Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Модуль Юнга (слева) и предел прочности (снизу) для различных материалов
Диаграмма растяжения для различных пленок
Общая схема получения перламутровых пленок
Пленка под электронным микроскопом

Перламутровая многослойная экобумага

Ключевые слова:  биополимер, керамика, композиты, новый материал, самоорганизация

Опубликовал(а):  Чепиков Всеволод Николаевич

21 марта 2010

Природные композиты являются ярким примером легких и прочных материалов. Использование свойств этих материалов в будущем позволит добиться прорыва во многих сферах человеческой деятельности, от строительства до тонких биомедицинских технологий.

Для некоторых природных материалов уже разгадана структура, что позволяет воспроизводить их с неплохой точностью. Как правило, эти композиты состоят из жесткого (неорганического) армирующего скелета и мягких органических прослоек, рассеивающих деформационное напряжение. Подобным образом устроены кости, древесина, кутикулы, панцири или, например, перламутр моллюсков. Именно перламутр заинтересовал ученых в качестве модельной структуры. Он состоит из нескольких слоев арагонита погруженных в белковую матрицу.

Было предпринято много попыток получить структуру, подобную перламутру, и их нельзя назвать безуспешными. В ряде случаев были получены образцы, превосходящие природный перламутр по ряду свойств. Но все методики имели общий недостаток - многократное напыление и закрепление слоев, что в итоге представляло собой длительный и энергоемкий процесс. Чтобы нанести несколько сотен слоев требовалось последовательное охлаждение до - 80оС, нанесение слоя и его обжиг при 1500оС. И такой цикл должен был повторяться нескольких тысяч раз.

Требовался новый революционный подход. И он был найден. В целлюлозно-бумажной промышленности давно научились выращивать слои из коллоидных растворов. Этот способ и был взят на вооружение. Слои могут самоорганизовываться, что сокращает время процесса и число операций. При этом становится возможным использование экологически чистых биоразлагаемых растворителей на водной основе.

В качестве неорганических пластинок был взят монтмориллонит (MTM), который используется в виде коллоидного раствора в воде (0,5% по массе). Толщина пластинок составляет около 1 нм при диаметре порядка 50-1000 нм. В качестве органической компоненты используется поливиниловый спирт (PVA) - 1%раствор в воде. При смешении растворов происходит адсорбция PVA на поверхности MTM, чему способствуют как высокая адсорбционная способность полимера, так и развитая поверхность пластинок.

Дальнейшую обработку можно проводить тремя путями. Первый - это вакуумная фильтрация. Она почти полностью аналогична производству бумаги. И продукт носит название перламутровой бумаги. Второй способ - нанесение суспензии MTM/PVA на поверхность подобно намазыванию масла на бутерброд с помощью специального лезвия. Это позволяет создавать слои строго заданной толщины. Третий способ подобен второму, но отличается отсутствием значительной точности - это простая покраска поверхности. Независимо от способа нанесения слой высушивается при температуре 80оС.

Таким образом, пленку, которую раньше получали несколько дней, теперь можно получить за считанные минуты. По внешнему виду она не отличается от слоя краски (при прозрачности 40-70% в видимой области). Отличительной особенностью таких пленок являются большая прочность (предел прочности до 165 МПа, что выше, чем у натурального перламутра). Добавление боратов и глутарового альдегида увеличивает прочность еще в 1,5-2 раза. К тому же подобные материалы газо- и водонепроницаемы, а также термоустойчивы, даже при сильном и длительном нагреве.

В заключение можно отметить, что подобные пленки представляют собой технологический прорыв с неограниченными возможностями для применения. Легкость изготовления и нанесения сделают их доступными, а прочность, легкость, устойчивость и экологичность – широко востребованными.




Комментарии
Это перспективно? А можно это использовать в медицине, например, для выращивания и/или восстановления костей и наращивания на них слоёв ткани?
Пастух Евфграфович, 22 марта 2010 16:14 
А сами то Вы как думаете Ангелина Валерьевна? ЭТО очень интересно!
К сожалению, пока только фантазирую. Я ещё в школе (буду в ней ещё не менее 4-х лет) и мечтаю, что и как сделать. Смотрю и пытаюсь понять, но не знаю насколько удачно всё может быть.
fozgen, 23 марта 2010 05:22 
"Как правило, эти композиты состоят из жесткого (неорганического) армирующего скелета и мягких органических прослоек, рассеивающих деформационное напряжение."
Не знаю как там с костью, но у перламутра и у абсолютного большинства полимерных композитов обратная структура - органическая матрица и жесткий наполнитель.
Kak pravilo compoziti na osnove PVA ne vodostoiki.....

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

 

Структуры гидроксида магния
Структуры гидроксида магния

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

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.