Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Ученые создали квадратный лед с помощью графена

Ключевые слова:  Nature, Гейм, Графен, Двумерный материал, Исследования

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

27 марта 2015

Меджународная группа исследователей, руководили которой специалисты из университета Манчестера, объявила об открытии новой формы льда — "квадратной". В рамках эксперимента химики создали микроскопический сэндвич, зажав каплю воды между двумя пластами графена. Двумерный материал позволил раскрыть новые свойства льда, которые найдут своё применение не только в фундаментальной науке, но и в современных технологиях.

Учёные сообщают, что помимо того, что графен прекрасно проводит электричество и является одним из прочнейших материалов в мире, он также обладает уникальным свойством оказывать огромное давление на молекулы, захваченные между двумя пластами материала.

Эксперименты с графеном и каплями воды показали, что жидкость просачивается между пластами двумерного материала очень быстро (что и указывает на огромное давление, оказываемое этими пластами на воду). Это свойство раскрывает большой потенциал графена к применению в качестве опреснительных мембран для очистки воды.

Ещё в 2012 году Андрей Гейм и его коллеги из Манчестерского университета, которые получили Нобелевскую премию за открытие и изучения графена, проводили эксперименты с графеном и водой в различных агрегатных состояниях.
Тогда учёные обнаружили, что водяной пар может проходить через ламинированные листы оксида графена. Два года спустя исследователи увидели, что и жидкая вода может проходить сквозь графен, хотя двумерный материал задерживает все остальные молекулы.

Компьютерное моделирование показало, что вода формирует слои квадратного льда между графеновыми листами. Нажатие на пласт такого льда с одного конца заставляет двигаться и все остальные молекулы застывшей воды, словно вагоны в скоростном поезде.

Однако Гейм считает, что нельзя на все 100% доверять результатам молекулярно-динамического моделирования, и потому решил провести ещё один эксперимент.

Учёные сбросили один микролитр воды на лист графена, а затем прижали получивший бутерброд сверху ещё одним листом углеродного материала. Весь процесс протекал при комнатной температуре.

По мере увеличения давления вода стала постепенно испаряться, а листы графена приближаться друг к другу до тех пор, пока расстояние между ними не составило один нанометр, а в "сэндвиче" не образовались кармашки с водой.

Просвечивающая электронная микроскопия показала, что в образовавшихся кармашках присутствует "квадратный" лёд.

Поясним, почему получаемая структура называется квадратной. Обычно, когда вода собирается в микроскопические капли всего из восьми молекул, формируется куб. Учёные были крайне удивлены, увидев вместо кубов квадраты.

Как сообщает сайт AlphaGalileo, квадратный лёд решили квалифицировать как новую кристаллическую фазу, помимо 17 других, ранее наблюдавшихся в рамках экспериментов.

Квадратный лёд сильно отличается от обычного по своим характеристикам. В обычной V-образной молекуле воды (H2O) атом кислорода связан с двумя атомами водорода крепкими связями. Связь с атомами водорода в соседних молекулах у атома кислорода оказывается слабой. Если иметь дело со льдом, а не жидкой водой, то можно наблюдать четыре связи атома кислорода (с "родными" и соседними атомами водорода) в тетраэдрической форме — то есть, в форме пирамиды.

Но в слое квадратного льда, все атомы лежат в одной плоскости с прямым углом между каждой кислородно-водородной связью. Образцы, созданные Геймом и его коллегами, содержали один, два или три таких слоя, где атомы кислорода в соседних слоях располагались прямо друг над другом.

Команда химиков подсчитала, что графеновые листы должны оказывать давление, в 10 тысяч раз превышающее атмосферное, чтобы заставить воду вести себя подобным образом. Взаимное притяжение электронных облаков вызывает появление ван-дер-ваальсовых сил, в результате чего меняется и кристаллическая решётка.

В дальнейшем Гейм и его коллеги планируют проверить, формируется ли квадратный лёд в других аллотропных модификациях углерода, таких как углеродные нанотрубки. По словам учёных, их работа поможет в создании более совершенных опреснительных фильтров на основе графена.

О результатах своего исследования манчестерские исследователи сообщили в статье, опубликованной в журнале Nature.



Источник: Вести.Наука



Комментарии
статья G. Algara-Siller, O. Lehtinen, F.C. Wang, R. R. Nair, U. Kaiser, H. A. Wu, I. V. Grigorieva, A. K. Geim. Square ice in graphene nanocapillaries выложена на http://arxiv...s/1412.7498

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

 

Призмы
Призмы

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

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.