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

Мембраны правят миром

Ключевые слова:  графен

Автор(ы): Гудилин Е.А., Коллектив авторов

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

21 ноября 2019

Группа ученых МГУ, авторов проекта РФФИ "Слоистые структуры на основе оксида графена и 2D-карбидов титана: экспериментальное исследование, моделирование и синтез гибридных органо-неорганических структур для оптоэлектроники и сенсорики" провела фундаментальные исследования структуры и свойств мембран на основе слоистых материалов для широкого круга практических применений.

В химической термодинамике есть забавное существо - демон Максвелла, который не существует на самом деле, но в воображении ученых имеет неподражаемый талант по одной сортировать молекулы с разным размером или свойствами. И делает это настолько эффективно, что может очень быстро разделять самые разные, даже газообразные, молекулярные смеси. Если бы он и правда мог бы это делать самопроизвольно и без затрат ресурсов извне (а как раз это и невозможно, как говорят привередливые теоретики), то армия таких микроскопических ("наноскопических") воображаемых "демонов" могла бы решить оргомный пласт жизненно важных проблем всего огромного Человечества - и сделать воду кристально чистой, и плазму крови освободить от вирусов и бактерий, и добыть из газа "легкую нефть", и убрать токсичные газы из жилых помещений, да мало ли чего! Увы, таких толп помощников в реальности нам не найти, но вместо них просто взяли и придумали мембраны. И вот они, мембраны - умные материалы, которые делают нашу жизнь лучше и проще, более того, они просто делают нас живыми, если принять в расчет клеточные мембраны. И это целая область научных знаний, которая бурно и эффективно развивается.

Коллектив ученых химического факультета и факультета наук о материалах МГУ проводят комплексное экспериментальное исследование макроскопических свойств (сорбция, набухание, фазовые переходы) для перспективного класса наноструктурированных материалов – слоистых структур на основе различных типов оксида графена (ОГ), органических молекул – интеркалатов и слоистых карбидов титана (М-ксенов). В качестве основного направления научных изыскания выбран анализ физико-химических параметров синтезируемых гибридных систем в зависимости от слойности, степени упорядоченности слоевой структуры, типа и характера поверхностных функциональных групп, температуры, природы сорбируемой полярной жидкости или электролита. Для оценки упорядоченности слоев ОГ в мембранах и стандартизации качества подобных мембраных материалов используются известные методики ЯМР (ядерного магнитного резонанса) и ЭПР (электронного парамагнитного резонанса) с парамагнитными зондами, включая стабильные радикалы, но в новой ипостасии - для анализа структурных особенностей жидких фаз, распределенных в наноскопических полостях мембраны. По мнению ученых, этот подход позволяет построить реалистичные модели таких структур, которые будут использована для объяснения наблюдаемых сорбционных и транспортных свойств мембран.

В ходе разработки новых приемов получения прекурсоров для самосборки гибридных слоистых структур - стабильных монослоевых дисперсий оксида графена с заданным составом функциональных поверхностных групп - использовали широко применяемые модифицированные методы Хаммерса и Броди, основанные на окислении и химическом расслаивании высококачественного графита в среде сильных неорганических кислот, концентрированных серной и ортофосфорной кислот с KMnO4 в случае метода Хаммерса и дымящей азотной кислоты с KClO3 в случае методики Броди, с последующей многостадийной очисткой от остатков реагентов и продуктов реакции. В то же время, была также предложена альтернативная и высоко эффективная методика электрохимического синтеза ОГ.

Методы анализа структуры мембранных материалов, в качестве которых была использована комбинация ЯМР И ЭПР, подтверждают наличие в образцах подвижного растворителя, при этом форма линий в спектрах интеркалированной жидкости шире, поскольку включает два компонента, различающихся химическим сдвигом. Наблюдаемая разница химических сдвигов объясняется различным упорядочением молекул растворителя, локализованных в областях оксида графита с различной поверхностной концентрацией кислородсодержащих групп. Ориентационная упорядоченность слоев в мембранах из оксида графита подтверждена с использованием стабильного нитроксильного радикала. Таким образом, растворитель в межплоскостном пространстве оксида графита представляет собой подвижную среду, свойства которой совсем не идентичны свойствам свободного растворителя.

... Возможно, демон Максвелла мог бы пролезть между слоями и сказать больше, но все секреты этих весьма непростых материалов, начало которым положил в свое время простой грифель карандаша, рано или поздно будут взяты на карандаш и окончательно покорятся человеческому уму, после чего инженерные таланты воплотят удивительные свойства мембранных материалов на благо экологии, медицины и других важнейших областей человеческой деятельности.



Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 



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

 

Альбумин на HOPG
Альбумин на HOPG

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ» (Интересные научные события 2020 года от Американского физического общества (APS): Новый век сверхпроводимости. Магические углы в графене. Новые рекорды LIGO и Virgo: сверхмассивные и асимметричные слияния черных дыр. Свет от темной материи в эксперименте Xenon. Чего не хватает для создания квантового интернета? Коперниканский переворот в нейронных сетях. Червякомешалка. Вселенский метроном и предел точности атомных часов. Благородные металлы и графен против токсичных газов. Мультиферроик с ферродолинным упорядочением. Борные сенсоры азотосодержащих загрязнителей.

Наносистемы: физика, химия, математика (2020, Т. 11, № 6)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume11/11-6
Там же можно скачать номер журнала целиком.

С Новым годом!
Дорогие друзья и коллеги!
Поздравляем с наступающим 2021 годом!
Желаем всем хорошего настроения и здоровья, удачи во всем и новых достижений!

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

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!



 
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.