• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
12.07.2022
ЮФУ
383

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 / Автор: Иван Беляев

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
12 часов назад
Игорь Байдов

Американские военные планируют разработать психостимулятор, действие которого можно активировать в мозге с помощью ближнего ИК-излучения. Такая технология поможет пилотам ВВС США сохранять бдительность во время длительных боевых вылетов. Привыкания или побочных эффектов препарат вызывать не будет.

Вчера, 13:37
Александр Березин

Пока премьер-министр Армении Никол Пашинян считает, что гражданам его страны надо отказаться от претензий на ранее населенные ими земли в современной Турции, Азербайджан на государственном уровне действует «исторически проактивно» — противоположным образом. Там есть и «Общество Западного Азербайджана», и даже канал «Западный Азербайджан ТВ». Находятся желающие назвать азербайджанцев преемниками кавказских албанов и даже заявить претензии на земли к западу от Азербайджана, где находится современная Армения. Разбираемся, насколько все это правда и есть ли этому научные обоснования?

9 часов назад
Полина Меньшова

Средство для полоскания рта «Листерин» повлияло на соотношение микроорганизмов в ротовой полости. У людей, которые регулярно использовали его, стало больше бактерий, способных привести к серьезным заболеваниям.

14 июня
Алиса Гаджиева

Авторы нового междисциплинарного исследования выяснили, как распределялись ресурсы в сообществе земледельцев и скотоводов одной из альпийских долин семь тысяч лет назад.

Вчера, 13:37
Александр Березин

Пока премьер-министр Армении Никол Пашинян считает, что гражданам его страны надо отказаться от претензий на ранее населенные ими земли в современной Турции, Азербайджан на государственном уровне действует «исторически проактивно» — противоположным образом. Там есть и «Общество Западного Азербайджана», и даже канал «Западный Азербайджан ТВ». Находятся желающие назвать азербайджанцев преемниками кавказских албанов и даже заявить претензии на земли к западу от Азербайджана, где находится современная Армения. Разбираемся, насколько все это правда и есть ли этому научные обоснования?

11 июня
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
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