Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. Основные этапы изготовления графеновой пленки
Рис. 2. Теперь графен можно не только рассматривать в микроскоп, но и подержать в руках
Рис. 3. Сенсорный экран из графена.
Рис. 1. Примеры использования наноматериалов в строительстве:
а – солнечные батареи на крыше (вставка – Si/TiO2 нанопроволока);
b – бетонное дорожное покрытие (вставка – углеродные нановолокна);
с – стальной мост (вставка – наночастицы Сu);
d – окна здания (вставка – наночастицы TiO2) [3].
Рис. 2. Схема воздействия строительных наноматериалов в течение жизненного цикла
Рис. 1. Изображение золотой нано-пружины (стрелками обозначены ее концы),
полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии (а). Стальная пружина кручения (б).
Рис. 2. Схематическое изображение методики получения золотых нанопружин.
Рис. 3. Изображения, полученные с помощью
просвечивающей электронной микроскопии:
олеиламин-стабилизированные золотые нанопровода (а), золотые нанопружины, внедренные в PS154-b-PAA49 полимерную оболочку (б).

ПерсТ-дайджест

Ключевые слова:  Перст

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

26 сентября 2010

Графен – в массы

По своим уникальным физическим характеристикам (хорошая электрическая проводимость, оптическая прозрачность, упругость) графен обладает огромным потенциалом для практического применения в самых различных сферах, включая сверхбыстродействующие транзисторы для компьютеров и мобильных устройств, солнечные батареи, экраны дисплеев, “электронные газеты” и пр. Долгое время все упиралось в отсутствие технологии массового производства графена. Теперь такая технология есть. Она предложена в работе [1] (Сингапур, Корея, Япония) и заключается в следующем. Сначала монослой графена наносят на медную фольгу, используя для этой цели химическое осаждение из паровой фазы. Потом, прокатывая фольгу между валиками, покрывают графен полимерной пленкой. Затем медь удаляют электрохимическим травлением и, наконец, переносят графен (опять же путем прокатки) на подложку из полиэтилентерефталата (рис. 1).

Образцы имеют форму вытянутых прямоугольников с диагональю около 75 см (рис. 2). Никаких принципиальных ограничений на дальнейшее увеличение их размеров нет – были бы под рукой медная фольга соответствующего формата да достаточно вместительная камера для химического осаждения. О высочайшем качестве полученного в [1] графена говорит хотя бы факт наблюдения в нем квантового эффекта Холла. Сопротивление монослоя графена составило R » 125 Ом/см, что не намного превышает R пленок In2O3/SnO2(indium-tin oxide, ITO) – промышленного стандарта для прозрачных электродов солнечных батарей и жидко-кристаллических мониторов. Изготовив по той же методике 4-слойный графен (несколько раз повторяя описанную выше процедуру), авторы [1] понизили R до » 30 Ом/см - в три раза меньше, чем у ITO при коэффициенте пропускания оптического излучения » 90 % (как и у ITO). При всем при этом графен значительно превосходит ITO по своим механическим характеристикам (прочности и гибкости), да и производство ITO не дешевое.

Если учесть чрезвычайно высокую производительность предложенной в [1] методики, ее сравнительную простоту и возможность быстрого внедрения, то в скором времени можно ожидать замены ITO графеном в очень многих устройствах, некоторые из которых продемонстрированы в [1] (рис. 3). Заметим, что изготовленный в [1] графен не является монокристаллическим: в нем имеются дефекты упаковки, границы зерен и прочие дефекты структуры. Дальнейшее совершенствование технологии приведет, несомненно, к улучшению качества графена.

Л.Опенов

1.S.Bae et al., Nature Nanotech. 5, 574 (2010).

Наноматериалы в строительстве. Проблемы безопасного использования

Вслед за электроникой и биомедициной наноматериалами (НМ) всерьез заинтересовалась строительная индустрия. Разнообразные синтезированные НМ могут значительно улучшить свойства конструкционных материалов. Например, наночастицы SiO2 упрочняют бетон, а углеродные нанотрубки повышают прочность керамики и различных композитов, используются для создания огнезащитных покрытий [1]. Анализ рынка США показывает, что потребности в НМ для строительства достигнут к 2011 г. 100 млн, а к 2025г. – 1,75 млрд. долларов [2]. SiO2, TiO2, оксиды алюминия, нанотрубки будут применяться в основном в покрытиях, а также в композитах и как добавки к бетону и цементу. Продукция с НМ на рынке – краски, двери, окна, покрытия пола и крыш, дорожные покрытия. Конечно, тут же возникает вопрос – что произойдет, когда эти замечательные наноматериалы, синтезируемые в больших количествах, попадут в окружающую среду? Что нужно сделать для того, чтобы обеспечить их эффективное и безопасное применение в строительстве? Этим проблемам посвящен обзор сотрудников Rice Univ. (США), опубликованный в июле этого года [3]. Авторы проанализировали более 140 работ, в которых продемонстрированы как перспективы НМ в строительстве, так и возможные неблагоприятные последствия. Некоторые примеры применения представлены на рис. 1 и в таблице 1.

Таблица 1. Некоторые примеры использования наноматериалов в строительстве.

Наноматериалы

Архитектурные/

строительные материалы


Ожидаемая польза
Углеродные нанотрубки

Бетон

Керамика

Сенсоры/актюаторы

Солнечные батареи

Механическая прочность, предотвращение трещин

Улучшение механических и тепловых свойств

Мониторинг структуры в реальном времени

Повышение эффективности

Наночастицы SiO2

Бетон

Керамика

Окна

Механическая прочность

Хладагент, пропускание света, стойкость к огню

Огнезащита, противоотражение

Наночастицы TiO2

Цемент

Окна

Солнечные батареи

Быстрая и более полная гидратация, самоочистка

Супергидрофильность, самоочистка

Повышение эффективности

Наночастицы Fe2O3

Бетон Повышение прочности на сжатие, стойкость к абразивному износу

Наночастицы Cu

Сталь
Свариваемость, стойкость к коррозии, формуемость
Наночастицы Ag Покрытия/краски Биоцидная активность

НМ, используемые в строительной индустрии, за время жизненного цикла разными путями проникают в окружающую среду (рис.2). При производстве, обработке, упаковке часть наноматериалов может попадать в атмосферу и к воздействию на персонал. Необходимо обеспечивать работников индивидуальными средствами защиты (маски, перчатки и др.); создавать соответствующие системы вентиляции, пылеуловители; проводить мониторинг воздуха на рабочих местах и организовывать регулярный медицинский контроль (особенно это касается органов дыхания, зрения, кожи).

Различные восстановительные, ремонтные работы и особенно снос зданий могут привести к попаданию заметного количества НМ в атмосферу, и, соответственно, к воздействию как на работников отрасли, так и на жителей. Американские ученые [3] особенно выделяют проблему строительного мусора, ведь наноматериалы со свалок могут попасть в воду и почву. В обзоре приведены данные о токсичности НМ (тех, которые могут быть использованы в строительстве) в отношении различных организмов. (Подробнее об исследованиях токсичности углеродных нанотрубок см. ПерсТ, [4]). Однако специальных регламентов по обращению с отходами - наноматериалами или содержащими наноматериалы - пока не существует.

Можно ли создать такие конструкционные наноматериалы, которые будут “безопасными”, но сохранят свои полезные свойства? Авторы [3] считают, что в первую очередь необходимо следовать 12 принципам промышленной экологии и предотвращения загрязнений [5]. Вот некоторые из них:

  • предупреждать, а не ликвидировать;
  • максимизировать эффективность по массе, времени, энергии, объему (использование многофункциональных НМ; качество > количество,
    необходимость > жадность, достаточно > больше, длительный срок работы > короткий срок;
  • разработать методики выделения и очистки “наноотходов” (используя магнитные или специальные поверхностные свойства);
  • найти возможность повторного использования безопасных НМ, например, для улучшения почвы;
  • не больше, чем нужно (избегать “one size fits all”, не разрабатывать НМ на все случаи).

Авторы [3] опять и опять подчеркивают необходимость серьезных исследований структуры наноматериалов, их реакционной способности, связи их свойств с токсичностью – причем не только острой, но и хронической (как влияет хроническое воздействие на организмы). Следует учитывать, что изначально “безопасные” и эффективные “конструкционные” наноматериалы в течение жизненного цикла могут претерпеть физические, химические или биологические превращения (сорбция, агрегация, окисление, восстановление, биотрансформация), и их свойства изменятся. Важно принимать во внимание влияние факторов окружающей среды (таких как рН, микробы, солёность воды) на активность, токсичность; изучать стабильность НМ в конкретных условиях. Например, наночастицы, входящие в материалы дорожных покрытий, не должны вымываться сильными ливнями.

Использование наноматериалов в строительстве важно не только для улучшения свойств материалов, но и с точки зрения энергосбережения. В США около 41% энергии потребляется промышленными зданиями и жилыми домами (тепло, свет, кондиционирование). Наноматериалы, помимо использования в солнечных батареях и топливных элементах, могут применяться для улучшения термических свойств, повышения эффективности передачи энергии, освещенности. К энергосбережению косвенным путем приведет и увеличение срока службы за счет улучшения механических и других свойств.

Несмотря на все эти замечательные перспективы, приоритетом должна быть забота о здоровье и безопасности человека и окружающей среды. Провести полный мониторинг выделения НМ из строительных материалов (или мусора), их переноса в атмосферу (воду, почву), их трансформаций невозможно. Американские учёные надеются, что их публикация будет способствовать проведению оценок риска и разработке нормативов и регламентов, регулирующих использование и утилизацию НМ до их широкого внедрения в строительство.

О.Алексеева

  1. J.Lee et al., ACS Nano 4, 3580 (2010).
  2. P.T Anastas et al., Environ. Sci. Technol. 37, 94A (2003).

Нанопружины из золота

Интересные результаты опубликованы научным коллективом из Сингапура. Авторы работы [1] на основе золотых нанопроводов (AuNW) изготовили настоящие пружины! Подход, предложенный исследователями, позволяет свертывать олеиламин-стабилизированные AuNW особым образом, так что на выходе получаются наноструктуры, аналогичные классическим стальным пружинам кручения (рис. 1).

Методика основана на инкапсуляции золотых нанопроводов в полимерную оболочку из полистирол-б-полиакриловой кислоты (PS-b-PAA) и последующего сжатия полимера (рис. 2). В результате изначально “прямые” AuNW (рис. 3а) трансформируются в упорядоченный ансамбль мицелл, представляющий собой сложный комплекс нанокатушек AuNW@PSPAA из 5–10 витков (рис. 3б). Диаметр такой “пружинки” составляет всего 100–110 нм, а суммарная длина всех ее витков, разумеется, соответствует длине исходного золотого нанопровода, из которого пружинка была сделана. Обращает на себя внимание также тот факт, что процесс образования этих наносоединений полностью обратим, то есть при удалении или набухании полимерной оболочки механическая энергия, запасенная в напряженной пружине, может быть с легкостью высвобождена.

Авторы надеются, что их открытие окажется полезным в различных нанотехнологических приложениях, а предложенную несложную методику “скручивания” в дальнейшем можно будет расширить и на другие классы наноструктур, в том числе и на углеродные нанотрубки.

М.Маслов

1. J.Xu et al., J. Am. Chem. Soc. 132, 11920 (2010).

Ответственный редактор И.Чугуева irina@issp.ras.ru тел: (495) 930 33 89, научные редакторы: К.Кугель kugel@orc.ru, Ю.Метлин, в подготовке выпуска принимали участие: О.Алексеева, В.Вьюрков, А.Елецкий, М.Компан, М.Маслов, Л.Опенов, А.Пятаков, компьютерный ввод, макет: И.Фурлетова


Источник: ПерсТ




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

 

На грани невозможного
На грани невозможного

Научно-популярный лекторий РНФ на Международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2019»
С 9 по 11 апреля российские ученые рассказывают о своих научных исследованиях, которые выполняются по грантам Российского научного фонда. Лекции проходят в рамках Лектория РНФ во время проведения Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2019».

Фестивали «От Винта!» и NAUKA 0+ представили инновационные проекты на выставке Hannover Messe 2019
Ганновер (Германия) 5 апреля 2019 года. – Объединённая экспозиция Фестиваля детского и молодежного научно-технического творчества “От Винта!” и Всероссийского фестиваля NAUKA 0+ была представлена на крупнейшей выставке промышленных технологий Hannover Messe 2019 в Германии в составе стенда Российской Федерации, организованного Российским экспортным центром при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ.

Стань магистрантом в области светодиодных технологий без экзаменов
От бакалавриата к магистратуре без вступительных экзаменов уже сейчас? С портфолио возможно все! Участвуйте в конкурсе «Науке нужен ты!» и получайте бюджетный билет в первую в России магистерскую программу в области светодиодных технологий и оптоэлектроники Университета ИТМО!

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
А.А.Семенова
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

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!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
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.