• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
12 июля
ЮФУ
281

Тюлевые занавески помогли ученым в создании новых материалов

4.5

Физики Южного федерального университета предложили оригинальный способ поиска органических молекул и полимеров, пригодных для сортировки однослойных углеродных нанотрубок.

Тюлевые занавески помогли ученым в создании новых материалов / ©Getty images

Углеродные нанотрубки (УНТ) — это синтезированные материалы, которые обладают уникальными прочностными, электрическими и тепловыми свойствами и имеют широкую область применения. УНТ привлекали внимание ученых еще с момента выхода первых исследований в далеких 1950-х годах, но настоящий бум нанотрубок случился в 1991 году после работы Сумио Иидзимы, в которой он исследовал атомную структуру многостенных УНТ, доказав, что простейшая одностенная нанотрубка — это свернутая и соединенная без дефектов полоса из листа графена, состоящего из шестиугольных сот атомов углерода.

Однако подобных различных трубчатых структур, даже если их диаметр ограничен несколькими нанометрами, могут быть сотни. Такое разнообразие возникает потому, что смежные соты в нанотрубке образуют винтовые спирали, и как шаг этих спиралей относительно оси нанотрубки, так и диаметр нанотрубок могут сильно меняться.

Независимо от своей структуры УНТ — жесткие и прочные, их пучки обладают очень большой поверхностью на единицу объема. Поэтому такие углеродные наноматериалы используют как для упрочнения разнообразных объектов, так и в аккумуляторах и других устройствах, в которых важно иметь большую площадь внутренней поверхности для осаждения ионов металлов.

Но структура УНТ полностью определяет ее электронные, а также некоторые другие физико-химические свойства. Именно поэтому в таких областях, как микроэлектроника, солнечная энергетика и медицина требуются одностенные нанотрубки с определенной структурой. Например, металлические нанотрубки годятся как нанопроводники, а полупроводниковые — как нанотранзисторы и разнообразные нанодатчики.

При обычных способах синтеза одновременно образуется множество типов нанотрубок с разными диаметрами и структурой стенок. Синтезировать УНТ сразу с заданными свойствами сложно и трудоемко. В то же время смесь нанотрубок с разной структурой получить гораздо проще. Сейчас такие смеси можно купить у многих производителей. Поэтому ученые активно разрабатывают технологии сортировки нанотрубок, которые имеют желательную (для определенного применения) структуру и, соответственно, физические свойства.

Работая над научным проектом, поддержанным грантом РФФИ, сотрудники Физического факультета ЮФУ ассистент кафедры теоретической и вычислительной физики Дарья Рошаль и ведущий научный сотрудник Ольга Коневцова под руководством доктора физико-математических наук, профессора кафедры «Нанотехнология» Сергея Рошаля, предложили теорию, проясняющую физико-химические закономерности, возникающие при сортировке однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ) теми органическими молекулами, которые самоорганизуются в регулярные покрытия как на нанотрубках, так и на графене.

Предложенная теория использует концепцию муаровых узоров, которые мы можем увидеть даже у нас дома, когда два слоя полупрозрачной оконной занавески накладываются друг на друга. В современной физике муаровые узоры используются для интерпретации физических свойств многослойных структур. Однако, как показали сотрудники ЮФУ, подобный подход полезен для поиска органических молекул, подходящих для сортировки углеродных нанотрубок.

Доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Нанотехнология» Сергей Рошаль / ©Пресс-служба ЮФУ

«Используя тот экспериментальный факт, что некоторые органические молекулы могут образовывать покрытия как на плоском графене, так и на нанотрубках, мы впервые свели условия успешной сортировки к анализу муаровых узоров, возникающему между слоями двустенных нанотрубок. Внешний слой в предложенной теории виртуальный, и его структура определяется тем фактом, что рассматриваемые молекулы образовывают регулярное покрытие на плоском графене», — рассказал Сергей Рошаль.

По словам ученых, в этих трубках внутренний слой соответствует поверхности сортируемых ОУНТ. Внешний виртуальный слой представляет собой свернутую в трубку сотовую решетку, на поверхность которой можно спроецировать характерное для плоского случая расположение молекул.

«Мы также применили наш подход для объяснения результатов сортировки ОУНТ полимерами. Предположив, как остов полимера может располагаться на плоском графеновом слое, мы объяснили экспериментальные результаты сортировки ОУНТ цепочками полимерных молекул. Отметим, что наш подход может предсказать и другие органические молекулы, подходящие для эффективной сортировки УНТ», — отметила Ольга Коневцова, предложившая основную идею подхода. Статья опубликована в журнале Nano Futures.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Южный федеральный университет образован в рамках национального проекта "Образование" распоряжением Правительства Российской Федерации от 23 ноября 2006 года N1616-р (pdf) и приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 4 декабря 2006 года N1447 путем присоединения к Ростовскому государственному университету трех вузов: Таганрогского государственного радиотехнического университета, Ростовского государственного педагогического университета, Ростовской государственной академии архитектуры и искусств.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 10:57
Сергей Васильев

Напряженная мыслительная деятельность приводит к накоплению нейромедиаторов в синапсах префронтальной коры. Это усложняет их работу и может повреждать нейроны, заставляя мозг сигнализировать об опасности.

Вчера, 16:56
Василий Парфенов

В конце июля многие СМИ опубликовали новости с заголовками вида «Земля стала вращаться быстрее — и ученые не знают почему». К концу первой недели августа тема добралась и до русскоязычного сегмента Сети. На поверку этот инфоповод пусть и без негативных последствий, но демонстрирует основные пороки современной (не только научно-популярной) журналистики. Рассказываем, как в действительности изменяется скорость вращения нашей планеты, насколько хорошо известны причины таких осцилляций, а также почему ученые никогда ничего не знают наверняка (и это нормально).

10 августа
Мария Азарова

Команда австралийских исследователей нашла доказательство того, как формировались и развивались зарождающиеся континенты нашей планеты.

10 августа
Мария Азарова

Команда австралийских исследователей нашла доказательство того, как формировались и развивались зарождающиеся континенты нашей планеты.

10 августа
Анна Новиковская

Быть «кошатником» — вовсе не грех, но, согласно данным нового исследования, такие люди не всегда знают, что лучше для самих кошек. Напротив, хозяева, которые имеют небольшой опыт общения с домашними животными, могут оказаться внимательнее к потребностям питомца и максимизировать его удовольствие от общения с человеком.

10 августа
Василий Парфенов

Изначально выглядевшая многообещающе ракета-носитель Antares в последние годы стала довольно проблемной. Для ее создания требовалась кооперация США, Украины и России, которая в свете сложившейся геополитической обстановки практически невозможна. Решением проблемы станет переход с российских двигателей на созданные в Америке. И ключевую роль в нем сыграет частично украинская компания Firefly Aerospace.

2 августа
Александр Березин

Если западным странам удастся «лишить Кремль нефтяных доходов», то мир ждет геополитическое землетрясение. Только не обязательно в ту сторону, о которой вы сейчас подумали. На фоне того, что последует за «лишением», шок 1973 года может показаться детской игрой. Naked Science попробует оценить размах «потолочного катаклизма» заранее.

31 июля
Александр Березин

Саудовский принц одобрил строительство гигантского «лежачего небоскреба», который должен стать крупнейшим зданием в истории. Причем еще и самым экологичным в мире. Пресса и соцсети полны возмущенных оценок: «это антиутопия!», «проект сырой!» и тому подобным. Однако чисто технически это не так: «Зеркальную линию» на пять миллионов жителей вполне можно построить. И такое здание в самом деле будет энергоэффективным (и формально безуглеродным). Но у проекта есть другие слабые места, лежащие скорее в сфере науки, нежели техники. Naked Science попробовал разобраться в деталях.

27 июля
Алиса Гаджиева

Новое исследование показало, что появившаяся у человека способность переваривать молочный сахар никак не сказалась на распространенности потребления продуктов молочного животноводства.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: