ефект лотоса

Ефект лотоса, також відомий як ефект лотоса, це низька змочуваність поверхні, яку можна спостерігати у рослини лотоса. Мікроструктурована верхівка листя цієї рослини не змочується водою та багатьма іншими водними рідинами, тому утворюються краплі, які не прилипають до поверхні. Тверді речовини, які прилипають до звичайних поверхонь, такі як кольоровий порошок, мають меншу стійкість і легко змити. Ефект лотоса визначає самоочищення ієрархічно структурованих поверхонь при взаємодії низької та зниженої змочуваності. комунікабельність, інші рослини, такі як настурція, капуста, очерет, коломбіна, тюльпан, мантія та банан, демонструють цей ефект.

Самоочисні поверхні набувають все більшого технічного та економічного значення.

«Війна та мир» на наномасштабі та «ефект лотоса»: що потрібно знати школярам про нанотехнології

З чого складається CD, чому крило метелика — сіре, а квітка лотоса не вбирає вологу, чи можна написати своє ім'я в наномасштабі і яку площу аркуша займуть на наномасштабі всі томи «Війни та миру»? В Університеті ІТМО знають, як доступно та захоплююче розповісти школярам про нанотехнології і наочно показати, що фізика — це не лише ненудно, а й перспективно з погляду подальшої кар'єри. Як наука йде в реальний бізнес і чому іноді десятикласник може вирішити складне завдання краще за цілу групу інженерів — у нашому матеріалі.

Реальні дослідження проти зубріння Чи можна заглянути в наномир за допомогою звичайної лазерної указки та вивчити, наприклад, будову CD-диска? Кожен з нас тримав кругляшок, що переливається, в руках, але мало хто знає, що в нього всередині і як він працює. Зрозуміти, як влаштований CD-диск, під силу будь-якому десятикласнику, якому цікаво не просто вивчати формули зі шкільного підручника з фізики, а й робити власні дослідницькі проекти. Все, що для цього потрібно, — взяти диск і лазерну указку і подивитися короткий ролик, де за п'ять хвилин пояснюється, що таке решітка дифракції і як вона працює на прикладі компакт-диска. Це одне із конкурсних завдань проекту на єдиній освітній платформі «Школа на долоні». Вона є єдиним мережевим майданчиком додаткової освіти, що об'єднує конкурсно-освітні програми для школярів та програми додаткової професійної освіти вчителів. Головна ідея — розповісти про науку та технології доступно та популярно, а заразом дати школярам можливість провести експеримент та створити власний проект (підсумковий звіт чи презентацію вони надсилають журі). Саме таку мету має і доступне на платформі завдання про CD-диск, авторами якого є співробітники Університету ІТМО.

«Коли ми готували проект, ми свідомо хотіли уникнути формату „візьміть ручку і щось порахуйте“, а прийти до того, щоб діти змогли самі щось зробити руками, провести власне міні-дослідження. Так, дуже просте, на кухні, будинки, зате самі, – розповідає керівник наноцентру лабораторії метаматеріалів Університету ІТМО Михайло Мухін. — І можу сказати, що ми потрапили до формату.За спостереженнями „Шкільної ліги“, вдалий конкурсний проект – це той, який цікавий 30-40 дітям. У нас залишилось дві тижня до кінця конкурсу, а проекти з нашого завдання готують уже 97 хлопців».

За словами провідного наукового співробітника кафедри нанофотоніки та метаматеріалів Романа Полозкова, На відміну від стандартного викладання фізики в багатьох школах, такий формат здатний довести, що ця дисципліна - зовсім не відірвана від життя, незрозуміла багатьом наука.

«У сучасній шкільній освіті цей предмет, на жаль, масово стали викладати як набір формул та аксіом. А зубріння у фізиці - це найнеефективніший підхід, - каже він. - Ця наука прекрасна саме своєю мультидисциплінарністю: різні явища, які зовні сильно відрізняються, можуть мати одну й ту саму природу. Тому для інженера в широкому значенні цього слова – того, хто здатний створювати природу, знання фізики дає простір фантазії».

Чи можна писати наноручкою і як школяреві вирішити реальні інженерні завдання від бізнесу Вже в середині квітня переможці конкурсного завдання зможуть завітати до наноцентру лабораторії метаматеріалів Університету ІТМО. Тут вони вже наочніше зможуть переконатися, як влаштована поверхня CD-диска, дізнаються, чому крило метелика насправді сіре, а також на нанорівні вирішать завдання «ефект лотоса» — зможуть зрозуміти, як виглядає структура пелюстки і чому він не вбирає вологу. Знайти відповіді на ці запитання допоможе спеціальний зондовий мікроскоп NanoTutor, розроблений резидентом Технопарку ІТМО компанією «НТ-СПб». Університет ІТМО.NanoTutor NanoTutor спеціально заточений під шкільну та студентську освіту та проекти – це дозволяє здійснити задумки хлопців за допомогою зрозумілих, адаптованих спеціально для них нанотехнологій.

«Скануючий зондовий мікроскоп - ідеальний прилад для використання в навчальному процесі, оскільки на його прикладі юні дослідники бачать, як абстрактні розділи фізики, в тому числі квантової, хімії, математики та IT починають працювати разом. І у звичайних лабораторних умовах вони дають дивовижні результати.», - розповідає професор кафедри нанофотоніки та метаматеріалів Олександр Голубок.

Наприклад, такий скануючий зонд може працювати, як наноручка: якщо взяти зонд і пустити через нього струм, проходячи по поверхні матеріалу і взаємодіючи з шаром рідини, що знаходиться на ній, завтовшки в кілька атомів, він може малювати або написати на поверхні що-небудь - все це відбувається завдяки процесу окиснення. Іван Мухін розповідає: якось у лабораторії вирішили перевірити, яка площа аркуша знадобиться, щоби написати на наномасштабі «Війну і мир». В результаті підрахунків з'ясувалося, що для всіх чотирьох томів потрібно не більше квадратного міліметра. Старшокласники можуть вивчати нанотехнології та на прикладі реальних інженерних завдань від бізнесу. У липні 2017 року стартує нова проектна зміна освітнього центру «Сіріус». Цього року Університет ІТМО спільно з компанією НТ-СПб підготував у рамках зміни одразу чотири завдання за профілем «Мікросвіт та зондова мікроскопія», всі проекти пройшли серйозний відбір та були включені до підсумкової програми. Захист проектів школярів у центрі «Сіріус».Джерело: соціальні мережі Головна особливість проектів – орієнтованість на реальний бізнес. Так, школярам, ​​наприклад, запропонують вигадати метод захисту справжності документа на нанорівні — подумати над створенням так званого нанопідпису, а також вирішити «завдання про титанові імплантати». Відомо, що титан використовується для зубних протезів, проте погано приживається в органічному середовищі. Яке нанопокриття необхідно створити для вирішення цієї проблеми? Як підкреслюють автори проектних завдань, ці питання є надзвичайно актуальними для сучасного бізнесу, але поки що не мають чіткого вирішення.

«Безперечно, у нас є глобальні ідеї та розуміння, в якому напрямку рухатися, але поки що остаточного вирішення поставлених завдань немає. Саме тому важливо надати можливість вирішити їх талановитим дітям. Чому? Це дорослі зазвичай знають, що так не вийде, а діти цього не знають. І часом вони вигадують рішення, які можуть виявитися ефективнішими, ніж ті, що пропонують цілі інженерні відділи», – розповідає Михайло Мухін.

Крім "Сіріуса", Університет ІТМО візьме участь і у всеросійській літній школі "Наноград", запланованій на серпень 2017 року. Тут усі завдання також є бізнес-кейсами, а це означає, що у хлопців з'явиться можливість запропонувати ідею, яка в майбутньому, можливо, буде покладена в основу реальної розробки.

Як наголошує Михайло Мухін, вже кілька років Університет ІТМО на власному прикладі показує, що наука справді може йти у реальний бізнес. При цьому наукова та комерційна складові у виші йдуть без відриву від процесу освіти.Яскравий приклад того, як проект вийшов із наукової лабораторії в бізнес, — розробка, покликана покращити технологію МРТ: завдяки створеним у лабораторії метаматеріалам, які допомогли суттєво посилити магнітні поля, вчені Університету ІТМО роблять її швидшою, ефективнішою та безпечнішою для людини. Лабораторія Центру нанофотоніки та метаматеріалів Де вчитися фізиці та як будувати кар'єру? За словами провідного наукового співробітника кафедри нанофотоніки та метаматеріалів Романа Полозкова, часи, коли фізика сприймалася школярами як щось відірване від реального життя, минули. Сьогодні ця наука є базою для цілого ряду затребуваних інженерних спеціальностей, а її знання може стати білетом у високотехнологічний бізнес. науковий співробітник лабораторії метаматеріалів Іван Мухін. Ці завдання вищий навчальний заклад вже вирішує спільно зі шкільною лігою «Роснано» та освітнім центром «Сіріус». Застосувати свої успіхи талановиті хлопці зможуть вже під час вступу на профільні спеціальності. Наприклад, наприкінці минулого року в Університеті ІТМО було створено новий фізико-технічний факультет. На факультеті вже є кілька магістерських програм, а починаючи з наступного навчального року абітурієнти зможуть вступити на програму бакалаврату «Нанофотоніка та квантова оптика». Ця програма поєднує у собі фундаментальну підготовку з теоретичної фізики та математики, а також актуальних розділів сучасної фізики. Університет ІТМО.Михайло Мухін (праворуч) Новий фізико-технічний факультет Університету ІТМО вже співпрацює з багатьма профільними школами Санкт-Петербурга. Сьогодні вчені вишу проводять адаптовані лекції для школярів на найактуальніші у сучасній фізиці теми, розповідає інженер кафедри нанофотоніки та метаматеріалів. Юлія Толстих. Такі лекції часто виходять за рамки шкільної програми та розширюють знання школярів про сучасні тенденції в науці. Наприклад, часто темами лекцій стають останні дослідження вчених факультету, які нещодавно були опубліковані у відомих наукових журналах.

«Щоб університет міг готувати добрих магістрантів, потрібно займатися студентами у бакалавріаті. Але щоб прийшли сильні бакалаври, необхідно майбутніх студентів захопити фізикою та нанотехнологіями ще на шкільній лаві. Тоді майбутній абітурієнт точно знатиме, куди й навіщо він йде вчитися, а висока мотивація з перших років навчання дозволить зрости у затребуваного фахівця найвищої кваліфікації.», – каже Іван Мухін.

У майбутньому, як наголошують фахівці лабораторії, випускники нової програми бакалаврату зможуть працювати у високотехнологічних компаніях, у тому числі над комерційними проектами в Університеті ІТМО — у Технопарку ВНЗ, а також на малих інноваційних підприємствах (МІП), створених на основі отриманих університетом мегагран. Крім того, хлопці зможуть продовжити своє навчання у магістратурі та аспірантурі як у Росії, так і за кордоном, а також матимуть можливість поїхати на міжнародні стажування до США, Франції, Італії, Китаю, Іспанії, Фінляндії, Швейцарії та інших країн.