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科学者らがナノスケールの物体の温度に耐えられる材料を開発

カリフォルニア大学アーバイン校の科学者らは最近、温度変化に応じて色が変化する1次元ナノスケールの物質を発見した。研究チームの成果は 先端材料。 「非常に小型で感度の高い温度計を作れることがわかった」と、この研究を率いたカリフォルニア大学アーバイン校化学教授マックス・アルギラ氏は語る。「これは私たちの研究室から生まれた最も応用性が高く、応用可能な研究の1つだ」 アルギラ氏は、この温度計を「ナノスケールのムードリング」に例え、着用者の体温に応じて色が変わるジュエリーになぞらえた。しかし、単に定性的な温度測定を行うのではなく、こうした素材の色の変化を「調整して、ナノスケールで光学的に温度測定を行うのに使用できる」とアルギラ氏は述べた。 「温度を測定する必要性は重要です。なぜなら、多くの生物学的プロセスや工業的プロセスは、温度の微細な変化を追跡することに依存しているからです」と、彼は付け加えた。「細胞に突っ込んで試すことができる温度計が、今や存在するかもしれません。」 アルギラ研究室の博士研究員ドミトリ・コルドバ氏によると、この光学温度計は、回路やデータ記憶装置を含むマイクロエレクトロニクスやナノエレクトロニクスの温度を測定し、その効率を評価することもできる可能性があるという。産業界はすでに、コンピューター部品の製造時に光学温度計を使用しているが、研究チームの新しい素材は「少なくとも1桁以上感度が高い」とコルドバ氏は語った。 この画期的な発見は、コルドバ氏とその同僚が、ナノメートル単位の長さでらせん状の「スリンキー」に似た結晶を研究室で育てたときに起こった。彼らはまず、結晶を熱ストレスにさらして、どの温度で結晶が崩壊するかを調べるために結晶を育てた。 コルドバ氏と学部生研究者のレオ・チェン氏は、結晶の色が温度に応じて黄色からオレンジ色へと規則的に変化することに気づいた。 その後、研究チームは色が対応する温度範囲を正確に測定し、淡黄色は摂氏マイナス190度付近の温度に対応し、赤オレンジ色は摂氏200度付近の温度に対応することを発見した。 「私たちは測定が正確であることを確認するために多大な努力を費やしました」とアルギラ氏は語った。 材料のナノスケールのサンプルを回収するために、研究室ではバルクスケールの結晶に粘着テープを貼り付け、それを剥がして、テープに貼り付けたナノスケールのサンプルを透明基板に移しました。 「これらの構造を剥がして、他の材料や表面と転送、再構成、結合できるナノスケールの温度計として使うことができる」とアルギラ氏は語った。 アルギラ氏は、この発見はナノメートルスケールで温度を測定するための新しい種類の材料を発見するための第一歩であると説明した。 次に、彼の研究室では、他のナノスケールの材料をテストして、より広い範囲の温度を測定できる温度計を開発できるかどうかを確認する予定です。 「私たちは現在、材料設計ルールをハッキングして、さらに感度の高い材料を作ろうとしています」とアルギラ氏は言う。「私たちは、バルクスケールからナノスケールまで、光学温度測定のツールボックスを開こうとしています。」 共著者には、Yinong Zhou、Griffin M. Milligan、Leo Cheng、Tyler Kerr、Joseph Ziller、および Ruqian Wu が含まれます。資金は、カリフォルニア大学アーバイン校 MRSEC、複合・活性材料センターを通じて国立科学財団から提供されました (受賞番号 DMR-2011967)。 #科学者らがナノスケールの物体の温度に耐えられる材料を開発