Графеновый "гидравлический пресс" позволяет получить двухмерные материалы совершенно нового вида


Гидравлический "нанопресс" из графена позволяет ученым-материаловедам создавать двухмерные материалы совершенно новых видов, подвергая воздействию огромного давления "прослойку", зажатую между двумя слоями графена. Это новое необычное свойство первого в мире двухмерного материала было открыто совсем недавно учеными из Манчестерского университета, а давление, оказываемое графеном на молекулы другого вещества, позволяет изменить их форму, энергетическое, агрегатное состояние и некоторые другие параметры, что приводит к возникновению кристаллов, обладающих целым рядом совершенно новых свойств.

Возможность создания графенового нанопресса является следствием наличия у этого материала некоторых уникальных свойств. Графен более прочен, нежели алмаз, что позволяет ему без разрушения выдержать огромное давление, оказываемое им же на молекулы вещества "прослойки". А два графеновых слоя, между которыми зажато второе вещество, образуют нечто вроде конверта, который, к тому же, сам и "склеивается", надежно запечатывая заключенное в нем вещество.

Без воздействия каких-либо внешних факторов, молекулы вещества, зажатые между двумя графеновыми слоями, испытывают давление, превышающее давление в автомобильных покрышках в 10 тысяч раз. "Из-за воздействия чрезвычайно высокого давления на пойманные в ловушку молекулы более легко поддаются изменениям своей формы и агрегатного состояния" - рассказывает профессор Рэхул Нэйр (Rahul Nair), - "Все это напоминает наноразмерную скороварку, давление внутри которой позволяет молекулам "вариться" уже при комнатной температуре".

Используя графеновый нанопресс, ученые из Манчестерского университета изготовили ряд двухмерных и псевдо-двухмерных материалов, включая окись меди, оксид магния, негашеную известь и многое другое. При этом, все процессы происходили при комнатной температуре, что ранее считалось попросту невозможным. Преобразование некоторых солей, таких, как сульфат меди или хлорид натрия, требует в обычных условиях воздействия высокой температуры, приближающейся или превышающей тысячу градусов. Но, благодаря новому методу все это можно делать и при комнатной температуре.

И в заключении следует отметить, что в настоящее время "семья" двухмерных материалов насчитывает не так уж и много членов. Но все эти материалы обладают своим собственным набором весьма удивительных и необычных качеств, которые обуславливают возможность их практического применения в той или иной области науки и техники. Вполне вероятно, что в ближайшее время, благодаря появлению технологии графенового "нанопресса", семейство двухмерных материалов получит весьма обширное пополнение, и это позволит создать новые электронные устройства, научные приборы, датчики, медицинские имплантаты и многое другое, что будет работать на благо всего человечества.

Источник

Создан материал, начинающий совершать спонтанные колебательные движения под воздействием солнечного света


Материалы, которые начинают сокращаться под воздействием света, известны ученым уже достаточно давно. Однако, практически все эти материалы сокращаются только под воздействием ультрафиолетового света, а для того, чтобы материал мог развить более-менее значимое усилие, требуется столь высокая интенсивность света, что это может привести к повреждению материала. И ученые уже дано ищут материал, который будет вести себя схожим образом под воздействием света видимого диапазона, желательно солнечного света, не требующего никакой дополнительной обработки.

Успехов в поисках такого материала удалось добиться исследователям из университета Эйндховена, работавшим совместно с их коллегами из Берлина. Разработанный ими материал, представляющий собой относительно тонкий слой полимера, содержащего светочувствительные молекулы, попадая под прямой солнечный свет, начинает совершать спонтанные и нерегулярные колебательные движения, параметры которых зависят от комбинации целого ряда факторов.

Процессы, которые обеспечивают совершение материалом колебательных движений под воздействием света, пока еще являются загадкой для самих разработчиков этого материала. "Мы считаем, что причиной такого поведения нашего материала является целая комбинация различных факторов" - рассказывает Майкл Дебье (Michael Debije), исследователь из университета Эйндховена, - "Светочувствительные молекулы начинают изгибаться под влиянием лучей света. Так как эти молекулы тесно переплетены между собой в составе полимерного "кристалла", то внутри этого кристалла создаются механические напряжения, заставляющие его колебаться. Но все это является лишь предположением, которое мы собираемся проверить в самом ближайшем времени".

Одной из наиболее перспективных областей применения нового материала является создание самоочищающихся поверхностей. "Поверхность, которая будет вибрировать под воздействием лучей Солнца, будет сама очищаться от песка, пыли и грязи" - рассказывает Майкл Дебье, - "К примеру, солнечные батареи, стоящие в пустынной местности, где отсутствует любое водоснабжение, могут оставаться чистыми в течение долгого времени. Помимо этого, у данной технологии имеется и масса других областей применения".

"Нам удалось обнаружить интересный эффект. Мы ожидаем, что это привлечет внимание других исследователей, и мы услышим от них много интересного по данной теме в самом ближайшем времени".


Источник

Ученые, наконец, выяснили, что именно скрывается в недрах Крабовидной туманности


Крабовидная туманность, туманность Краба (Crab Nebula), является одной из наиболее изученных областей космического пространства, множество снимков которой было сделано при помощи практически всех астрономических инструментов. Несмотря на это, до последнего времени ученые не знали того, что же именно скрывается в самом центре этого невероятно красивого космического объекта. И так продолжалось до тех пор, пока ученые не обратили свое внимание на странную хаотическую область пространства, находящуюся в самом низу этой туманности.

Анализ собранной буквально по крупицам информации, в том числе и из снимков космического телескопа Hubble, показал, что в центре Крабовидной туманности находится остаток от взорвавшейся некогда звезды, который вращается с достаточно большой скоростью. Частота вращения составляет 30 полных оборотов в секунду, и это создает столь мощные силы магнитной природы, которые компенсируют силы инерции от вращения и удерживают звезду от "разбрызгивания" в окружающее пространство.


Для того, чтобы получить возможность заглянуть внутрь Крабовидной туманности, ученым пришлось приложить немало усилий. То, что вы видите на втором изображении, по сути, является наложением изображений, сделанных различными астрономическими инструментами на протяжении десяти лет. Выдержка каждого изображения в среднем равна одной секунде, а их последовательность можно рассматривать как последовательность кадров видео, фиксирующего происходящие события и явления. В результате этого на финальном изображении явно видны результаты влияния быстрого вращения звезды, волны, которые можно по ошибке принять за некое искажение пространственно-временного континуума.

А на приведенном ниже видео вы можете увидеть Крабовидную туманность в ее полной красоте и в классическом виде.


Источник

Создан самый маленький в мире динамик, имеющий графеновый диффузор


Исследователи из Института фундаментальных исследований Тата (Tata Institute of Fundamental Research), Мумбаи, Индия, разработали технологию, позволяющую управлять колебаниями диффузора крошечного динамика. Толщина этого диффузора составляет менее нанометра, а изготовлен он из графена, формы углерода, кристаллическая решетка которого имеет одноатомную толщину. Но такой крошечный динамик, который является самым маленьким в мире на сегодняшний день, не предназначен для того, чтобы воспроизводить музыку или другие звуки. Он предназначен для технологий высокоточных измерений массы самых маленьких объектов, таких, как молекулы или вирусы.

Следует отметить, что нечто подобное (микрорезонаторы) создавались учеными уже не один раз, но все они имели лишь одну-две фиксированные частоты их колебаний, определяющихся их габаритными размерами и физическими свойствами. Индийским же исследователям удалось создать своего рода гибридную технологию, позволяющую регулировать частоту и амплитуду колебаний графеновой мембраны в относительно широком диапазоне.


При размере графенового диффузора в 0.003 миллиметра (в 30 раз меньше диаметра человеческого волоса), частота колебаний составляет порядка 100 МГц, 100 миллионов колебаний в секунду. Но, используя воздействие сил электрической природы позволяет увеличить прикладываемое к графеновой мембране механическое напряжение и, как следствие, изменить частоту ее колебаний. Кроме этого, электронное управление колебаниями графенового динамика позволит "перекачивать" колебательную энергию от одного устройства к другому, которое располагается в непосредственной близости от первого. И таким образом можно будет создавать сложные колебательные резонансные системы.

"Используя воздействия электрического и электромагнитного плана мы можем управлять способами излучения и передачи энергии, что можно использовать для создания принципиально новых колебательных наноустройств" - рассказывает профессор Мандар Дешмух (Mandar Deshmukh), - "А некоторые другие использованные нами уловки позволили минимизировать количество энергии, рассеиваемой в окружающую среду. Теперь большая часть подводимой энергии превращается в энергию механических колебаний".

Следует отметить, что в условиях чрезвычайно низких температур такие сверхминиатюрные графеновые динамики превращаются в квантово-механические устройства, способные хранить и обрабатывать квантовую информацию, закодированную в виде колебательного движения графеновой мембраны. Из таких весьма своеобразных квантовых битов, кубитов, можно будет создавать достаточно разветвленные логические схемы, выполняющие сложную обработку квантовой информации. Помимо этого, колеблющуюся графеновую мембрану можно использовать в качестве чувствительного элемента высокоточного датчика, измеряющего одну из физических величин.

Источник

Создан материал, способный к самозаживлению и восстановлению формы под воздействием тепла и ультрафиолетового света


За последние годы ученые разработали массу различных материалов, способных восстанавливаться после деформации или механических повреждений, изменять свою прозрачность и другие параметры в ответ на внешние воздействия различного рода. Но, подавляющее большинство всех этих материалов обладает лишь одной из вышеперечисленных функций, что существенного ограничивает область их применения в некоторых случаях. Более универсальным является материал, разработанный исследователями из Вашингтонского университета (Washington State University), этот материал может самовосстанавливаться, принимать заранее запрограммированную и восстанавливать свою оригинальную форму под воздействием комбинации высокой температуры и ультрафиолетового света.

Не стоит и сомневаться, что "умные" материалы различного рода найдут широкое применение в далеком или не очень далеком будущем. Материалы, обладающие функцией самовосстановления, смогут сами "заживлять" трещины и механические поломки, не ослабляя изготовленные из них конструкции в течение длительных промежутков времени. Механохроматические материалы смогут стать основой окон, которые переключаются из прозрачного в непрозрачное состояние путем прикладывания к ним незначительного механического усилия. Однако, началу "широкого шествия" умных материалов мешает то, что процессы их производства являются сложными и дорогостоящими, не гарантируя при этом достаточного уровня повторяемости свойств конечного продукта.

Целью исследователей из Вашингтона являлась разработка материала, который лишен всех перечисленных выше отрицательных сторон. Основой нового материала является жидкокристаллическая прозрачная сеть (liquid crystalline network, LCN), которая реагирует на тепло, изменяя свою форму на заранее заданную и восстанавливая изначальную форму при соответствующих изменениях температуры. Свойства этих сетей были расширены за счет добавки азобензола, вещества, молекулы которого изгибаются или переориентируются в пространстве под воздействием света, в зависимости от длины волны этого света. И добавление дополнительных динамических химических связей в материал позволило увеличить количество "превращений", которые он может выдержать без заметной деградации.

"Нам был известен ряд различных технологий, каждая из которых прекрасно работала независимо друг от друга. Мы отобрали из всего ряда только совместимые технологии и объединили их в составе нового материала, который получился более универсальным" - рассказывает профессор Майкл Кесслер (Michael Kessler), возглавляющий исследовательскую группу.

Сейчас исследователи имеют возможность программирования этого материала на молекулярном уровне в момент его производства. Это программирование позволяет определить реакцию материала на соответствующие внешние воздействия. Как можно увидеть на приведенном ниже видео, материал изгибается и принимает определенную форму под воздействием синего света, а ультрафиолетовое освещение позволяет материалу принять изначальную форму. И это далеко не все возможности нового материала, которые будут расширяться по мере добавления в его состав новых компонентов, которые будут полностью совместимы с уже имеющимися компонентами.


Источник