Нанотехнології

Хіміки Санкт-Петербурзького державного університету створили наномаркери, за допомогою яких можна наносити невидимі мітки на товари та різноманітні металеві предмети. Ця розробка допоможе захистити цінні вироби від незаконного копіювання та завадити появі контрафакту на ринку металів. Нанометки були розроблені під керівництвом постдоку СПбДУ Дар'ї Мамонової у рамках гранту Російського наукового фонду. Про те, як працюють наномаркери, розповіла один із авторів розробки, доктор хімічних наук, професор СПбДУ (кафедра лазерної хімії та лазерного матеріалознавства) Аліна Маньшина.

Новини

Ін'єкція наночастинок та бляшки в артеріях

Одна з причин смерті – це проблема із серцево-судинною системою. Але задовго до смерті проблема з кровотоком значно отруює життя, знижуючи когнітивні здібності і підточуючи загальну витривалість організму. Нові наночастки покликані покращити стан організму.

Дайджест наук поп-новин за тиждень, про які ми нічого не писали

• Смерть масивної зірки від чорної діри стала найбільшою і найяскравішою подією свого роду

• НАСА вперше продемонструвало у космосі «ультрахолодний» квантовий датчик

• Вчені створили матеріал, здатний вимірювати температуру нанорозмірних об'єктів

• Даніо-реріо використовують дивовижну стратегію для відновлення спинного мозку

• Вчені-аматори помітили об'єкт, що рухається зі швидкістю 1,5 мільйона км/год.

Колонізація: як нагріти Марс

Величезне бажання деяких індивідів колонізувати Марс може здаватися божевільним, особливо з огляду на безліч факторів, які ніяк не сприяють нормальному життю на червоній планеті.Однією з таких проблем є температура, яка на поверхні Марса коливається від +20 до -153 °C. Також відомо, що третина поверхні Марса має неглибоко залягаючий H₂O, проте через температуру цей ресурс некорисний, грубо кажучи. Тому вчені з усього світу почали замислюватися над тим, як нагріти Марс. Деякі ідеї досить ефективні на папері, але їхня реалізація вимагає як інфраструктури, так і матеріалів, яких немає на Марсі. А ось вчені з університету Чикаго (Чикаго, США) запропонували метод, в якому будуть використовуватися рідні для червоної планети компоненти на наномаштабі. У чому полягає суть методу, як він працює, і наскільки високою є його ефективність? Відповіді на ці запитання ми дізнаємось із доповіді вчених.

Рухаюча сила звуку: маніпулювання рухом об'єкта в динамічному середовищі

Однією з найбанальніших завдань є переміщення об'єкта з точки А до точки Б. Все стає набагато складніше, коли мова заходить про об'єкти мікрометрового масштабу, а фізичне контактування з ними фактично неможливе. Група вчених із Федеральної політехнічної школи Лозанни (Швейцарія) розробили нову методику, що дозволяє спрямовувати траєкторію руху об'єкта за допомогою звукових хвиль, уникаючи при цьому контакту з перешкодами в динамічних середовищах. Які принципи лягли в основу даної методики, що показали практичні досліди і де може застосовуватися така технологія? Відповіді на ці запитання ми знайдемо у доповіді вчених.

Шахова дошка: самозбирання наноскопічних структур

Сучасна наука має безліч можливостей, які використовуються для досягнення безлічі цілей. Часом вони суперечать один одному, але це лише на перший погляд.Деякі дослідження націлені на досягнення максимального контролю над системою, інші намагаються досягти виконання поставленої мети самою системою з мінімальним втручанням з боку людини. І ті, й інші необхідні спрощення будь-якого процесу з паралельним збільшенням його продуктивності. Вчені з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго (США) створили систему наноскопічних елементів, здатних самостійно збиратися до структур шахівниці при контакті з водою. Які принципи стали фундаментом для даного дослідження, у чому були складності реалізації, і яке практичне застосування створеної системи? Відповіді на ці запитання ми знайдемо у доповіді вчених.

Вакуумні струменеві насоси: пристрої прості на вигляд, але таємничі з фізики роботи

Струменеві насоси-ежектори

У статті про теплові вузли будинків вже розглядався елеваторний вузол як варіант використання водоструминного насоса з приводом від напору теплових мереж.

Елеватор зовсім не унікальний пристрій, а лише одна з версій застосування широко відомого сімейства струминних насосів.

Такими струминними насосами можуть бути як водо-водяні, так і водогазові, газоводяні або газогазові насоси. (Див.рис.1.)

Дайджест наук поп-новостей за тиждень, про які ми нічого не писали

• Радість спорту: Як перегляд спортивних змагань може покращити самопочуття

• У процесі вивчення найпотужнішого космічного вибуху за всю історію спостережень астрономи зіткнулися з несподіванкою

• Дослідники розробили дисплей, що розтягується, на квантових точках.

• Перша в природі фрактальна молекула збирається у трикутник Серпінського, і ми не знаємо чому

• Виявлено нову дивну форму золота у вигляді листа завтовшки в один атом.

Лист золота завтовшки один атом

Хімічні та фізичні властивості матеріалів можуть змінюватись у відповідь на вплив тих чи інших факторів. До них можуть належати як зовнішні (температура середовища, доданий тиск, спрямоване випромінювання і т. д.), так і внутрішні. До таких відноситься і габарити, а точніше товщина цього матеріалу. Вчені дуже довго намагалися створити лист золота завтовшки в один атом, оскільки такий лист матиме низку корисних властивостей, які не притаманні тривимірному «шматку» золота. Однак успіху в цьому починання не було досі. Вчені з Лінчепінгського університету (Швеція) змогли нарешті створити одноатомний лист золота. Як саме їм це вдалося, які властивості має новий матеріал, і в яких галузях він може бути використаний? Відповіді на ці запитання ми знайдемо у доповіді вчених.

Матеріали майбутнього: текучі метазерна

Однією з найважливіших завдань сучасної науки є створення матеріалів, хімічні та/або фізичні властивості яких легко піддаватимуться налаштуванню залежно від обраних для них цілей застосування. Особливий інтерес викликають гранульовані матеріали, такі як пісок. Залежно від різних факторів гранульовані матеріали мають безліч цікавих властивостей. Вчені з Амстердамського університету (Нідерланди) розробили новий тип гранульованих матеріалів, властивості плинності та стисливості яких легко піддаються настроюванню. З чого виготовлені ці гранули, які саме властивості вони мають, і де можуть бути застосовані на практиці? Відповіді на ці запитання ми знайдемо у доповіді вчених.

Нанорозмірні касетні бомби, що застосовуються в онкології

Одними з найстрашніших і одночасно ефективних винаходів нашої цивілізації є касетні боєприпаси та хіміотерапія. Англійською мовою касетні боєприпаси називаються "cluster munition" або "cluster bomb". Саме з касетними боєприпасами порівнюється дивовижний клас протиракових препаратів, що розробляються з початку XXI ст. Це капсули, які збирають нанотехнологічним методом, начиняють активною речовиною, доставляють до пухлини та дистанційно підривають (наприклад, за допомогою ультразвуку). Цей терапевтичний підхід практично не розглянутий на Хабре (не враховуючи однієї новини, опублікованої шановним @SLY_G, а в даний час все більш химерно поєднує нанотехнології з біотехнологією та генною інженерією. Розглянемо його докладніше).

Цикадка-невидимка: оптичні властивості брохосом

Світ дикої природи часто стає джерелом натхнення для вчених та інженерів як у наші дні, так і сотні років тому. Спроби реплікувати те, на що в еволюції пішли тисячі років, пов'язані з безліччю складнощів, але це не зменшує ентузіазму вчених. Одним із основних джерел природного натхнення є комахи, що не дивно, враховуючи чисельність даного класу тварин, що налічує близько мільйона видів. Вчені з університету штату Пенсільванія (США) приділили особливу увагу цикадкам. Ці дуже поширені комахи хоч і здаються досить простими на вигляд, але мають дивовижну особливість — вони виділяють і покривають своє тіло крихітними частинками (брохосомами), форма яких нагадує фулерен. Що робить ці частинки унікальними, навіщо вони потрібні цикадки, і як вони можуть бути використані людиною? Відповіді на ці запитання ми знайдемо у доповіді вчених.

Нанорозробка — як зараз справи у сфері наноботів

У фільмі «Бладшот» армія нанороботів у крові перетворює головного героя на безсмертного суперсолдата, наділеного надсилою та здатністю миттєво самозцілюватися.

У фільмі "Не час помирати" ворожі наноботи потрапляють у кров Джеймса Бонда та заражають його вірусом.

У грі Fortnite інопланетні наноботи можуть відтворювати атмосферу планети прибульців.

А як справи з наноботами в реальному житті? Скільки оцінюється світовий ринок? Які цікаві розробки пропонують компанії? І головне, як все починалося і навіщо?

Найближчі події

Перспективи промислового виробництва фулеренів та нанотрубок

У червні 2021 року я торкався в цьому блозі теми вуглецевої доби, що настає – публікував статті «Дуже міцні м'ячики. Фуллереновий конструктор та інші нотатки на зорі вуглецевої доби» і «Космічний ліфт. Як, навіщо, із чого». Під статтею про космічний ліфт розгорнулася спекотна дискусія з безліччю критичних зауважень (124 коментарі), і мене особливо потішив коментар Олексія Журавкова @Alex_SLV: «Кожні 3 місяці приходить людина і пише про космічний ліфт, думаючи, що така вже точно не було, ». Також дуже проникливим був коментар Сергія Соколова @kolu4iy: «Була в мене стара радянська книжка, в якій цей аспект було порушено. І за підрахунками виявилося, що все, що літає на геостаціонарній або нижче орбіті, зобов'язане з цим ліфтом зустрінеться. А оскільки ліфта ще немає, а супутників там уже багато — вибір людства, власне, вже зроблено і не на користь ліфта».Я ж вважаю, що ні фулеренові молекулярні клітини, ні кабелі з нанотрубок досі не стали технологічною буденністю саме через складність промислового одержання фулеренів заданої форми та нанотрубок макроскопічної довжини. При цьому нові дослідження підказують, що хорошим напівфабрикатом для таких структур можуть стати звичайна сажа і попіл, який отримується при спалюванні поліциклічних вуглеводнів у присутності каталізатора. Про це поговоримо під катом.

Термін служби мембрани планарних навушників 3 роки?

Сьогодні поговоримо про важливий термін служби мембрани планарних (ізодинамічних) навушників.

Нам часто ставлять питання щодо терміну служби планарних мембран.

Наноматеріали та нанотехнології. Частина IV

У 1986 році в Австралії було відкрито рідкісний біомінерал – мідний оксолат кальцію. Його назвали мулуїтом. У природі цей мінерал пов'язують із діяльністю живих організмів. Він виявлений у лишайниках на мідь містять мінералах. Структура кристала тривалий час (майже 40 років) була достовірно визначена. Отримання кристалів і розшифрування структури мулуїта виявилося завданням. Кристалографам СПбГУ в лабораторних умовах вдалося синтезувати кристали мулуїту, придатні для рентгеноструктурного аналізу, і які можна докладно вивчити на наявному устаткуванні.

Мідь є токсичним елементом, а утворення нерозчинного мулуїту може використовуватися в технологіях біоремедіації (очищення грунтів та вод). Для очищення ґрунту від міді можна використовувати мікроорганізми, які продукують оксолати – похідні щавлевої кислоти. У промисловості мулуїт використовується для отримання наночастинок, зокрема оксиду міді.

У пропонованій публікації буде розглянута та основа, яка забезпечує подання внутрішнього устрою матерії у формі кристала (атомної структури, грати). Виявилося, що на нашій планеті фізичні закони такі, що обмежують різноманітність представників світу кристалів. Йдеться про ті 230 просторових Федорівських кристалографічних груп, яким підпорядковані закономірності устрою речовини. Цей погляд можна сприймати як геометричну інтерпретацію простору з усіма його властивостями, розуміючи, що структури речовини диктуються не геометрією, а хімією та фізикою, енергіями матеріальних частинок та їхньою взаємодією.

При цьому вражає, наскільки глибоко і адекватно людський розум передбачав такі структури. За всієї обмеженості можливостей інструментарію людям вдалося отримати зображення того невидимого неозброєним оком світу і переконатися у правильності своїх уявлень

Мета публікації насамперед освітня, пізнавальна, популяризація науки, а також прагнення залучити до лав дослідників, у науку припливу нових молодих умів, викликати в таких умах прагнення до пошуку відповідей на питання, що виникають. Масштабність теми вимагає запровадити розумні обмеження.

Інформаційна цінність одноатомних магнітів

Раніше я розглядав у цьому блозі можливі варіанти завершення чи продовження закону Мура. Ця тема активно обговорюється на Хабре та за його межами. Зокрема, шановний Юрій Парфенов @YuriParfenov опублікував статтю про закон Хуанга, який точніше за закон Мура описує розвиток апаратного забезпечення. Шановний Валерій Істишев @istishev в одній із статей 2021 року детально описав, з якими нюансами закон Мура продовжує працювати сьогодні.Найбільш очевидний спосіб компенсувати уповільнення закону Мура — розпаралелити обчислення, про що, зокрема, розповідає шановний Олександр Якубович @ ragequit у цій статті. Але разом із потребою у збільшенні обчислювальних потужностей зростає і потреба у компактних сховищах даних, які мають високу доступність. Нижче ми розглянемо, як можуть допомогти одноатомні магніти, і як порівняно недавно навчилися їх створювати.

Наноматеріали та нанотехнології. Частина II

У пропонованій увазі читачів роботі зосередимося на викладі питань освіти (синтезу, створення) наноматеріалів підходом («знизу вгору»), т.е. е. на складання, самоскладання та каталізі. У макросвіті аналогічне завдання синтезу виробів також вирішується під час використання підходів «знизу-вгору» і часто «зверху-вниз», але методи зовсім інші, які перенести в наномир з низки принципових причин не вдається. Тим не менш, і в цій галузі фахівці не стоять на місці і знаходять згодом досконаліші рішення. Маються на увазі насамперед можливості 3D-друку. Друк виконується на підкладці (carrier або support), яка є інертним або малоактивним матеріалом, що служить для стабілізації на його поверхні частинок активної каталітичної фази.

Новинки в макросвіті цікаві, але про них згадаємо дуже коротко на основі публікацій у пресі. Головну увагу приділимо наносності наноматеріалів. Важливою стороною виробництва є масштабність та застосовність на користь господарських галузей.

Мета публікації насамперед освітня, пізнавальна, популяризація науки, а також прагнення залучити до лав дослідників, у науку припливу нових молодих умів, викликати в таких умах прагнення до пошуку відповідей на питання, що виникають. Масштабність теми вимагає запровадити розумні обмеження.

ДНК-орігамі: найменший у світі нанорозмірний електромотор

Орігамі - це стародавнє мистецтво складати різні фігури з аркушів паперу. У сучасному світі папір є не єдиним матеріалом для складання. Орігамі знайшло своє застосування й у робототехніці, й у медицині, й у фармакології. А ось вчені з Техаського університету в Остіні (США) використовували техніку орігамі для створення перших у світі працюючих наноелектромоторів, основою яких є ДНК та нітрид кремнію. Як саме вчені створили ДНК-орігамі, як воно працює, і де може знайти застосування така незвичайна технологія. Відповіді на ці запитання ми знайдемо у доповіді вчених.

Наноматеріали та нанотехнології. Частина I

Компанія Bayer (Німеччина 2007) запустила реактор потужністю 200 т/рік багатостінних вуглецевих трубок, але їм довелося обмежити виробництво. Багатостінні трубки не знайшли очікуваного збуту, вони робилися з графіту, а чи не з графену, одного атомного шару вуглецю.

Російський автор патенту Graphetron Михайло Предтеченський вигадав ключову фразу: «Будь-яким способом створюється частинка, що рухається в потоці вуглеводневого газу, і на ній росте одностінна трубка». Якщо технології так, то цей патент, якщо ні, то інший. Після цього в патенті можна нічого не називати та не розкривати. У лютому 2010-го Юрій Коропачинський разом із Олегом Кириловим, Юрієм Зельвенським та Михайлом Предтеченським створили компанію OCSiAl.Побачити генератор Graphetron не можна, він як камінь Кааба закритий завісою.

Для розуміння властивостей матеріальних тіл на наномасштабному (від 1 до 100 нанометрів) рівні необхідно мати уявлення про відповідні їх властивості на макроскопічному та мезоскопічному рівнях. нашому світі відіграють провідну роль, і вона залишається справедливою (зберігається) для тіл з нано розмірністю, хоча властивості речовин при подрібненні зазнають суттєвих змін.

Я не говоритиму тут про фізичні закони термодинаміки, а наведу лише теорему Гінзберга – пародію на закони термодинаміки, що має призвести читача до зіставлень.

0. Є гра.
1. Ви не можете виграти (наслідок першого закону термодинаміки)
2. Ви не можете вийти у беззбиток (наслідок другого закону термодинаміки)
3. Ви навіть не можете вийти із гри (наслідок третього закону термодинаміки)

Зрозуміло, що вичерпне викладення питання в обмеженій за обсягом статті неможливе, але як ознайомлювальне введення в проблему ця робота пропонується читачам

Мета публікації насамперед освітня, пізнавальна, популяризація науки, а також прагнення залучити до лав дослідників, у науку припливу нових молодих умів, викликати в таких умах прагнення до відповідей на питання, що виникають. Масштабність теми вимагає ввести розумні обмеження.