Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Такими ужасами вдохновляются нынче учёные перед началом очередной серии исследований (иллюстрация с сайта sarracenia.com).
Пример работы HAIRS-1. Когда воздух сухой (слева), иглы лежат. Когда влажность повышается (справа), гидрогель "накачивается" водой и разбухает. В результате иглы принимают вертикальное положение (иллюстрация Alexander Sidorenko et al.).
Здесь показан процесс, происходящий в результате повышения влажности (вид сверху): иглы, первоначально находящиеся под углом, поднимаются и поворачиваются к наблюдателю торцами, становясь видимыми как точки (иллюстрация Alexander Sidorenko et al.).
Руководитель исследования Петер Фратцл: "На создание этого материала нас вдохновила биология" (фото с сайта mpikg.mpg.de).
Гибридный материал HAIRS-2 в сухой атмосфере. Нижние концы игл – под гелем, а верхние сомкнулись, чем немного напоминают сжатые "челюсти" росянки (фото Alexander Sidorenko et al.).

Гелевые мышцы оживляют мухоловки и волосы наномира

Ключевые слова:  нанокомпозит, наноматериал, наноструктура, периодика

Опубликовал(а):  Кушнир Сергей Евгеньевич

02 февраля 2007

Надоело нанотехнологам делать всякие нанотрубки да нанонити - теперь в их крошечном мире завелось кое-что живое. Ну или, по крайней мере, похожее на живое. Только сами учёные так и не знают, что же они сделали. С одной стороны, это напоминает мышцу, с другой - гусиную кожу. А кто-то вообще утверждает будто это - хищная трава.

Высокая чувствительность растений-мухоловок (например, Dionaea muscipula) позволяет им быстро реагировать на своих жертв. Если насекомое касается створок мухоловки, то растение немедленно их закрывает. Такое поведение, характерное для живой природы, важно и для современных технологий, в которых также требуется быстрое реагирование на внешние условия.
Подобные механизмы "разрабатывались" природой достаточно долго и в разных условиях. Потому-то такие формы поведения, проверенные многими тысячами и миллионами лет работы, и интересуют учёных. В науке даже появилась такая отрасль, как биомиметика.
Эта дисциплина изучает возможности подражания различным природным моделям, которые можно применять в науке и в промышленности. Кстати, к разработкам в данной области можно отнести многие из известных сейчас достижений - от радара до искусственного интеллекта.
Итак, вдохновившись примером всяких росянок и прочей хищной травы, учёные решили воспроизвести их поведение на наноуровне.
За работу взялись специалисты из американских лабораторий Белла (Bell Laboratories) и из германского института Макса Планка коллоидов и поверхностей (Max-Planck-Institut fur Kolloid- und Grenzflachenforschung - MPIKG). Изобретение, которое у них получилось, по поведению чем-то похоже на мухоловку.
Разработка представляет собой необычный материал: мало того, что он реализован на наноуровне, так ещё и является гибридным. "Его особенность в том, что это комбинация твёрдых элементов - кремниевых игл - с мягким гелем, приводящим их в движение", - поясняет профессор Петер Фратцл (Peter Fratzl), директор MPIKG, принимавший участие в исследовании.
Своё изобретение учёные назвали HAIRS - аббревиатура от "hydraulic gel high-aspect-ratio rigid structures", что можно перевести примерно как "гидравлический гель с жёсткими структурами высокого характеристического отношения".
Гидрогель - это основная часть материала. Его свойства не постоянны, они меняются в зависимости от содержания воды в окружающем воздухе. Если влажность атмосферы меняется, то поверхность геля либо сжимается, либо расширяется. При этом иголки приходят в движение и меняют пространственную ориентацию.
На основе этого несложного принципа специалисты создали две модификации материала: HAIRS-1 и HAIRS-2.
В HAIRS-1 иглы расположены параллельно друг другу и находятся в геле. При сжатии поверхности гель наклоняет их в определённую сторону - то есть работает как своего рода наномышца.
В отличие от HAIRS-1, в HAIRS-2 иглы не просто "воткнуты" в гель, а укреплены на подложке. Из-за этого под действием сжимающегося геля они начинают гнуться, притягиваясь друг к другу. В зависимости от способа расположения игл они ведут себя по-разному, формируя различные узоры.
Минимальная конфигурация напоминает четырёхпалую кисть руки с пальцами, растопыренными вниз, а более сложные сами исследователи сравнивают с полем распускающихся микроцветов. Очень романтично, хотя и не ново. Важно то, что и иглы и в первой, и во второй модификациях могут возвращаться в исходное состояние и занимать любое промежуточное - для этого необходимо лишь управлять влажностью воздуха.
По словам Джоанны Айзенберг (Joanna Aizenberg), сотрудницы лабораторий Белла, такие сложные движения, которые совершают иголки в этом гибридном материале, наблюдаются впервые. Ранее в аналогичных системах, где полимерными элементами пытались управлять электрическим или магнитным полем, такое реализовать не получалось.
Об изобретении учёные рассказали в статье, опубликованной в журнале Science.
HAIRS-1 напоминает волоски, поднимающиеся, когда кожа замерзает (напомним, hairs в переводе с английского - "волосы"). А когда несколько иголок прижимаются кончиками друг к другу, как в HAIRS-2, то это, конечно же, походит на "капкан" росянки.
Что касается применения такого гибридного материала, то областей его использования можно придумать сколько угодно - тем более, что о реальной практической пользе говорить рановато.
Одну из самых удивительных возможностей предложила Джоанны Айзенберг. Исследовательница считает, что материалы вроде HAIRS можно использовать для покрытий, которые будут иметь водоотталкивающие свойства при сыром воздухе, но станут гидрофильными, когда атмосфера сухая. Вот такая открывается парадоксальная перспектива - вполне достойная матушки-природы.
Ну, а если применения не найдётся, то так и придётся использовать HAIRS в качестве наноросянки. Только надо будет изобрести наномух - хотя бы несколько штук.


В статье использованы материалы: MEMBRANA Люди. Идеи. Технологии., Science


Средний балл: 7.0 (голосов 1)

 


Комментарии
Юнусов Иван Сергеевич, 17 апреля 2014 07:03 
а полезность изобретения какова?

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Квантовая точка Ge
Квантовая точка Ge

Разминочные викторины по предметам стартовали на Наноолимпиаде
ХIV Всероссийская олимпиада по нанотехнологиям началась. Мы открыли впервые за 13 лет отдельные тесты для школьников по основным предметным направлениям - химии, физике, математике, биологии. Это первые (новые) официальные конкурсы олимпиады, фактически, разминка, дальше будет больше и интереснее...

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»:Динамическое термоодеяло по мотивам кожи кальмара. Газоанализатор на висмутене. Фуллерены для Тиффани. Магнетизм доменной стенки в сегнетоэлектрике или магнитоэлектрическая “сказка наоборот”. 100-летний юбилей академика Исаака Марковича Халатникова. Нобелевская премия 2019.

"Новые нанотехнологии" для "Кванториума"
Новая образовательная программа по основам нанотехнологий разработана для детских технопарков «Кванториум»

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.