Текст уведомления здесь

В Томске из водопроводной трубы сделают «невидимое» покрытие для военной техники

Новый способ получения микросфер из магнетита крайне необычен, но быстр, дешев и дает устойчиво воспроизводимые параметры конечного продукта.
Добавить в закладки
Комментарии

Исследователи из Томского политехнического университета (ТПУ) и Цзилиньского университета (КНР) предложили новые методы быстрого и недорогого производства порошка из полых магнетитовых микросфер. Поскольку этот материал эффективно поглощает электромагнитное сверхвысокочастотное излучение, из него можно сделать стелс-покрытия для военной техники, делая ее невидимой для радаров. Порошок может быть использован и в мирной жизни — в медицине и энергетике. Об изобретении сообщается в поступившем в редакцию пресс-релизе.

Микросферы из магнетита (оксид железа с формулой Fe3O4) имеют особые магнитные свойства, позволяющие материалу эффективно поглощать СВЧ-излучение. В диапазоне от 4 до 12 гигагерц они способны поглощать до 99,99 процентов электромагнитного излучения. Все это крайне желательные характеристики для защиты аппаратуры оптоволоконной связи от помех (в данном диапазоне) или для маскировки военной техники от компактных радаров.

Другая ценная черта магнетита — полые сферы из него хорошо удерживают лекарства, а для человека вполне безвредны (наш мозг даже сам вырабатывает частицы магнетита, хотя и неизвестно зачем). Поэтому такие наночастицы можно вводить в кровоток, где они будут постепенно высвобождать лекарства, давая активному веществу возможность оказывать постоянное, а не разовое действие на пациента.

Однако реализация всех этих возможностей требует воспроизводимого и сравнительно недорогого производственного процесса. До сих пор единых стандартов в создании микросфер оксида железа нет, поэтому их качество может серьезно разниться, а высокая стоимость в ряде случаев затрудняет практическое применение.

Используемый томскими разработчиками способ получения магнетита и ряда других оксидов железа выглядит не вполне обычно. Для этого применяется созданный в ТПУ ускоритель плазмы, куда монтируется отрезок стальной водопроводной трубы длиной примерно 20 сантиметров (рабочее тело). В ускорителе зажигается плазма, и через стальную трубу проходит плазменный разряд.

Частицы плазмы (ядра атомов с «содранными» электронами) попутно увлекают металл со стенок трубы и выносят его с собой в камеру, наполненную кислородом. Плазма нагревает рабочее тело до очень большой температуры, облегчающей быстропротекающую плазмохимическую реакцию, параметры которой (высокая температура и скорость перемещения атомов железа и кислорода) позволяют получить нано- и микрочастицы оксида железа в одном и том же диапазоне размеров. При этом длительность реакции измеряется миллисекундами, что позволяет получать большое количество такого порошка с каждой установки и дополнительно снижает его стоимость.

Что важно, по своим свойствам такие микро- и наночастицы резко отличаются от оксидов железа, получаемых стандартными химическими методами, например «медленным окислением». Установка позволяет создавать не только микросферы магнетита, но и так называемую эпсилон-фазу оксида железа. Эпсилон-фаза — это полиморф оксида железа (II), который может быть получен только в лабораторных условиях и не имеет аналогов в природе. Он отличается от всех стандартных оксидов железа тем, что его кристаллическая решетка может содержать участки, разные по пространственной организации, в то время как кристаллическая решетка стандартных оксидов железа имеет регулярный характер.

За счет необычной структуры магнитные свойства такого оксида также отличаются от типичных оксидов. Скажем, эпсилон-фаза имеет самую большую коэрцитивную силу — значение напряженности магнитного поля, необходимое для полного размагничивания ферромагнитного материала — среди простых оксидов металлов. Для эпсилон-фазы оно достигает 23 килоэрстедов. Кроме того, поглощение электромагнитного излучения в радиодиапазоне у эпсилон-фазы оксида железа в десять раз выше, чем у магнетита.

Все это делает его крайне ценным материалом как в электронике, так и в области маскировки военной техники от радаров. Есть у магнетита и эпсилон-фазы оксида железа еще одно свойство — он заметно улучшает свертываемость крови, хотя пока это удалось подтвердить только в лаборатории. Работа в этом направлении ведется томичами в сотрудничестве с гематологами, и в ближайшее время они надеются выяснить, насколько новая разработка может пригодиться в медицине.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

В Омске создали алгоритм самосборки наноструктур

С его помощью можно создать массовое промышленное нанотехнологическое производство.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из Омского государственного технического университета разработали алгоритм, позволяющий предсказать, какие наноструктуры могут самостоятельно собираться из заранее определенных молекул конкретных веществ. Это позволит «программировать» самосборку необходимых наноструктур в промышленных масштабах. Соответствующая статья опубликована в Physical Review B. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ) .

Наноструктуры имеют массу интересных особенностей, отсутствующих у более крупных микроструктур. Из них можно делать новую особо компактную и производительную электронику, эффективные катализаторы, средства для адресной доставки лекарств и многое другое. Однако создание наноструктур посредством управляемых манипуляций неизбежно делает их достаточно дорогими. Наиболее рентабельным способом их производства могла бы стать самосборка необходимых наноструктур за счет межмолекулярного и межатомного притяжения между их «кирпичиками».

Для этого необходимо рассчитать, какие атомы и молекулы вероятнее всего образуют «нанокомки». Вычислив необходимые составные элементы, их можно «скормить» производственной установке и получить на выходе массовые и дешевые наночастицы и наноструктуры. Типичным примером такого рода самособирающихся структур — своего рода идеалом для нанотехнологий — является ДНК. Это очень сложная конструкция, но она собирается весьма точно за счет самоорганизующихся процессов. Новый алгоритм ученых из ОмГТУ моделирует подобные процессы самосборки (впрочем, пока гораздо проще, чем в ДНК), что позволяет отказаться от крайне сложных, продолжительных и дорогих натурных экспериментов.

В основе разработки — моделирование поведения димерных молекул на подложке, имеющей сотовую структуру. Типичным примером такой подложки является графен. Димеры — это молекулы, состоящие из двух одинаковых элементов, которыми могут быть как атомы, так и радикалы или группы. Все димеры имеют «ось» — связь, соединяющую два элемента, из-за чего в упрощенных моделях их уподобляют гантеле. [ ... ]

Читать полностью

Оксид меди и серебра поможет отыскать взрывчатку и наркотики

Российские ученые создали смешанный нанокомпозит, обладающий рядом удивительных свойств.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученым из из Института катализа имени Г. К. Борескова Сибирского отделения РАН совместно с Лабораторией рентгеновской дифрактометрии Новосибирского государственного университета удалось получить смешанный оксид меди и серебра. Свойства нового композита настолько специфичны, что обещают ему широкое применение в производстве самых разных продуктов — от пластиковых бутылок до взрывчатки. Об этом сообщает сайт Сибирского отделения РАН.

Одна из наиболее важных отраслей, где применяются смешанные оксиды, — это каталитическая химия. Разные металлы различным образом создают соединения, содержащие кислород (оксиды). Если в одном соединении кислород связан сразу двумя металлами, его свойства резко отличаются, от тех, что можно наблюдать в обычных оксидах металлов (той же ржавчине). Например, такой кислород может значительно активнее реагировать с внешними соединениями, то есть быть куда более эффективным катализатором, в том числе при низких температурах.

Чем ниже температура того или иного массового технологического процесса, тем меньше затраты энергии на его поддержание. Например, на такой реакции, как окисление этилена, основано получение этиленгликоля, полиэтиленгликолей (из них делают антифризы, тормозные жидкости, моющие средства). Чем ниже температура и чем быстрее идут такие реакции, тем дешевле и конкурентоспособнее конечные продукты. А в их числе даже косметика, парфюмерия, ПЭТ-бутылки и ряд взрывчаток.

На первом этапе ученые изучили каталитические свойства обычного оксида CuO в его наноразмерном состоянии. Выяснилось, что в зависимости от размера «зерна» CuO каталитический эффект оксида меди заметно разнится. Крупные кристаллы хорошо окисляли только при температуре 150—200 градусов Цельсия, а наноразмерные частицы — уже при комнатной температуре. Более детальное исследование показало, что в наноразмерном оксиде меди соотношение атомов соответствовало формуле не CuO, а уже Cu4O3, благодаря чему кислород имел аномально высокую реакционную способность. [ ... ]

Читать полностью

Российские ученые предложили сделать наноалюминий из металлического стекла

Нанометаллы пригодятся в ракетостроении и создании принципиально новых композитов.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из НИТУ «МИСиС» и Университета Тохоку (Япония) изучили металлическое стекло и обнаружили совершенно неожиданный эффект. С его помощью можно быстро и недорого получать сферические однотипные наночастицы алюминия. Соответствующая статья опубликована в Intermetallics

Металлическим стеклом называют вещества, которые при обычных условиях, остывая, образуют кристаллические решетки, похожие на те, из которых состоят металлы. Однако, если их охладить максимально резко, молекулы в таких материалах застывают неупорядоченно и нормальные кристаллические решетки не возникают. Благодаря этому такие материалы перспективны для ряда отраслей, но в то же время имеют ненормально высокую хрупкость (в ряде случаев близкую к обычному стеклу). Вдобавок действительно быстрое охлаждение металлов и их сплавов требует экзотических производственных методов, например осаждения из газовой фазы (для чего нужно вначале эти металлы испарить, а потом осаждать в вакуумной камере) или даже распыления в охлаждающей среде с помощью взрыва. Поэтому пока такие материалы дороги.

Российские исследователи изучили, как меняются свойства металлического стекла с составом Al85Y8Ni5Co2. Неожиданно они обнаружили, что если этот сплав нагревать с разной скоростью, то свойства получающихся металлических стекол с формально одним и тем же химическим составом будут разными. Связано это, вероятно, с тем, что хаотичность структуры таких металлических сплавов слегка отличается в зависимости от температуры. У неожиданного наблюдения оказались значимые практические следствия.

Если материал нагревать быстро, то из-за скоростной кристаллизации в нем возникают наночастицы сферической формы из практически чистого алюминия, размер их около 10 нанометров в диаметре. Получающийся сплав хотя и тверд, но хрупок, и поэтому его легко разбить. В норме с хрупкостью металлических стекол борются, но в данном случае это скорее преимущество. Кроме того, нужный по скорости нагрев достигается в рамках стандартных методов металлургии: после отливки материал нужно лишь подвергнуть обычной термической обработке, и он тут же насыщается наночастицами алюминия. [ ... ]

Читать полностью