dan panjang 200-400 m) terbentuk pada lapisan tetrasen setebal 1-10 m, diperoleh dengan deposisi uap pada substrat dielektrik dalam aliran gas inert. Lapisan aluminium oksida dengan ketebalan 0,15 m digunakan sebagai dielektrik, dan elektroda kontrol terbuat dari seng oksida yang didoping aluminium. Strukturnya adalah pandu gelombang multimode planar dengan total kerugian internal ~100 cm-2. Resonator laser dibentuk oleh pembelahan kristal tetrasena dengan pembentukan faset dengan koefisien refleksi ~8%. Pada kepadatan tinggi arus injeksi di resonator, penyaluran radiasi pada panjang gelombang 575,7 nm diamati dengan amplifikasi selama operasi dalam mode multimode. Pada suhu kamar, laser dioperasikan dalam mode berdenyut, dan pada 200 K, dalam mode gelombang kontinu. Dengan penurunan kerugian refleksi karena pengenalan umpan balik terdistribusi dan ROB, operasi dalam mode kontinu dan pada suhu kamar dimungkinkan. Keuntungan dari laser adalah kemungkinan penyetelan frekuensi, karena spektrum emisi tetrasena cukup luas.
Laser berdasarkan bahan organik jauh lebih murah daripada yang semikonduktor, dan berbagai pilihan bahan memungkinkan untuk mencakup rentang spektral yang signifikan. Aman untuk memprediksi bahwa laser semacam itu akan menemukan aplikasi luas dalam memori optik dan printer laser dalam waktu dekat.

PENGEMBANGAN INDUSTRI TEKNOLOGI POLIMER
Terlepas dari semua heterogenitas bahan polimer yang digunakan, sebagian besar operasi untuk membuat perangkat dan elemen struktural serupa dalam struktur dan sebagian besar dapat disatukan. Operasi ini, pertama-tama, mencakup proses pengendapan (deposisi) lapisan polimer dan proses pembentukan. Telah ditunjukkan di atas bahwa untuk sebagian besar bahan film tipis dan film tebal, proses pengendapan uap, sablon dan litografi (untuk komposisi yang dapat larut) dapat digunakan.
Pendekatan revolusioner untuk pengembangan teknologi untuk produksi massal perangkat elektronik berdasarkan film organik ditunjukkan oleh perusahaan Rolltronics California. Menurut teknologinya, yang disebut roll-to-roll (dari koil ke koil), koil besar dengan plastik fleksibel digunakan dalam siklus produksi konveyor, yang memainkan peran substrat perangkat masa depan (Gbr. 3). Panjang pita plastik lebih dari 300 m, dan lebarnya bisa melebihi 1 m Aplikasi berurutan dan pembentukan lapisan dilakukan di ruang pemrosesan khusus yang memastikan penerapan seluruh siklus teknologi. Pengembang percaya bahwa mereka akan dapat membentuk struktur pada suhu tidak lebih tinggi dari 100-125°C, yang akan memungkinkan penggunaan sebagian besar bahan polimer modern.
Bersama dengan Iowa Thin Film Technologies, Rolltronics berencana untuk menugaskan jalur produksi roll-to-roll pada akhir tahun 2001. Elemen utama dari desain masa depan, transistor film tipis, dipilih sebagai "tes pena". Selain TFT, perusahaan bermaksud untuk memproduksi sirkuit memori, perangkat daya dan elemen tampilan, serta semua komponen buku elektronik dan kertas elektronik. Teknologi roll-to-roll cocok untuk membentuk layar datar, pencahayaan LED dan panel informasi, sel surya, perangkat optoelektronik, dan laser semikonduktor. Perwakilan perusahaan menyebut teknologi ini sebagai terobosan ke masa depan, menekankan efisiensi dan produktivitasnya yang sangat tinggi, yang akan memungkinkan transisi ke produksi massal jenis perangkat elektronik baru dan secara dramatis mengurangi biayanya.

PROSPEK PENGEMBANGAN
Prinsip fisika yang digunakan dan teknologi "elektronik polimer" adalah langkah alami pertama menuju elektronik molekuler. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa, berbeda dengan elektronik solid-state klasik, di mana sifat-sifat benda kristal dipertimbangkan dan struktur aktif terbentuk dalam volumenya, dalam hal penggunaan polimer, perlu untuk mempertimbangkan sifat-sifat molekul. Dalam transisi ke elektronik molekuler sejati, ketika molekul individu sudah bertindak sebagai elemen aktif, tugas utamanya adalah memilih metode teknologi untuk dampak titik (lokal) pada molekul dan mengubah struktur kimia utamanya. Secara alami, jika alat teknologi tidak mampu secara lokal memodifikasi sistem molekuler awal pada tingkat atom, metode pembangunan sendiri dan pengaturan sendiri harus dikembangkan, seperti yang terjadi di alam dalam siklus hidup virus dan bakteriofag. Dalam pendekatan pertama, ini termasuk metode Langmuir-Blodgett untuk memperoleh film lapisan tunggal atau metode lapisan tunggal oligomer rakitan pada substrat logam (Lapisan tunggal rakitan - SAM). Metode ini dapat secara kondisional, dengan analogi dengan teknologi perangkat solid-state, dikaitkan dengan epitaksi "lapisan tunggal".
Salah satu opsi untuk transisi ke elektronik molekuler adalah teknologi "hibrida", ketika "elemen molekul" digunakan menggunakan metode elektronik klasik. Contoh dari teknologi gabungan tersebut adalah penggunaan konstruktif nanotube karbon yang diusulkan oleh IBM untuk membuat transistor yang 500 kali lebih kecil dari perangkat silikon modern. Selain itu, tanpa adanya oksigen, mereka mampu menahan pemanasan hingga 1000 °C.
Cara modern untuk modifikasi dan kontrol struktur atom - mikroskop gaya atom (AFM) dan pemindaian terowongan mikroskop (STM) - dapat memenuhi persyaratan teknologi di tingkat atom. Namun sayangnya, baik AFM maupun STM merupakan metode sekuensial dengan performa yang tidak terlalu tinggi, dan dalam waktu dekat hanya akan digunakan sebagai alat laboratorium. Namun demikian, dengan bantuan AFM dan STM perangkat elektronik molekuler pertama kali berhasil dibuat. Metode ini juga memungkinkan untuk memecahkan masalah paling sulit dalam merakit perangkat elektronik molekuler - pembentukan kontak. Model teoretis metode AFM dan STM untuk pembentukan dan pengukuran struktur masih dikembangkan, dan lebih banyak penemuan dapat diharapkan di sini. Namun, penerapan metode elektronika molekuler yang cocok untuk pengembangan industri adalah masalah masa depan.

KESIMPULAN
Semua hal di atas menunjukkan bahwa elektronik berada di ambang revolusi "polimer". Dalam tiga hingga lima tahun ke depan, elektronik dapat "mencetak" sebagai wallpaper. "Wallpaper" plastik semacam itu akan digunakan untuk membuat layar dan tampilan penuh warna, baterai surya dan panel pencahayaan LED putih, kertas elektronik, dan banyak lagi. Produk elektronik baru berdasarkan bahan polimer, yang akan muncul dalam dekade berikutnya, akan merevolusi kondisi pengoperasian peralatan elektronik, memperluas kemungkinan teknologi informasi, dan menciptakan prasyarat untuk transisi ke prinsip-prinsip baru organisasi, pendidikan, kehidupan, dan hiburan. . Tugas elektronik Rusia adalah untuk tidak "melewatkan" terobosan ini dan terlibat dalam pengembangan elektronik polimer dengan cara yang layak.

literatur
Dunia Fokus Laser, 2001, v.37, no.3, hlm. 41–44.
Semikonduktor Internasional, 2000, v.23, no.8, hal.46.
Semikonduktor Internasional, 2001, v.24, no.6, p.50.
Semikonduktor Internasional, 2001, v.24, no.8, hal.40.
Teknologi Solid State, 2000, v.43, no.3, hlm. 63–77.
Photonics Spectra 2000, v.34, no.5, hal.44.
Jurnal American Chemical Society, 2000, v.122, no.2, hlm. 339–347.
Teknologi elektronik asing, 2000, edisi 1, hlm. 66–72.

Artikel untuk kompetisi "bio/mol/teks": Para ilmuwan telah lama bermimpi mengubah hewan dan tumbuhan menjadi cyborg yang dikendalikan oleh sinyal listrik, dan mereka mencoba melakukannya dengan berbagai cara. Jadi, sekitar 10 tahun yang lalu, bidang ilmiah baru muncul - bioelektronik organik - di mana polimer konduktif elektrik bertindak sebagai perantara antara makhluk hidup dan komputer. Remote control warna daun mawar, neuron buatan dan pengobatan titik nyeri - hasil pertama dari aliansi rangkap tiga ini sudah mengesankan.

Sponsor Nominasi - .

Sponsor umum kompetisi, menurut crowdfunding kami, adalah seorang pengusaha Konstantin Sinyushin, yang sangat dia hormati sebagai manusia!

Penghargaan Pilihan Pemirsa disponsori oleh Atlas.

Sponsor publikasi artikel ini adalah Andrey Alexandrovich Kiselev.

Semua organisme hidup adalah sedikit robot atau komputer. Hanya alih-alih listrik biasa - elektron mengalir melalui kabel ke outlet dan kembali - kita dikendalikan oleh impuls saraf, aliran molekul bermuatan yang disebut ion. Dan "tombol" di sirkuit listrik hidup ditekan bukan oleh jari, tetapi oleh zat khusus - neurotransmiter. Ketika konsentrasi mereka melebihi batas tertentu, rantai reaksi biokimia dimulai di membran sel neuron, yang berakhir dengan eksitasi impuls saraf.

Sekarang para ilmuwan mencoba untuk "menikahkan" komputer di dalam diri kita dengan sirkuit mikro silikon yang sudah dikenal: antarmuka otak-komputer sudah tahu bagaimana mengenali aktivitas sel saraf dan mengubahnya menjadi perintah yang berarti untuk elektronik. Jadi, dengan menggunakan kekuatan pikiran, Anda bisa memainkan game sederhana, menggerakkan lengan palsu robotik, atau bahkan mengendalikan quadrocopter. Namun, semua perangkat ini masih mengalami kesalahan dan ketidakakuratan - tidak mudah untuk melintasi arus elektronik dan ionik dalam satu perangkat.

"Penerjemah" dari bahasa hidup ke bahasa sirkuit mikro dapat berupa polimer konduktif listrik yang menghantarkan kedua jenis arus secara bersamaan (Gbr. 1). Ditemukan pada tahun 70-an abad terakhir, bahan-bahan ini dipelajari secara aktif oleh banyak ilmuwan: mereka digunakan untuk membuat transistor, sel surya, dioda pemancar cahaya organik (OLED) dan perangkat elektronik organik lainnya.

Gambar 1. Skema representasi organik ( di sebelah kanan) dan anorganik ( kiri) semikonduktor yang kontak dengan elektrolit. Ukuran ion bermuatan jauh lebih besar daripada jarak antara atom dalam semikonduktor anorganik, dan oleh karena itu konduksi ion dalam bahan ini tidak mungkin. Pada saat yang sama, ukuran karakteristik rongga antara rantai makromolekul polimer terkonjugasi sebanding dengan ukuran ion terhidrasi, dan oleh karena itu konduktivitas ionik dimungkinkan dalam kelas senyawa ini.

Sekarang keuntungan dari polimer konduktif elektrik - fleksibilitas, kesederhanaan dan variabilitas sintesis, serta biokompatibilitas dan konduktivitas ionik - mencoba menggunakan bioelektronik organik - bidang ilmu material yang sangat muda, yang sudah memiliki sesuatu untuk dibanggakan.

Diagnosis dari dalam

Pengoperasian banyak antarmuka otak-komputer didasarkan pada perekaman EEG: topi dengan elektroda dipasang di kepala seseorang, di mana, di bawah pengaruh arus ionik yang mengalir di otak, arus elektronik mereka sendiri muncul. Dalam makalah tahun 2013, para ilmuwan dari Prancis mengusulkan penggunaan transistor elektrokimia organik untuk tujuan yang sama.

Transistor semikonduktor biasa adalah komponen utama dari semua rangkaian logika listrik, semacam tombol elektronik dengan tiga kontak. Arus yang relatif besar yang mengalir di dalamnya dari satu pin ke pin lainnya dapat dikontrol oleh sinyal kecil (lebih sedikit arus atau tegangan dalam kasus FET) yang diterapkan ke pin ketiga. Dengan merakit banyak transistor dalam satu rangkaian, dimungkinkan untuk memperkuat, melemahkan, dan mengubah sinyal listrik apa pun atau, dengan kata lain, memproses informasi.

Transistor organik bekerja dengan cara yang sama, yang dengannya para peneliti telah mencatat aktivitas epilepsi pada tikus laboratorium hidup. Pin kontrol ketiga di transistor ini terbuat dari polimer konduktif dan disuntikkan langsung ke otak hewan pengerat. Polimer mengubah strukturnya (dan, sebagai akibatnya, konduktivitasnya) bersama dengan fluktuasi aktivitas listrik sel saraf, dan sebagai akibatnya, bahkan perubahan karakteristik kecil dalam arus ion di otak "cyborg" menyebabkan perubahan nyata pada arus yang mengalir dari kontak input transistor ke output (Gbr. 2). ).

Gambar 2. in vivo pendaftaran aktivitas listrik otak menggunakan transistor organik. Merah Jambu warna menunjukkan ketergantungan yang diambil dengan bantuan transistor elektrokimia organik, biru- elektroda plastik, hitam- elektroda logam. Harap dicatat bahwa dua elektroda terakhir mendaftarkan sinyal listrik dengan lompatan potensial, dan transistor - oleh lompatan arus dalam saluran konduktif elektrik.

Dalam percobaan mereka, Prancis menunjukkan bahwa transistor organik memungkinkan untuk merekam aktivitas listrik otak jauh lebih akurat daripada rekan-rekan anorganik modern mereka. Dalam percobaan kelompok ilmiah lainnya, transistor organik berhasil digunakan untuk mengambil EKG atau, misalnya, menentukan konsentrasi asam laktat, glukosa, dan biomolekul lainnya.

neuron plastik

Saat ini, penyakit neurologis dan psikiatri diobati terutama dengan bantuan obat-obatan, tetapi bisa sangat sulit untuk memilih dosisnya, mengantarkan obat secara tepat ke sel-sel tertentu dan pada saat yang sama memperhitungkan efek sampingnya pada berbagai proses dalam tubuh. . Sebuah tim besar ilmuwan Swedia dari beberapa institut mengusulkan untuk memecahkan masalah ini menggunakan polimer konduktif elektrik yang sama, atau lebih tepatnya, menggunakan perangkat bioelektronik organik lainnya - pompa ion elektronik organik yang mampu memompa ion dari satu media ke media lainnya.

Dalam pekerjaan mereka, para peneliti mempelajari tikus laboratorium, di mana mereka pertama kali menyebabkan nyeri neuropatik (penyebabnya bukanlah stimulus eksternal, tetapi kerja neuron yang terganggu itu sendiri), dan kemudian mengobatinya dengan bantuan suntikan neurotransmitter. GABA (asam gamma-aminobutirat), yang mengurangi iritasi pada sistem saraf pusat. Sebuah pompa organik mini (panjang sekitar 12 cm dan diameter 6 mm) disuntikkan ke sumsum tulang belakang tikus, dan reservoirnya diisi dengan GABA (Gbr. 3). Dengan penerapan tegangan listrik eksternal, molekul GABA mulai keluar melalui empat saluran polimer penghantar ion ke ruang antar sel (video 1).

Gambar 3. Pompa elektrokimia organik implan. A - foto perangkat, B - representasi skematis perangkat, di sebelah kiri - kontak listrik, di tengah - reservoir dengan GABA, di sebelah kanan - saluran ekskresi. Panjang total perangkat adalah 120 mm, diameter tangki adalah 6 mm. C - empat outlet elektrokimia organik terletak di titik-titik di mana cabang-cabang saraf siatik memasuki sumsum tulang belakang.

Video 1. Pompa ion organoelektronik

Akibatnya, rasa sakit menghilang pada tikus (ini diperiksa menggunakan tes taktil: benang elastis dengan berbagai kekakuan dibawa ke kaki tikus dan dipantau mulai dari tekanan apa hewan itu akan menarik kaki), dan tidak ada efek samping. diamati. Dengan semua metode lain untuk mengobati nyeri neuropatik dengan GABA, obat disuntikkan ke sumsum tulang belakang dengan dosis tinggi, yang didistribusikan ke seluruh sistem saraf dan, selain menekan rasa sakit, menyebabkan gangguan berjalan, lesu, dan efek samping lainnya. .

Sejalan dengan pekerjaan ini, kelompok peneliti yang sama membuat neuron buatan berbasis polimer pertama. Di dalamnya, pompa ion dikombinasikan dengan biosensor yang sensitif terhadap asam glutamat(neurotransmitter rangsang yang paling umum) dan asetilkolin(neurotransmiter yang mentransmisikan sinyal dari neuron ke jaringan otot). Misalnya, dalam salah satu percobaan, neuron "plastik" memantau tingkat glutamat dalam cawan Petri, dan ketika ambang batas tertentu terlampaui, arus tereksitasi di dalamnya, yang membuka reservoir pompa ion yang melepaskan asetilkolin. ke dalam lingkungan.

Kerja neuron buatan sangat mirip dengan cara kerja neuron asli: impuls saraf dieksitasi di salah satunya dan mengalir melalui seluruh sel ke tempat kontak dengan neuron lain, asam glutamat dilepaskan di sana, yang, seolah-olah , menekan tombol dan menggairahkan neuron berikutnya (Gbr. 4) . Jadi, di sepanjang rantai neuron, impuls mencapai sel otot, yang sudah dieksitasi bukan oleh asam glutamat, tetapi oleh asetilkolin. Neuron plastik yang dibuat oleh orang Swedia mungkin mengulangi tindakan ini dan mengirimkan sinyal ke sel lain. Dalam percobaan, ini adalah sel neuroblastoma SH-SY5Y, yang aktivasinya dipantau oleh peningkatan karakteristik konsentrasi ion pada pengikatan reseptor asetilkolin.

Gambar 4. Skema untuk mengubah sinyal kimia menjadi sinyal listrik dan kembali dalam neuron polimer buatan identik dengan skema operasi neuron hidup. Biosensor ( diwakili dalam warna hijau) berespon terhadap peningkatan konsentrasi satu neurotransmitter ( titik oranye), yang menghasilkan aliran elektron yang menggairahkan pompa elektrokimia organik ( diwakili dengan warna biru) melepaskan neurotransmitter lain ( titik-titik biru).

Dari mawar elektronik hingga energi paling hijau

Penelitian pada tikus, tikus, dan hewan laboratorium lainnya harus dikoordinasikan dengan komisi etik, dan oleh karena itu eksperimen paling berani dalam bioelektronik organik lebih mudah dilakukan pada tanaman. Jadi, pada akhir tahun 2015, grup Swedia yang sama membuat cyborg pertama naik. Benar, dia masih tidak tahu bagaimana melakukan sesuatu yang spektakuler - tidak membuka dengan menyentuh tombol di panel kontrol, atau mengubah warnanya tergantung pada kelembaban lingkungan, atau menangkap dunia, tetapi para peneliti masih berhasil untuk melakukan sesuatu yang menarik.

Pada percobaan pertama, bunga mawar yang dipotong ditempatkan dalam air dengan polimer konduktif listrik terlarut, yang mengangkat batang dan membentuk saluran konduktif di mawar. Selanjutnya, para ilmuwan membawa kontak listrik ke ujung saluran dan memasukkan elektroda kontrol ke dalam pegangan - kawat emas yang dilapisi dengan polimer konduktif. Jadi semacam transistor organik akan berada di dalam mawar. Pada saat yang sama, beberapa elektroda kontrol dapat dihubungkan ke satu saluran sekaligus dan rangkaian logika sederhana dapat dibuat, di mana arus mengalir hanya ketika tegangan kontrol tertentu diterapkan pada kedua kabel emas.

Dalam percobaan kedua, larutan berair dari polimer konduktif listrik lainnya, yang dapat berubah warna ketika tegangan eksternal diterapkan, dipompa ke daun mawar menggunakan jarum suntik. Elektroda dibawa ke daun, arus dihidupkan dan - voila: urat daun memperoleh warna hijau kebiruan. Polimer yang disuntikkan ke dalamnya yang berubah dari tidak berwarna menjadi biru (video 2). Pada saat yang sama, ketika ketegangan dihilangkan, daun kembali menjadi warna hijau yang sehat.

Jadi para ilmuwan telah menunjukkan bahwa dengan bantuan teknik sederhana di dalam tanaman, Anda dapat membuat sirkuit elektronik sederhana. Di masa depan, ini akan memungkinkan kita untuk mengontrol fisiologi mereka dan, misalnya, mencapai hasil yang lebih tinggi tanpa modifikasi genetik, atau bahkan membuat pembangkit listrik kecil menggunakan energi fotosintesis. Tentu saja, kedengarannya terlalu mahal untuk saat ini, tetapi suatu hari nanti teknologi bioelektronik organik akan memungkinkan kontrol titik demi titik dari setiap tanaman, dan bukan seluruh populasi sekaligus.

Bioelektronik masa depan

Eksperimen pertama telah menunjukkan bahwa perangkat bioelektronik organik cukup mampu menerima, mentransmisikan, dan memproses sinyal bioelektrik. Apa berikutnya? Sekarang mereka telah belajar bagaimana membuat bahan polimer biokompatibel dan biodegradable, dan oleh karena itu setiap organisme hidup benar-benar dapat diisi dengan chip berdasarkan mereka. Yang tersisa hanyalah mengajari mereka cara mengirimkan informasi secara nirkabel, dan di dalam tubuh manusia dimungkinkan untuk membuat jaringan sensor lokal yang terus-menerus memantau berbagai indikator medis seperti kadar glukosa, detak jantung, dan aktivitas listrik neuron terpilih, dan kemudian mengirimkan sinyal mereka ke robot medis implan berdasarkan sensor ionik yang sama, pompa sehingga mereka mulai menangani masalah tersebut.

Jika Anda sama sekali tidak menyukai gagasan menjadi cyborg seperti itu, Anda cukup menelan pil dengan sirkuit mikro fleksibel bawaan - berdasarkan keasaman, suhu, dan konsentrasi berbagai zat, itu akan menghitung dengan tepat di mana harus melepaskan obat, dan, setelah melakukan perbuatan baik, itu hanya akan dicerna di dalam diri kita seperti sepotong gula.

pengantar

Pada tahun 1965, pada awal era komputer, Gordon Moore, direktur penelitian di Fairchild Semiconductors, meramalkan bahwa jumlah transistor pada sebuah chip akan berlipat ganda setiap tahun. Sudah 35 tahun dan Hukum Moore masih berlaku. Benar, seiring waktu, praktik produksi mikroelektronika membuat sedikit perubahan padanya: hari ini diyakini bahwa penggandaan jumlah transistor terjadi setiap 18 bulan. Perlambatan pertumbuhan ini disebabkan oleh kompleksitas arsitektur microchip. Namun, untuk teknologi silikon, prediksi Moore tidak dapat bertahan selamanya.

Tetapi ada batasan mendasar lainnya pada "hukum Moore". Peningkatan kepadatan elemen pada chip dicapai dengan mengurangi ukurannya. Bahkan saat ini, jarak antar elemen prosesor bisa 0,13x10 -6 meter (yang disebut teknologi 0,13 mikron). Ketika ukuran transistor dan jarak di antara mereka mencapai beberapa puluh nanometer, apa yang disebut efek ukuran akan mulai berlaku - fenomena fisik yang sepenuhnya mengganggu pengoperasian perangkat silikon tradisional. Selain itu, dengan penurunan ketebalan dielektrik pada transistor efek medan, kemungkinan elektron melewatinya meningkat, yang juga mencegah pengoperasian normal perangkat.

Cara lain untuk meningkatkan kinerja adalah dengan menggunakan semikonduktor lain sebagai pengganti silikon, seperti galium arsenida (GaAs). Karena mobilitas elektron yang lebih tinggi dalam bahan ini, dimungkinkan untuk meningkatkan kecepatan perangkat dengan urutan besarnya. Namun, teknologi berdasarkan galium arsenida jauh lebih rumit daripada teknologi silikon. Oleh karena itu, meskipun dana yang cukup besar telah diinvestasikan dalam studi GaAs selama dua dekade terakhir, sirkuit terpadu berdasarkan itu digunakan terutama di bidang militer. Di sini, biaya tinggi mereka diimbangi oleh konsumsi daya yang rendah, kecepatan tinggi, dan ketahanan radiasi. Namun, pengembangan perangkat berdasarkan GaAs tetap tunduk pada batasan karena prinsip fisik dasar dan teknologi manufaktur.

Itulah sebabnya saat ini para ahli di berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi mencari cara alternatif untuk pengembangan mikroelektronika lebih lanjut. Salah satu cara untuk memecahkan masalah yang ditawarkan oleh elektronik molekuler.

ELEKTRONIKA MOLEKULER - TEKNOLOGI MASA DEPAN.

Kemungkinan penggunaan material molekuler dan molekul individu sebagai elemen aktif elektronika telah lama menarik perhatian para peneliti di berbagai bidang ilmu pengetahuan. Namun, baru-baru ini, ketika batas-batas kemungkinan potensial teknologi semikonduktor menjadi nyata secara praktis, minat pada ideologi molekuler untuk membangun elemen dasar elektronik telah pindah ke arus utama penelitian yang aktif dan terarah, yang saat ini telah menjadi salah satu bidang ilmiah dan teknis elektronik yang paling penting dan menjanjikan.

Prospek lebih lanjut untuk pengembangan elektronik dikaitkan dengan penciptaan perangkat yang menggunakan fenomena kuantum, di mana akun sudah masuk ke unit elektron. Baru-baru ini, studi teoretis dan eksperimental dari struktur dimensi rendah yang dibuat secara artifisial telah dilakukan secara luas; lapisan kuantum, kabel dan titik. Diharapkan bahwa fenomena kuantum spesifik yang diamati dalam sistem ini dapat menjadi dasar untuk penciptaan jenis perangkat elektronik baru yang fundamental.

Transisi ke tingkat kuantum tidak diragukan lagi merupakan tahap baru yang penting dalam pengembangan elektronika, karena memungkinkan Anda untuk bekerja dengan hampir satu elektron dan membuat elemen memori di mana satu elektron dapat sesuai dengan satu bit informasi. Namun, penciptaan struktur kuantum buatan adalah tugas teknologi yang sangat sulit. Baru-baru ini, menjadi jelas bahwa penerapan struktur semacam itu dikaitkan dengan kesulitan teknologi yang hebat bahkan ketika membuat elemen tunggal, dan kesulitan yang tidak dapat diatasi muncul saat membuat chip dengan jutaan elemen. Jalan keluar dari situasi ini, menurut banyak peneliti, adalah transisi ke teknologi baru - elektronik molekuler.

Kemungkinan mendasar menggunakan molekul individu sebagai elemen aktif mikroelektronika diungkapkan oleh Feynman pada tahun 1957. Kemudian, ia menunjukkan bahwa hukum mekanika kuantum bukanlah halangan untuk penciptaan perangkat elektronik berukuran atom, selama kerapatan perekaman informasi tidak melebihi 1 bit/atom. Namun, hanya dengan munculnya karya Carter dan Aviram mulai berbicara tentang elektronik molekuler sebagai bidang interdisipliner baru, termasuk fisika, kimia, mikroelektronika dan ilmu komputer, dan bertujuan untuk mentransfer mikroelektronika ke basis elemen baru - perangkat elektronik molekuler.

Ini jelas menunjukkan analogi dengan sejarah pengembangan perangkat waktu presisi, yang telah beralih dari kronometer mekanis menggunakan berbagai jenis pendulum, melalui jam kuarsa berdasarkan resonansi keadaan padat, dan akhirnya, hari ini jam paling akurat menggunakan efek intramolekul dalam amonia. molekul, dll. Elektronik berkembang dengan cara yang sama, telah beralih dari relai elektromagnetik mekanis dan tabung vakum ke transistor solid-state dan sirkuit mikro, dan hari ini telah mencapai ambang batas yang melampaui bidang teknologi molekuler.

Bukan kebetulan bahwa perhatian utama difokuskan pada sistem molekuler. Pertama, molekul adalah struktur kuantum ideal yang terdiri dari atom individu, pergerakan elektron sepanjang yang ditentukan oleh hukum kimia kuantum dan merupakan batas alami miniaturisasi. Fitur lain yang tidak kalah pentingnya dari teknologi molekuler adalah bahwa penciptaan struktur kuantum semacam itu sangat difasilitasi oleh fakta bahwa penciptaannya didasarkan pada prinsip perakitan sendiri. Kemampuan atom dan molekul dalam kondisi tertentu untuk bergabung secara spontan ke dalam formasi molekul yang telah ditentukan sebelumnya adalah sarana untuk mengatur struktur kuantum mikroskopis; operasi dengan molekul menentukan cara penciptaan mereka. Ini adalah sintesis sistem molekuler yang merupakan tindakan pertama perakitan sendiri perangkat yang sesuai. Ini mencapai identitas ansambel yang dirakit dan, karenanya, identitas dimensi elemen dan, dengan demikian, keandalan dan efisiensi jalannya proses kuantum dan fungsi perangkat molekuler.

Sejak awal pengembangan pendekatan molekuler dalam mikroelektronika, pertanyaan tentang prinsip-prinsip fisik fungsi perangkat elektronik molekuler tetap terbuka. Oleh karena itu, upaya utama difokuskan pada pencarian mereka, dengan perhatian utama diberikan pada molekul tunggal atau ansambel molekul. Meskipun banyak pekerjaan ke arah ini, implementasi praktis perangkat molekuler masih jauh dari selesai. Salah satu alasannya adalah bahwa, terutama pada periode awal pembentukan elektronika molekuler, penekanan kuat ditempatkan pada pekerjaan molekul individu, pencarian dan penciptaan molekul bistabil yang meniru sifat pemicu. Tentu saja, pendekatan ini sangat menarik dalam hal miniaturisasi, tetapi hanya menyisakan sedikit kemungkinan perangkat elektronik molekuler dapat dibuat dalam waktu dekat.

Pengembangan pendekatan baru dalam mikroelektronika membutuhkan solusi dari sejumlah masalah di tiga bidang utama: pengembangan prinsip-prinsip fisik untuk fungsi perangkat elektronik; sintesis molekul baru yang mampu menyimpan, mentransmisikan, dan mengubah informasi; pengembangan metode untuk mengatur molekul menjadi ansambel supramolekul atau perangkat elektronik molekuler.

Saat ini, pencarian intensif sedang dilakukan untuk konsep pengembangan elektronik molekuler dan prinsip-prinsip fungsi fisik, dan fondasi untuk membangun elemen dasar sedang dikembangkan. Elektronik molekuler menjadi bidang ilmu interdisipliner baru yang menggabungkan fisika keadaan padat, fisika molekuler, kimia organik dan anorganik dan bertujuan untuk mentransfer perangkat elektronik ke basis elemen baru. Untuk menyelesaikan tugas yang ditetapkan dan memusatkan upaya para peneliti yang bekerja di berbagai bidang pengetahuan, pusat elektronik molekuler, laboratorium bersama sedang dibuat di semua negara industri, konferensi dan seminar internasional diadakan.

Sekarang, dan tampaknya, dan dalam waktu dekat, sulit untuk berbicara tentang pembuatan perangkat elektronik molekuler yang beroperasi berdasarkan fungsi molekul tunggal, tetapi kita benar-benar dapat berbicara tentang penggunaan sistem molekul di mana efek intramolekul memiliki manifestasi makroskopik. Bahan seperti itu bisa disebut "bahan cerdas". Tahap menciptakan "bahan cerdas", mis. tahap elektronik molekuler fungsional, periode alami dan perlu dalam pengembangan elektronik, adalah tahap yang pasti dalam transisi dari semikonduktor ke teknologi molekuler. Tetapi ada kemungkinan bahwa periode ini akan lebih lama dari yang kita pikirkan sekarang. Tampaknya lebih realistis, terutama pada tahap awal pengembangan elektronik molekuler, untuk menggunakan sifat makroskopik sistem molekuler, yang akan ditentukan oleh reorganisasi struktural yang terjadi pada tingkat ansambel molekul individu. Prinsip fisik fungsi perangkat elektronik tersebut harus menghilangkan batasan dimensi, setidaknya hingga ukuran formasi molekul besar. Dari sudut pandang elektronik dan kemungkinan potensial untuk memasang perangkat molekuler dengan rekan semikonduktornya, akan lebih baik untuk menangani sistem molekuler yang mengubah konduktivitas elektroniknya di bawah pengaruh eksternal, terutama di bawah pengaruh medan listrik.

Ide-ide elektronik molekuler tidak direduksi menjadi penggantian sederhana transistor semikonduktor dengan transistor molekuler, meskipun masalah khusus ini juga akan terpecahkan. Namun, tujuan utamanya adalah menciptakan sistem molekuler kompleks yang secara simultan menerapkan beberapa efek berbeda yang melakukan tugas kompleks. Adalah wajar, pertama-tama, untuk memasukkan tugas menciptakan elemen memori universal sebagai bagian terpenting dari perangkat komputasi informasi di antara tugas-tugas jenis ini. Tampaknya sangat jelas bahwa potensi elektronik molekuler akan terungkap lebih luas ketika membuat jaringan saraf yang terdiri dari neuron dan sinapsis elektroaktif yang menghubungkannya. Penciptaan melalui elektronik molekuler neuron buatan, berbagai jenis sensor yang termasuk dalam satu jaringan, akan membuka jalan menuju realisasi semua potensi yang melekat pada ideologi neurokomputer, akan memungkinkan penciptaan jenis informasi baru yang fundamental dan sistem komputasi dan mendekati pemecahan masalah menciptakan kecerdasan buatan.

Bacteriorhodopsin: struktur dan fungsi.

Elektronika molekuler didefinisikan sebagai pengkodean (recording), pemrosesan dan pengenalan (reading) informasi pada tingkat molekuler dan makromolekul. Keuntungan utama dari pendekatan molekuler terletak pada kemungkinan desain molekuler dan produksi perangkat "dari bawah ke atas", yaitu. atom demi atom atau fragmen demi fragmen, parameter perangkat ditentukan oleh sintesis organik dan metode rekayasa genetika. Dua keuntungan yang diakui dengan baik dari elektronik molekuler adalah pengurangan yang signifikan dalam ukuran perangkat dan penundaan propagasi gerbang.

Bioelektronika, yang merupakan cabang dari elektronika molekuler, mengeksplorasi kemungkinan penggunaan biopolimer sebagai modul yang dikendalikan oleh impuls cahaya atau listrik dalam sistem komputer dan optik. Persyaratan utama untuk kandidat yang mungkin di antara keluarga besar biopolimer adalah bahwa mereka harus mengubah strukturnya secara reversibel sebagai respons terhadap beberapa dampak fisik dan menghasilkan setidaknya dua status diskrit yang berbeda dalam karakteristik fisik yang mudah diukur (misalnya, parameter spektral).

Dalam hal ini, protein sangat menarik, fungsi utamanya dikaitkan dengan transformasi energi cahaya menjadi energi kimia dalam berbagai sistem fotosintesis. Kandidat yang paling mungkin di antara mereka adalah pompa proton yang bergantung pada cahaya - bacteriorhodopsin (BR) dari mikroorganisme halofilik Halobacterium salinarum(sebelumnya Halobacterium halobium), ditemukan pada tahun 1971.

Bacteriorhodopsin, generator transpor proton yang mengandung retinal, adalah protein transmembran dari 248 asam amino dengan berat molekul 26 kDa, menembus membran dalam bentuk tujuh sebuah- spiral; N- dan C-terminal dari rantai polipeptida terletak di sisi berlawanan dari membran sitoplasma: N-terminus menghadap ke luar, dan C-terminus menghadap ke dalam sel (Gbr. 1, 2).

Gambar 1. Model BR pada elemen struktur sekunder. Asam amino telah diisolasi
terlibat dalam transpor proton: residu asam aspartat dalam lingkaran,
residu arginin kuadrat. Dengan Lys-216 (K-216) basis Schiff (SB) terbentuk.
Panah menunjukkan arah transpor proton.

Chromophore BR - aldimine retina terprotonasi dengan sebuah Gugus -amino dari residu Lys-216 terletak di bagian hidrofobik molekul. Setelah penyerapan kuantum cahaya selama fotosiklus, isomerisasi retina dari semua-E hingga 13Z-bentuk. Lingkungan mikro protein kromofor dapat dianggap sebagai reseptor dengan spesifisitas substrat untuk semua-E /13Z-retinal, yang mengkatalisis isomerisasi ini pada suhu kamar. Selain itu, beberapa asam amino bertanggung jawab atas penekanan isomerisasi selain semua-E /13Z, misalnya dari semua-E- hingga 7Z-, 9Z-, 11Z-retina. Sisa rantai polipeptida menyediakan saluran transpor proton atau melindungi kelompok internal fotokromik dari pengaruh lingkungan.

Topografi timbal balik dari elemen struktur sekunder yang dibentuk oleh rantai polipeptida BR setelah penyerapan kuantum cahaya oleh molekul kromofor berubah, menghasilkan pembentukan saluran untuk transfer transmembran proton dari sitoplasma ke lingkungan eksternal. Namun, mekanisme molekuler dari transpor yang bergantung pada cahaya masih belum diketahui.

Gbr.2. Model skema struktur tiga dimensi (spasial) BR Seven sebuah -heliks membentuk rongga kromofor dan saluran transfer proton transmembran.

BR terkandung dalam membran sel H. salinarum- archaebacteria halofilik yang hidup dan berkembang biak di rawa-rawa garam dan danau, di mana konsentrasi NaCl dapat melebihi 4 M, yaitu 6 kali lebih tinggi daripada di air laut (~ 0,6 M). Protein unik ini dalam banyak hal mirip dengan protein visual rhodopsin, meskipun fungsi fisiologisnya berbeda. Sementara rhodopsin visual bertindak sebagai fotoreseptor utama yang memberikan penglihatan gelap untuk sebagian besar vertebrata, peran fisiologis BR adalah untuk memungkinkan halobacteria untuk bertindak sebagai anaerob fakultatif ketika tekanan parsial oksigen di lingkungan rendah. Protein berfungsi sebagai pompa proton yang bergantung pada cahaya, yang memastikan pembentukan gradien elektrokimia proton pada permukaan membran sel, yang, pada gilirannya, berfungsi untuk menyimpan energi. Pekerjaan utama yang dilakukan oleh gradien adalah sintesis ATP melalui fosforilasi anaerobik (fotosintetik) dan, dalam hal ini, adalah contoh klasik dari hipotesis kemiosmotik Mitchell tentang fosforilasi oksidatif. Ketika tidak ada cahaya dan tekanan parsial oksigen tinggi, bakteri kembali ke fosforilasi oksidatif aerobik.
sel H. salinarum juga mengandung dua apa yang disebut rhodopsin sensorik (SR I dan SR II), yang memberikan fototaksis positif dan negatif. Panjang gelombang yang berbeda dibaca oleh CP I dan CP II sebagai molekul detektor, yang menyebabkan rangkaian sinyal yang mengontrol motor flagela bakteri. Dengan bantuan proses dasar persepsi cahaya ini, mikroorganisme secara mandiri bergerak ke dalam cahaya dengan komposisi spektral yang sesuai. Selain itu, sel memiliki halorhodopsin (GH), yang merupakan pompa ion Cl - yang bergantung pada cahaya. Fungsi utamanya adalah untuk mengangkut ion klorida ke dalam sel, yang terus-menerus hilang oleh bakteri, bergerak ke arah dari dalam ke luar di bawah aksi medan listrik yang diciptakan oleh BR. Mekanisme aksi GR tidak jelas. Diasumsikan bahwa Cl - berikatan dengan nitrogen kuaterner bermuatan positif dari basa Schiff yang terprotonasi, dan isomerisasi retina dari semua-E ke bentuk 13Z menyebabkan pergerakan nitrogen ini dengan ion Cl yang melekat padanya - dari input ke output Cl - - jalur konduksi.

Gbr.3. Bagian dari membran ungu (tampilan atas).

BR terlokalisasi di area membran sel H. salinarum dalam bentuk membran ungu (PM), membentuk kristal dua dimensi dengan kisi heksagonal. Daerah ini mengandung protein itu sendiri, beberapa lipid, karotenoid dan air (Gbr. 3). Mereka biasanya berbentuk oval atau bulat dengan diameter rata-rata sekitar 0,5 m dan mengandung sekitar 25% lipid dan 75% protein. PM tahan terhadap sinar matahari, paparan oksigen, suhu di atas 80ºC (dalam air) dan hingga 140ºC (kering), pH dari 0 hingga 12, kekuatan ion tinggi (3 M NaCl), aksi sebagian besar protease, sensitif terhadap campuran polar pelarut organik dengan air, tetapi tahan terhadap pelarut non-polar seperti heksana. Yang sangat penting secara praktis adalah kemungkinan yang ada untuk menanamkan PM dalam matriks polimer tanpa kehilangan sifat fotokimia.

Transpor proton yang diinduksi cahaya disertai dengan sejumlah perubahan spektral siklik di BR, yang totalitasnya disebut fotosiklus (Gbr. 4). Tiga puluh tahun penelitian telah menghasilkan pemahaman yang cukup rinci tentang fotosiklus, tetapi rincian transpor proton masih dipelajari.

Siklus fotokimia BR terdiri dari intermediet individu, yang dapat diidentifikasi baik dengan penyerapan maksimal dan oleh kinetika pembentukan dan peluruhan. Gambar 4 menunjukkan model siklus foto BR yang disederhanakan.

Gbr.4. Fotocycle BR.

Tahap fotokimia dan termal masing-masing ditampilkan sebagai panah tebal dan tipis. Simbol vertikal menunjukkan semua-E-konformasi retinal (perantara B dan HAI), simbol miring - ke 13Z-konformasi. Dalam gelap, BR berubah menjadi campuran 1:1 D dan B, campuran ini disebut BR teradaptasi gelap. Saat BR menyala, adaptasi cahaya terjadi, mis. transisi ke keadaan dasar B. Dari sana, fotosiklus dimulai, yang mengarah pada pengangkutan proton melintasi membran. Selama transisi L ke M berlangsung sekitar 40 s, basa Schiff terdeprotonasi dan Asp85 menjadi terprotonasi. Dari sana, proton pergi ke luar bagian ekstraseluler dari saluran proton. Selama transisi M ke N aldimin terprotonasi. Residu Asp96 bertindak sebagai donor proton. Asp96 direprotonasi melalui hemichannel proton sitoplasma. Sementara semua transformasi antara intermediet adalah reversibel, transisi dari saya ke M II diyakini sebagai langkah ireversibel utama dalam siklus foto. Selama transisi ini, nitrogen dari basa Schiff menjadi tidak dapat diakses ke bagian ekstraseluler dari saluran proton, tetapi hanya ke setengah saluran sitoplasma, yang dikaitkan dengan perubahan konformasi dalam molekul protein.

Sifat fisikokimia zat antara dicirikan oleh panjang gelombang maksimum serapannya dan nilai koefisien kepunahan molar spesifik. Protonasi SB dan konfigurasi residu retinilidena mempengaruhi besarnya maksima absorpsi. Selama fotosiklus BR, beberapa perubahan konformasi yang bergantung pada suhu terjadi pada protein, sehingga pembentukan sebagian besar zat antara dapat ditekan dengan pendinginan.

Selain fotosiklus utama, ada dua keadaan yang dapat diinduksi secara artifisial. Dalam perantara P dan Q konformasi retina 9Z. Ini dicapai setelah eksitasi fotokimia semua-E-retina ketika Asp85 terprotonasi pada saat yang bersamaan. Hal ini dapat dicapai pada BR tipe liar pada pH rendah atau deionisasi (pembentukan yang disebut membran biru), tetapi preparat ini tidak stabil. Pendekatan alternatif adalah mengganti Asp85 dengan asam amino yang memiliki nilai pKa berbeda yang tetap tidak bermuatan pada pH yang diinginkan, atau untuk menghilangkan gugus karboksil sepenuhnya dengan teknik mutagenesis terarah-situs. Stabilitas membran biru mutan tersebut lebih tinggi.

Sifat unik bacteriorhodopsin menyediakan berbagai aplikasi teknis yang dapat digunakan, namun, hanya optik yang saat ini layak secara komersial, karena integrasinya ke dalam sistem teknis modern adalah yang paling sederhana.

Aplikasi optik didasarkan pada penggunaan film BR - matriks polimer dari berbagai komposisi dengan molekul protein yang termasuk di dalamnya. Untuk pertama kalinya di dunia, film semacam itu berdasarkan BR tipe liar diperoleh dan dipelajari di negara kita dalam kerangka proyek "Rhodopsin"; Pada 1980-an, keefektifan dan prospek penggunaan bahan semacam itu, yang disebut "Biokrom", sebagai bahan fotokromik dan media untuk perekaman holografik ditunjukkan.

Yang sangat menarik adalah kemungkinan memvariasikan sifat fotokimia film BR:
a) penggantian kromofor alami dengan yang dimodifikasi;
b) pengaruh kimia (fisiko-kimia);
c) substitusi titik residu asam amino tertentu dengan metode rekayasa genetika.

Bahan yang dimodifikasi tersebut mungkin memiliki sifat spesifik yang berharga, yang akan menentukan penggunaannya sebagai dasar elemen biokomputer.

molekul berpikir

Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan di banyak negara telah kembali ke gagasan lama dan sederhana tentang komputer "kimia" di mana perhitungan dilakukan oleh molekul individu. Selama setahun terakhir, para peneliti dari beberapa laboratorium sekaligus telah dapat memperoleh hasil yang cemerlang di bidang ini yang menjanjikan untuk mengubah situasi secara radikal.

Para ilmuwan telah mencapai sukses besar dalam bekerja dengan molekul pseudorotoxan (mereka ditunjukkan pada Gambar. 1).

Mereka berhasil memasukkan molekul seperti itu, yang berbentuk cincin, ke sumbu - molekul linier. Untuk mencegah cincin melompat dari sumbu, fragmen molekul besar melekat pada ujungnya, memainkan peran "kacang" (berbagai kelompok donor digunakan dalam kapasitas ini). Saat bereaksi dengan asam (H+) atau basa (B), cincin dapat meluncur dari satu ujung sumbu ke ujung lainnya, "mengubah" keadaan kimia. Lucu bahwa, pada prinsipnya, pada tingkat molekuler, perangkat mekanis diciptakan kembali, sangat mirip dengan sambungan batang dan roda pada perangkat komputasi pertama, paling primitif, abad ke-17 (namun, jika Anda mau, Anda juga bisa lihat sempoa klerikal paling sederhana dalam struktur molekul ini, dengan satu buku jari di setiap ranting).

Molekul saklar kimia yang elegan ini dipelajari kembali pada awal 90-an, namun, untuk implementasi praktis dari ide tersebut, masih perlu untuk menemukan metode untuk menggabungkan dan mengendalikan susunan minimikrodioda ini. Setelah menciptakan monolayer molekul berorientasi serupa dari jenis ini di permukaan logam (tugas yang sangat sulit ini diselesaikan dengan menggunakan metode perakitan mandiri nanoteknologi terbaru), para ilmuwan menyimpan lapisan emas tertipis di atasnya dan telah membuat prototipe primitif dari gerbang logika atas dasar ini.

Beberapa bulan kemudian, kelompok gabungan Mark Read dan James Tour (dari Universitas Yale dan Rice) mendemonstrasikan kelas lain dari molekul pengalih kepada publik. Hasilnya sangat mengesankan sehingga majalah "Scientific American" (Juni 2000) bahkan memasang sampul pengumuman "The Birth of Molecular Electronics" (saya ingin menambahkan - akhirnya!). Seperti yang ditulis oleh salah satu penulis dengan bangga: "Kami telah menciptakan sebuah molekul dengan konduktivitas listrik variabel, yang dapat mengakumulasi elektron atas perintah kami, yaitu, untuk bekerja sebagai perangkat penyimpanan."

Pertama-tama, James Tour, menggunakan teknik khusus, mensintesis rantai molekul unit benzena-1,4-ditiolat sepanjang 14 nanometer. Gugus dimasukkan ke dalamnya yang menangkap elektron jika molekul "di bawah tegangan". Masalah paling sulit, yang juga diatasi, adalah bahwa sakelar harus merupakan proses kimia yang dapat dibalik. Agar molekul berfungsi sebagai elemen memori, ia harus diajarkan tidak hanya untuk menangkap elektron, tetapi juga menahannya hanya untuk waktu tertentu. Tegasnya, inilah pencapaian utama Reed dan Tour bersama rekan-rekannya.
Saklar elektrokimia (dalam arti istilah yang paling ketat dan paling harfiah!) ditunjukkan pada gambar. 2 (sisi kiri). Ini adalah rantai tiga cincin benzena, yang pusatnya di mana gugus NO 2 dan NH 2 dilekatkan dari sisi yang berlawanan (disorot dengan warna pada gambar). Konfigurasi molekul asimetris seperti itu menciptakan awan elektron dengan bentuk yang kompleks, menghasilkan efek fisik yang sangat indah dan penting secara fundamental untuk memecahkan masalah: ketika medan diterapkan, molekul berputar, resistansinya berubah, dan mulai mengalirkan arus ( sisi kanan gambar). Ketika medan dihilangkan, molekul berputar ke arah yang berlawanan dan kembali ke keadaan semula. Sakelar berdasarkan prinsip ini adalah rantai linier dari sekitar 1.000 molekul nitrobenzenethiol yang terletak di antara dua kontak logam. Selain itu, pengukuran menggunakan mikroskop tunneling (sebuah fragmen dari rantai molekul disolder di antara elektroda emas berbentuk jarum ultra tipis; geometri eksperimental ditunjukkan pada Gambar. 3) memungkinkan untuk mendapatkan parameter operasi sakelar, yang dapat dengan tepat disebut karakteristik arus-tegangan molekul dan konduktivitas molekul (Gbr. .four). Kurva konduktansi (yang, omong-omong, ternyata sangat dekat dengan yang dihitung) memiliki penurunan yang jelas. Hal ini memungkinkan untuk mentransfer bagian molekul dari keadaan konduksi ke keadaan non-konduktor, dan sebaliknya, dengan perubahan sederhana pada tegangan yang diberikan. Secara formal dan sebenarnya diperoleh (ahli kimia, tentu saja, lebih suka istilah "mensintesis") triode molekuler. Memang, ini dapat dianggap sebagai tahap pertama dalam penciptaan elektronik molekuler.

Kesimpulan

Meskipun dasar-dasar teoretis moletronik telah cukup berkembang dan prototipe dari hampir semua elemen rangkaian logika telah dibuat, namun, kesulitan yang signifikan muncul dalam cara membangun komputer molekuler secara nyata. Kemungkinan yang terlihat jelas menggunakan molekul individu sebagai elemen logis dari perangkat elektronik ternyata sangat bermasalah karena sifat spesifik dari sistem molekul dan persyaratan untuk elemen logis.

Pertama-tama, elemen logis harus memiliki keandalan operasi yang tinggi ketika tindakan kontrol diterapkan. Jika kita mempertimbangkan koneksi optik antara elemen-elemen, maka dalam sistem satu molekul - satu foton, keandalan switching akan rendah karena kemungkinan transisi molekul ke keadaan tereksitasi yang relatif rendah. Seseorang dapat mencoba mengatasi kesulitan ini dengan menggunakan sejumlah besar kuanta secara bersamaan. Tetapi ini bertentangan dengan persyaratan penting lainnya: efisiensi konversi sinyal oleh elemen terpisah harus mendekati kesatuan, yaitu, daya reaksi rata-rata harus sepadan dengan daya tumbukan rata-rata. Jika tidak, ketika elemen digabungkan menjadi rantai, kemungkinan operasinya akan berkurang saat mereka menjauh dari awal rantai. Selain itu, elemen harus secara jelas beralih ke status yang diperlukan dan tetap di dalamnya untuk waktu yang cukup lama - hingga dampak berikutnya. Untuk molekul yang relatif sederhana, persyaratan ini biasanya tidak terpenuhi: jika transisi ke keadaan tereksitasi dapat dikontrol, maka transisi terbalik dapat terjadi secara spontan.

Namun, tidak semuanya begitu buruk. Penggunaan molekul organik besar atau kompleksnya memungkinkan, pada prinsipnya, untuk menghindari kesulitan yang disebutkan. Misalnya, dalam beberapa protein, efisiensi konversi elektron-optik mendekati satu. Selain itu, untuk molekul bioorganik besar, masa hidup keadaan tereksitasi mencapai puluhan detik.

Tetapi bahkan jika elemen komputasi molekuler tunggal tidak memiliki keandalan pendahulunya silikon, operasi yang efisien dari komputer masa depan dapat dicapai dengan menggabungkan prinsip-prinsip moletronik dan komputasi paralel yang digunakan dalam superkomputer. Untuk melakukan ini, Anda perlu membuat beberapa elemen logika molekuler yang identik bekerja secara paralel. Maka operasi yang salah dari salah satunya tidak akan menyebabkan kegagalan yang nyata dalam perhitungan. Superkomputer paralel masif modern dengan ratusan prosesor dapat mempertahankan kinerja tinggi bahkan jika 75% di antaranya gagal. Hampir semua sistem kehidupan menggunakan prinsip paralelisme. Oleh karena itu, ketidaksempurnaan organisme pada tingkat sel atau gen individu tidak mencegah mereka berfungsi secara efektif.

Saat ini di dunia ada lebih dari selusin pusat ilmiah dan teknologi yang terlibat dalam pengembangan perangkat elektronik molekuler. Konferensi tahunan menyatukan ratusan ahli di bidang ini.

Minat besar dalam moletronik tidak hanya disebabkan oleh prospek membangun komputer, tetapi juga oleh kemungkinan luas untuk pengembangan teknologi baru. Karena sensitivitas tinggi perangkat elektronik molekuler terhadap cahaya, mereka dapat digunakan untuk membuat konverter energi matahari yang efisien, mensimulasikan proses fotosintesis, dan mengembangkan kelas detektor gambar baru, yang prinsipnya akan menyerupai pekerjaan mata manusia. . Perangkat molekuler juga dapat digunakan sebagai sensor selektif, hanya menanggapi jenis molekul tertentu. Sensor semacam itu diperlukan dalam ekologi, industri, dan kedokteran. Sebuah sensor yang terbuat dari molekul organik jauh lebih mudah ditanamkan ke dalam tubuh manusia untuk memantau kondisinya.

Memecahkan masalah yang dihadapi elektronika molekuler memerlukan upaya dari berbagai ilmuwan yang bekerja di bidang pengetahuan akademis mulai dari kimia koloid dan biologi hingga fisika teoretis, serta di bidang teknologi tinggi. Selain itu, investasi keuangan yang signifikan diperlukan.

Juga perlu untuk melatih personel baru yang berkualifikasi tinggi untuk bekerja di area kompleks ini, yang terletak di persimpangan sains. Tapi, ternyata 10-15 tahun lagi akan berperan penting dalam ilmu pengetahuan dan teknologi.

Daftar bahan yang digunakan

Menurut jaringan Internet , artikel:

1. Goncharova E., Sarjana Bioteknologi;

2. Zaitsev V., Shishlova A., Departemen Fisika, Universitas Negeri Lomonosov Moskow M.V. Lomonosov;

3. Krieger Yu., Ph.D. n.