Гибридный материал разрушил органические загрязнители и собрал энергию из окружающей среды
Ученые разработали магнитоэлектрический нанокомпозит на основе поливинилиденфторида и наночастиц феррита висмута, способный эффективно разрушать органические загрязнители под действием света и ультразвука, а также генерировать электрический заряд при механическом воздействии и в магнитном поле. В экспериментах с модельным загрязнителем метиленовым синим материал показал до 97% эффективности при облучении светом и 83% при действии ультразвука. Кроме того, при сжатии и ультразвуковой обработке напряжение композита увеличилось в 1,9 раз по сравнению с чистым полимером, и при этом материал накапливал электромагнитную энергию.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Polymer.
В современной физике и химии востребованы материалы, которые могут одновременно служить катализаторами, то есть ускорять химические реакции, и генерировать энергию. Одно из перспективных решений в этом направлении — полимерные нанокомпозиты на основе поливинилиденфторида и наночастиц феррита висмута. Поливинилиденфторид — полимер, способный преобразовывать механическую энергию в электричество, а феррит висмута — магнитоэлектрический наноматериал, под действием света осуществляющий химические превращения. Их сочетание позволяет создавать интеллектуальные материалы с возможностью самозахвата энергии из окружающей среды.
Ученые из Дагестанского государственного университета (Махачкала) синтезировали композитные пленки, включив наночастицы феррита висмута в матрицу поливинилиденфторида. Эксперименты показали, что материал в течение часа под действием ультрафиолета разлагает органический краситель метиленовый синий, широко используемый в медицине, красильной и химической промышленности, с эффективностью до 97%. При ультразвуковой обработке эффективность достигла 83%.
Авторы проанализировали механизм реакции и выяснили, что ключевую роль в разрушении красителя играют гидроксильные радикалы — частицы, образующиеся под воздействием света и ультразвука. Они атакуют молекулы загрязнителя, вызывая последовательные химические превращения и изменение структуры молекулы. Дополнительно ученые обнаружили, что композит способен разлагать загрязнители даже в переменном магнитном поле низкой частоты, сопоставимом с магнитным полем вблизи мощного динамика. При этом эффективность разложения достигла 38% без дополнительного светового или ультразвукового воздействия. Это открывает новые возможности для создания магнитоуправляемых катализаторов, которые могут работать в слабых переменных магнитных полях.
Еще одна важная особенность нового материала — его способность собирать и накапливать энергию. При воздействии ультразвука и механическом сжатии напряжение в композите увеличивалось в 1,9 раз по сравнению с чистым поливинилиденфторидом. Кроме того, благодаря магнитоэлектрическому эффекту материал генерировал электрический заряд даже под воздействием слабого переменного магнитного поля. В экспериментах пленка, помещенная рядом с электрическим проводом бытового прибора, смогла собирать так называемую паразитную электромагнитную энергию — слабые электромагнитные поля, которые возникают вокруг работающих электрических устройств и обычно остаются неиспользованными.
«Разработанный нами материал совмещает каталитические и энергетические функции, что делает его перспективным для создания экологичных технологий очистки воды, автономных датчиков и энергоэффективных устройств. В дальнейшем мы планируем исследовать возможность интегрировать подобные композиты в гибкие источники питания и системы накопления энергии», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Фарид Оруджев, кандидат химических наук, заведующий лабораторией Smart Materials Дагестанского государственного университета.
В исследовании принимали участие сотрудники Института физики имени Х.И. Амирханова Дагестанского федерального исследовательского центра РАН (Махачкала), Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) и Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград), Почвенного института имени В.В. Докучаева (Москва) и Национального инженерного института (Индия).
Telegram 
Дзен 
VK Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Ни один регион на Земле не обладает стопроцентной устойчивостью ко всем возможным глобальным катастрофическим рискам. Тем не менее существует место, имеющее максимальный запас прочности в такой ситуации, — и это Австралия.
Некоторые опасные для здоровья химические вещества продолжают обнаруживать в окружающей среде спустя десятилетия после того, как их использование решили ограничивать. Масштабный обзор европейских данных показал, где именно сохраняются эти загрязнители и насколько массовым было их распространение.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Приблизительно 130 миллионов лет назад, когда по земле бродили динозавры, какое-то млекопитающее пробежало по влажной песчаной дюне на территории современной южной части Бразилии. Размер оставленных этим древним существом следов поразил палеонтологов.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно