7 веществ, нарушающих правила физики

В мире много удивительных вещей и необычных материалов, но эти вполне могут претендовать на участие в категории «самые удивительные среди придуманных людьми». Безусловно, эти вещества «нарушают» правила физики только на первый взгляд, на самом деле все давно научно объяснено, хотя от этого вещества менее удивительными не становятся.

1. Феррожидкость

Феррожидкость – это магнитная жидкость, из которой можно образовывать весьма любопытные и затейливые фигуры. Впрочем, пока магнитное поле отсутствует, феррожидкость – вязкая и ни чем не примечательная. Но вот стоит воздействовать на нее с помощью магнитного поля, как ее частицы выстраиваются вдоль силовых линий – и создают нечто неописуемое…
 
На практике феррожидкость применяют по-разному: к примеру, для обеспечения теплопроводности в динамиках, но продемонстрированный метод использования тоже очень ничего.
 
Ну а возможность становиться то твердым, то жидким: в зависимости от воздействия магнитного поля, делает этот материал значимым и для автопрома, и для NASA и для военных.

Любовь Стрельникова

Любовь Николаевна СТРЕЛЬНИКОВА Из чего все сделано? Рассказы о веществе Издательство «Яуза», 2011 г. Эта книга — рассказы о веществе, о его красоте и значении в нашей жизни, это химия без формул и уравнений.

Глава 4. Красивая жизнь вещества

Как песок изменил облик цивилизации

Ну вот, теперь мы знаем, из чего сделана Земля и что в ней припасено. Как же этими несметными богатствами распорядиться? Ответ знают химики, потому что любое вещество для них — что дитя родное.

Проще всего взять у природы готовое вещество и пустить его на свои нужды. Вот, к примеру, обычный песок, он же диоксид кремния (SiO₂), он же кремнезём и кварц.

Сколько всего можно сделать из этого невзрачного и вездесущего вещества! И добывать его просто, ведь песок лежит совсем не глубоко, а то и вовсе на поверхности земли. Запустил в песчаный карьер экскаватор, он своим ковшом подцепил кучу песка, высыпал его в самосвал, и побежала машина с песком к тем, кому он нужен.

Самое простое, что можно сделать с песком, это сыпать его под фундаменты будущих зданий, на дорожки в парках и стадионах и в песочницы, чтобы детишки могли возводить свои песчаные замки. Но это действительно просто. А если с песком поработать, то можно получить совершенно удивительный материал, который в своё время изменил облик всей цивилизации. Догадались, о чём я говорю? Правильно — о стекле. Вазочки и кувшины, стаканы и бутылки, украшения и лампочки, люстры и очки, окна и стеклопакеты — разве можно сегодня представить себе жизнь без всего этого стеклянного великолепия?

Рис. 23. 24. Легко построить замок из песка. Намного труднее расплавить песок и получить из него тягучую стеклянную массу. А уж выдуть из нее, например, химическую колбу или красивую ёлочную игрушку — это и вовсе искусство

   Работы замечательного русского учёного-металлурга Чернова - прекрасный образец научного предвидения, смелости обобщений, большой творческой инициативы. По материалам музея СПБГТИ(ТУ)

Дмитрий Константинович Чернов родился в С.-Петербурге I ноября (20 октября) 1839 года в семье фельдьшера Монетного двора Константина Федоровича и его жены Феклы Осиповны. Инженерное образование Чернов получил в С.-Петербургском Технологическом институте, который с отличием окончил в 1858 году и за успехи в учебе был награжден серебряной медалью. В 1859 году Дмитрий Константинович, работавший в то время на Монетном Дворе, был прикомандирован к Техно¬логическому институту для составления систематического каталога по машинам, орудиям и прочим снарядам, хранящимся в техническом музее института, а также для преподавания черчения, и несколько позже — геометрии. В 1863 году Д.К.Чернов назначается помощником хранителя музея, совмещая эту должность с работой в библиотеке. В 1866 году им был составлен первый систематический каталог книжного фонда института. Работа в библиотеке давала Чернову возможность широко использовать научную литературу, что, несомненно, повлияло на его формирование как ученого. Именно в эти годы вышли в свет его первые труды: статья по прикладной механике, книга «Винт» совместно с технологом П. Г. Киреевым (1863 г.), статья «Усовершенствования в бессеме¬ровском способе приготовления стали и железа» (1865 г.), начата работа над первым русским справочником «Таблицы для об¬легчения вычислений» (опублико¬ван в 1867 г.)

.

Дмитрий Константинович и Александра Николаевна (урожд.Саханова) Черновы. В 1870 году венчались в Церкви во имя Великомученика Георгия при Технологическом институте.

В мае 1866 г. Д. К. Чернов поступил на Обуховский сталели¬тейный завод, где приступает к выяснению причин массового брака при производстве стальных орудий. Результатом упорного изучения опытов нагрева и ковки металла явилось сообщение 29-летнего инженера в Русском техническом обществе, ставшее классическим трудом и сохранившее название в науке о металле – «Точки Чернова». В 1880 году Дмитрий Константинович, имея познания как воспитанник горно-технической школы Технологического института, занялся разведкой месторождения каменной соли на юго-западе России. В 1885 году по инициативе Чернова было создано Голландское общество по разработке каменной соли, чья успешная деятельность позволила ему стать состоятельным человеком и активно заниматься благотворительность.

С 1889 года Дмитрий Константинович Чернов – профессор, заведующий кафедрой металлургии и сталелитейного дела в Михайловской артиллерийской академии, где наряду с преподавательской он вел и большую научно-исследовательскую работу. В 1897-98 учебном году Дмитрий Константинович читал лекции по металлургии в Технологическом институте

. Дмитрий Константинович Чернов состоял членом большого числа ученых учреждений и научных обществ, имел немало почетных званий. Среди них: почетный член Международного института экспертов; почетный член Американского общества горных инженеров; почетный член Английского королевского общества искусств, наук и промышленности; почетный вице-президент Английского института железа и стали. Будучи одним из инициаторов создания (в 1866г.) и активным участником Императорского Русского Технического общества, в 1903 Д.К.Чернов становится его почетным членом.

В 1908 году Д.К.Чернов избирается почетным членом Технологического института. В 1910 году Дмитрий Константинович, вместе с А.А.Байковым и М.А.Павловым, создает Русское металлургическое общество и до конца своих дней остается его бессменным почетным председателем. Его заслуги были отмечены российским орденами: Св.Владимира 4-й ст., 3-й ст., 2-ст., Св.Анны 1-й ст., Св.Станислава 1-й, 2-й ст., Белого орла, а также медалью в память царствования Александра II. В 1900 году французское правительство наградило его Командорским крестом ордена Почетного Легиона.

Д. К. Чернов интересовался и вопросами, не имеющими прямой связи с его профессиональной деятельностью. В течение многих лет он изучал особенности старинных скрипок работы знаменитых итальянских мастеров и собственноручно занимался созданием музыкальных инструментов, отличавшихся высочайшим качеством. Всего им было изготовлено 12 скрипок, 4 альта и 4 виолончели. Также Дмитрий Константинович был увлечен теоретическими и практическими изысканиями в области воздухоплавания, неоднократно выступал с докладами на заседаниях Воздухоплавательного отдела РТО. Спустя годы его идеи нашли воплощение в самолето- и вертолетостроении.

С 1917 по 1921 годы Дмитрий Константинович Чернов жил в Ялте, где 2 января 1921 года скончался. На могильной плите, отлитой из стали и установленной Русским металлургическим обществом, надпись: «Отец металлографии, провозвестник и глава новой школы металлургов».

В романе Вальтера Скотта "Талисман", посвященном походам крестоносцев в Палестину, есть эпизод встречи Ричарда Львиное Сердце с султаном Саладином. Соперники расхваливали друг перед другом достоинства своего оружия. Чтобы доказать прочность своего двуручного прямого меча, Ричард одним ударом разрубил рукоять стальной булавы. В ответ Саладин взял шелковую подушку, поставил ее на ребро и замахнулся кривой саблей. "Лезвие сабли скользнуло так молниеносно и легко, что подушка, казалось, сама разделилась на две половины, а не была разрезана". Пораженные европейцы сочли это за фокус, но Саладин, чтобы окончательно убедить их, подбросил мягкий вуалевый платок и рассек его в воздухе. Как пишет В. Скотт, необычайно острый клинок в искусной руке султана имел "изогнутое узкое лезвие", которое "не блестело, как франкские мечи, а отливало тускло-голубым светом и было испещрено бесчисленными извилистыми линиями" *.

Хотя в этом эпизоде и есть элемент писательской вольности (например, клинок Саладина не мог быть кривым, как ятаган, - такие клинки появились лишь спустя несколько веков после описываемой встречи Саладина с Ричардом в 1192 г.), автор довольно точно описал тот тип клинков, которые были в ходу в исламском мире во времена Саладина. Эти клинки обладали исключительной прочностью на сжатие, т.е. были достаточно твердыми, чтобы сохранять остроту лезвия, и в то же время металл был очень вязким, так что в схватках клинок не ломался. И своими механическими качествами, и красивым волнистым узором на поверхности эти клинки были обязаны материалу, из которото их ковали - дамасской стали. Ко времени крестовых походов о дамасских клинках и доспехах ходили легенды. В последующие века они оставались предметом восхищения европейских кузнецов, настойчиво, но тщетно пытавшихся выковать сталь с характерным поверхностным узором - "дамаском".

Дамасский узор на персидской сабле (вверху и в центре) обусловлен неравномерным содержанием углерода в сверхвысокоуглеродистой стали: светлые участки "дамаска" состоят из карбида железа (цементита), а темный фон образован железом, содержащим значительно меньше углерода. Узор проявляется только после полировки готового клинка и его протравливания кислотой. На микрофотографии образца современной сверхвысокоуглеродистой стали (внизу, х200) хорошо видна сетка цементита; фоновая структура также состоит из чередующихся слоев цементита и железа. Дамасские стали становились более вязкими после ковки, которая разрушала цементитную сетку и придавала поверхностному узору окончательный вид. Влияние ковки можно видеть на персидской сабле: удары молота оставили вертикальные метки, образовавшие необычный дамасский узор - "лестницу Магомета". Сабля относится к XVII в. или, возможно, к более позднему времени; хранится в Метрополитен-музее в Нью-Йорке.

Разгадать секрет дамасской стали стремились некоторые видные европейские ученые, в их числе Майкл Фарадей, сам сын кузнеца. В 1819 г. (до изобретения им электродвигателя и электрогенератора) Фарадей исследовал образцы дамасской стали и пришел к выводу, что ее исключительные свойства объясняются присутствием небольших количеств кремния и алюминия. Хотя этот вывод оказался ошибочным, статья Фарадея вдохновила Жана Робера Бреана, пробирного инспектора Парижского монетного двора, провести серию экспериментов, в которых он вводил в сталь различные элементы. Именно Бреан впервые, в 1821 г., высказал догадку, существенную для понимания металлургической природы дамасской стали: ее необычная прочность, вязкость и вид должны быть обусловлены высоким содержанием углерода. Он установил, что структура дамасской стали имеет светлые участки "науглероженной стали" на темном фоне, который он называл просто "сталью".

Бреану удалось изготовить клинки с узором как у дамасской стали, но он до конца своих дней так и не дал подробного объяснения своему способу. Более того, он не смог понять важности всех последовательных операций в использованном им процессе. Только на исходе XIX в., когда ряд исследователей изучили фазовые превращения, происходящие в стали, и установили их зависимость от температуры и содержания углерода, были созданы предпосылки для полного научного объяснения структуры дамасской стали. Но даже и теперь, когда фазовая диаграмма железо-углерод хорошо изучена, процесс изготовления дамасской стали считается по американскому праву открытием и может быть запатентован.

Американские ученые из Института Карнеги и Стэндфордского университета обнаружили новую сверхтвердую форму углерода, которая не уступает алмазу по устойчивости давления и, возможно, даже превосходит его. Главное отличие полученной модификации от алмаза в том, что атомы вещества не организованы в кристаллическую решетку, а расположены хаотично.

Тестирование провели с помощью стеклообразного углерода, который впервые был получен еще в 50-ых годах прошлого века и сочетает в себе особенности стекла и графита, кроме того, он химически нейтрален и хорошо проводит электрический ток, что позволяет использовать его для экспериментов с щелочами и кислотами.

Материал формировался в процессе сжатия подготовленных образцов стеклоуглерода в том случае, если давление доходило до 40 ГПа (40*10⁹ Па = 40*10⁹ Н/м²), то есть превышало атмосферное приблизительно в 400 тыс. раз. При помощи рентгеновской спектроскопии исследователи установили, что полученный материал был аморфным.

В ходе дальнейшей проверки выяснилось, что новое вещество выдерживает давление в 1,3 млн атмосфер в одном направлении при одновременном давлении с других сторон в 600 тыс. атмосфер. Ученые отметили, что подобная твердость характерна для алмазов.

Также ученые отметили, что новое исследование может помочь при создании сверхтвердых наковален, которые используются при экспериментах с высоким давлением. Если свойства материала будут одинаковыми во всех точках поверхности, то он будет гораздо тверже и прочнее алмаза, утверждают специалисты. Планируется проведение ряда новых экспериментов, чтобы до конца изучить новую поверхность.

© discussiya.com

Исследователи из Пенсильванского университета разработали новую углеродную наноплатформу для обнаружения отдельных молекул ДНК на основе электричества.
С помощью электрических полей мельчайшие нити ДНК пропускают через наноразмерные, атомно-тонкие нанопоры в графеновой платформе, что позволяет производить быстрое электронное секвенирование четырех видов химических оснований ДНК.

В пресс-релизе Пенсильванского университета говорится, что с использованием технологии электронного пучка ученые добились столкновения пор с графеновыми мембранами. Таким образом, стало возможным проводить электронные измерения перемещения ДНК.

Графеновые нанопоры были созданы в ходе исследования двухгодичной давности, и тогда же была начата работа с ними.

В ходе проведенных экспериментов доцент кафедры физики и астрономии Пенсильванской школы искусств и наук Мария Дрндик (Marija Drndić) и доктор наук Кристофер Мерчант (Christopher A. Merchant) совместно с Кеном Хили (Ken Healy), Мени Вануну (Meni Wanunu), Вишва Рей (Vishva Ray) и другими участниками лаборатории Дрндик использовали большое количество графеновых материалов, разработанных доктором наук Женгтанк Луо (Zhengtang Luo) и профессором Чарли Джонсоном (A.T. Charlie Johnson), работающими там же физиками.

Группа ученых использовала метод химического осаждения в паровой фазе, чтобы нарастить графены большими слоями и затем суспендировать их через единственное отверстие в один микрон в нитриде кремния. Затем с помощью электронного пучка просвечивающего электронного микроскопа, или ТЭМ,  просверливалось еще меньшее отверстие - нанопора в самом центре суспендированного графена.

Твердотельные нанопоры уже стали незаменимым инструментом для биологических исследований на уровне одной молекулы.

Приборы на основе графеновых нанопор, разработанные Пенсильванской командой, работают следующим образом. Пора делит две камеры раствора электролита. С помощью напряжения ионы проходят через поры. Ионный перенос определяется как ток, протекающий от источника напряжения. Молекулы ДНК, помещенные в электролит, проходят "гуськом" через такие нанопоры.

Из-за перемещения молекул происходит блокировка потоков ионов и снижение измеряемого потока. Четыре основания ДНК блокируют его по-разному, поэтому графеновые нанопоры толщиной в субнанометр позволяют оценить различие между основаниями, используя технологию  секвенирования ДНК – она низкозатратна и обладает высокой пропускной способностью.

Кроме того, для увеличения надежности устройств на основе графеновых нанопор исследователи нанесли ультратонкое покрытие на мембрану из оксида титана, толщиной лишь в несколько атомных слоев. Оно позволяет создать более чистую и легче смачиваемую поверхность, через которую ДНК легко перемещаются. Покрытие графеновых мембран слоем оксида также снизило шум нанопор и в то же время улучшило надежность устройства.

Благодаря ультратонкому характеру графеновых пор, исследователи смогли обнаружить повышение величины перемещения сигнала по сравнению с предыдущими твердотельными нанопорами в нитриде кремния, не изменяя напряжение.

Команда Пенсильванского университета теперь работает над повышением общей надежности этих устройств и использованием проводимости графеновых листов для создания устройств с поперечным электрическим контролем над перемещением ДНК. В частности, этот поперечный электрический контроль может быть достигнут вырезанием графена в наноэлектродах и использованием его свойств проводимости.

«Квазикристаллы», часть 1

В гостях у ведущего программы Михаила Ковальчука – заведующий лабораторией Института кристаллографии им. А.В.Шубникова РАН Игорь Любутин  и руководитель отдела наноуглеродных материалов НИЦ «Курчатовский институт» Семён Червонобродов.

В этом выпуске программы «Истории из будущего» речь идёт о значении квазикристаллов в нашей жизни. Поводом для создания выпуска явилось то, что Нобелевский комитет в этом году присудил самую престижную научную премию в области химии израильскому ученому Дану Шехтману (Daniel Shechtman) за открытие квазикристаллов. На самом деле, он открыл их еще 8 апреля 1982 года. Но тогда статья Шехтмана не была принята к печати дважды и в сокращённом виде была в конце концов опубликована в соавторстве с привлечёнными им известными специалистами И. Блехом, Д. Гратиасом и Дж. Каном. С тех пор исследования квазикристаллов пошли очень активно.

В 2010 году в России был впервые обнаружен природный минерал, обладающий квазикристаллической структурой. Кроме того, квазикристаллы были обнаружены в определенных типах сталей. Квазикристаллы очень плохо проводят электричество и тепло - намного хуже, чем «обычные» кристаллы и аморфные вещества. Сегодня ученые рассматривают различные возможности их практического применения.

Так что же такое квазикристаллы – объясняет Игорь Савельевич Любутин.

Семён Павлович Червонобродов подробно рассказывает об углеродных материалах, которые также имеют большое практическое применение. Так, вы узнаете, что представляет собой графен: можно ли его увидеть и пощупать? Каково значение открытия этого материала для современной науки

Ни для кого не секрет, что автомобильные двигатели, работающие на водороде – уже реальность. Преимуществ  у такого автомобиля – масса, перечислять их все – скучно и неинтересно. Вместо этого лучше обратимся к минусам таких автомобилей. А точнее – к одному, но очень большому минусу, который способен сгубить водородные автомобили, что называется, «на корню».  

Проблема машины, работающей на водороде, заключается в том, что надежного места для хранения этого водорода – пока не изобрели.

В настоящее время для хранения «автомобильного» водорода используются баллоны.

Эти баллоны – громоздкие, и очень тяжелые. А все потому, что плотность водорода – очень низкая. И его приходится закачивать в баллоны под огромным давлением. И все бы ничего, если бы закачанный водород не утекал сквозь стенки баллона. (Потому что диффузию – еще никто не отменял).

В результате – абсолютно герметичного хранилища для водорода в природе просто не существует. 

Но как известно, ничто не стоит на месте. 

И совсем недавно американские ученые из института NIST, что в штате Пенсильвания, сделали одно интересное заявление: хранилищем для водорода может стать графен! 

Здесь необходимо сделать небольшое отступление, и пояснить, что же такое графен. Если говорить предельно просто, то графен – это слой атомов углерода. Толщина такого слоя – всего лишь один атом. И углерод в графене – не простой, а модифицированный. 

Этот материал был открыт совсем недавно, в 2004 году. 

Материал – уникален, и многие его свойства по сей день не изучены до конца. Однако ученые выяснили, что графен имеет отличную теплопроводность, и высокую жесткость. Частицы углерода в графене – невероятно подвижны. И это важное обстоятельство дает ученым повод предположить, что сфера применения этого материала может быть очень широка. Этот прогноз не замедлил подтвердиться: относительно недавно были изобретены графеновые наноленты, а на основе этих нанолент – был получен уникальный транзистор, аналогов которому в мире нет.  

Но до сего момента никто и предположить не мог, что графен – еще можно использовать и в качестве своеобразной «водородной губки». Однако все изменилось, когда ученые из института NIST соединили графен с другим, не менее уникальным изобретением – углеродными трубками.

В результате такого синтеза была получена структура, показанная на рисунке: множество графеновых слоев, скрепленных углеродными трубками. В этих трубках и будет размещаться водород. 

Но все далеко не так радужно, как выглядит на картинке. Дело в том, что такая «водородная губка» – не может удерживать обычный водород, получаемый промышленным способом. Для того, чтобы придать губке такую способность, ученым пришлось немного окислить графен. И лишь после этой операции первая в мире «водородная губка» – увидела свет. 

Но говорить о ее промышленном применении в качестве водородного бака – пока преждевременно, так как существует еще масса проблем, решить которые ученым пока не удалось. 

Главная проблема состоит в том, что графен хоть и поглощает водород, но поглощающая способность у него – довольно низкая. Для наглядности можно привести небольшой пример. Если требуется запасти килограмм водорода, то для этого потребуется как минимум сто килограммов графена. 

Еще одна серьезная проблема графена заключается в дефектах.

Проще говоря, сделать «графеновый бак» многоразовым – не так-то просто. Потому что при его многократной зарядке и разрядке в кристаллической структуре графена – неизбежно возникнет ряд необратимых дефектов кристаллической решетки, что в конечном итоге приведет к утрате герметичности всей конструкции. 

Остается лишь уповать на то, что ученым в ближайшем будущем все-таки удастся справиться с этими проблемами. И если это произойдет, то автомобили с водородными топливными элементами выйдут на принципиально новую ступень развития.

Особенно большая радость у нас сегодня потому, что модератор нашей лекции – Борис Долгин, научный редактор Полит.ru, помогаю ему я, Юля Каденко. И нашего лектора представит Борис. 

Долгин: Да, собственно, наш сегодняшний лектор должен был стать нашим лектором уже год назад. Но случилось известное, наверное, многим извержение вулкана в Исландии, в результате чего Артем не смог тогда доехать, но мы очень надеялись, что это все-таки случится и, наконец, наша мечта реализовалась. Артем Оганов – один из самых известных, насколько мы понимаем, в современном мире химиков, профессор Стонибрукского университета, адъюнкт-профессор МГУ, почетный профессор Гуйлиньского университета. Собственно, разговаривать мы будем ровно по его теме, по теме его специальности, по работе с новыми материалами, о том, как, как происходит создание этих самых новых материалов, проектирование новых материалов исходя из тех разработок, тех методик, которые создает Артем и его группа. Регламент у нас традиционный: сначала собственно лекционная часть, после которой можно будет задавать вопросы, выступать с какими-то короткими репликами.

Оганов: Добрый вечер! Я очень рад и горд выступать здесь, и очень рад, что то, что не получилось год назад из-за извержения вулкана Эйяфьятлайокудль, наконец, удалось в этом году, практически год спустя изначально планировавшейся даты. В этой лекции я вам расскажу о своей работе, и о моей области науки. Но, если хотите резюме до начала лекции кратко, то оно таково: самое главное в жизни – это жить мечтой, я вам расскажу о том, как воплощается в жизнь моя собственная мечта, мечта стать ученым, которую я лелеял с самого раннего детства, и те исследования, которые я провожу, нацелены на осуществление одного из самых главных мечтаний человечества. Ну, сами посудите, какие мечты есть у людей: мечта об идеальном обществе – к которой я, правда, не имею никакого отношения, поскольку не занимаюсь ни общественными науками, ни политикой – и мечта об идеальных материалах: ковер-самолет, гиперболоид инженера Гарина, меч-кладенец, эликсир молодости, философский камень – это все, фактически, мечта об идеальном материале, который свинец превратит в золото, старика – в юношу, Змея Горыныча – в труп и так далее. И вот поиском материалов, оптимальных для той или иной задачи, как раз и занимается моя лаборатория в Стони Бруке на Лонг-Айленде. Материалы имеют порой невероятные свойства, которые превосходят наши ожидания, есть материалы, о возможности существования которых мы бы никогда в жизни не догадались, если бы они не были найдены в лаборатории. Вот, кстати, посмотрите – один из этих материалов, вы видите пластинку, которая не весит и грамма, но ее вещество имеет настолько низкую теплопроводность, что если вы поставите на эту пластинку розу, и снизу все подогреете сильной горелкой – роза окажется неповрежденной, потому что этот материал практически не проводит тепло.

Французские ученые изобрели новый материал, который может в буквальном смысле произвести революцию в промышленности. Открытие внешне напоминает пластик и обладает свойствами резины. При этом новое вещество можно нагревать бесконечное число раз и придавать изделию из него любую форму.

Небольшие кусочки невзрачного материала пока что умеют принимать только формы, похожие на разновидности итальянской пасты. Но этим фундаментальная наука и отличается от прикладной: показывать особо нечего, но одной статьи в научном журнале достаточно, чтобы перевернуть мир. Ученые Национального центра научных исследований Франции сделали открытие, которое уже в скором времени изменит множество привычных предметов.

«Это совершенно новый материал. Он ведет себя как пластик, но не является пластиком, обладает свойствами резины, но не является резиной, но главное — его можно моделировать так же просто, как знакомое всем стекло. Мы долго не могли придумать название, но в итоге решили назвать это стекломером», — говорит Людвик Леблер, профессор Высшей школы промышленной физики и химии Парижа, исследователь Национального центра научных исследований Франции.

По-французски «витример» — полимер со свойствами стекла. Ученым удалось придать искусственному, органическому материалу черты неорганической материи, которая встречается в природе. Стекломер можно нагревать, придавая ему форму и остужать до бесконечности, на уровне атомов связи не нарушаются. Представьте бампер автомобиля, любое повреждение на котором можно исправить, просто нагрев до определенной температуры.

«Самолеты, которые можно будет ремонтировать, не меняя дорогостоящих запчастей, стены, которые никогда не надо будет перекрашивать, переработка материалов — это то, что сразу приходит в голову. Но придумывать применения не совсем наша работа, с момента публикации мы уже получили десятки предложений от индустрии», — объясняет Людвик Леблер.

Открытие сделали в лаборатории, многое в которой осталось неизменным со времен Марии Кюри. Например, этот шкаф. На словах все так просто, что даже удивительно, почему никто не додумался до подобного раньше.

Материал, который открывает новые горизонты в органической химии, делается из простых ингредиентов: это эпоксидная смола, знакомая каждому, кто когда-то занимался моделированием, жирная кислота, являющаяся побочным продуктом бумажной промышленности, по сути — вытяжка из сосны, и элементарный цинковый катализатор, доступный в любом магазине химических реагентов.

А вот процесс, при котором нехитрые компоненты превращаются в революционный материал — и есть ноу-хау и плод почти трех лет работы. Авторы уверены: первые коммерческие применения появятся уже в ближайшие годы. Российские коллеги с комментариями к французским исследователям пока не обращались, но ученые из Парижа — и они этого не скрывают — очень хотели бы узнать мнение профессоров из Москвы.

Китай стал научной державой номер два в мире, наступая на пятки США. Мировая карта науки стремительно меняется, западные страны теряют позиции, активизируются игроки Юго-Восточной Азии, Ближнего Востока, Северной Африки, показало статистическое исследование экспертов Британского королевского научного общества. Позиции России продолжают ухудшаться: она уже находится за пределами первой десятки успешных научных стран.                     

Исследователи из университета Северной Каролины разработали плоские пластиковые фигурки, которые самостоятельно собираются в трёхмерные объекты при освещении лампой.

Для получения такого эффекта авторы работы воспользовались прозрачными листами полистирола с предварительным механическим напряжением (аналогичный тому, что применяется в игрушке Shrinky Dinks).

Листы эти учёные пропускали сквозь принтер, который наносил на определённые участки поверхности толстые чёрные линии. Далее из листа выкраивалась нужная модель (скажем, развёртка куба).

При освещении лампой чёрная краска поглощала гораздо больше инфракрасного света, чем окружающий материал, моментально нагреваясь. Локальный нагрев пластика приводил к небольшому размягчению полимера в этих точках. Внутренние напряжения заставляли конструкцию изгибаться вдоль чёрных линий, так и происходила сборка предмета заранее заданной формы.

Учёные составили компьютерную модель процесса, выяснив, что для желаемого результата очень важна скорость нагрева поверхности чёрных линий: окружающий их пластик при этом не должен успевать заметно разогреться.

Изменяя ширину линий, можно регулировать угол сгиба, объясняют создатели метода. Авторы разработки по желанию получали и 90 градусов поворота плоскостей, и 120.

Новая техника самосборки совместима с различными методами печати и выпуска полимерных плёнок – струйной, трафаретной, рулонной технологией… Нанося такие чёрные «петли» с разных сторон листа, можно заставить его складываться в разные стороны. Таким образом появляется возможность получать из плоских выкроек различные объёмные формы, не прикасаясь к ним руками, а всего лишь освещая весь предмет ярким светом.

О своём изобретении американцы рассказали в статье в журнале Soft Matter.

Добавим, что ранее подобные самоскладывающиеся материалы реагировали на нагрев при прохождении тока по отдельным участкам, на общий нагрев всего предмета или капиллярные силы, возникающие при смачивании поверхности.

Прототип живой плёнки показал, что способен разлагать и поглощать попавшие на поверхность вещества. По мнению изобретателей, такое свойство нового материала пригодится при создании самоочищающихся столешниц, а может, и целого списка необычных изделий.             

Самое низкоплотное в мире твёрдое тело отныне не кварцевый и даже не углеродный аэрогели, а металлическая конструкция, в которой пустоты занимают 99,99% объёма. 

   Опровергнут предел «совершенства» сверхгорячей кварк-глюонной плазмы — состояния, в котором вещество пребывало сразу после Большого взрыва. Производимая при столкновении ионов свинца в Большом адронном коллайдере жидкость в мире способна преодолеть теоретический нижний предел вязкости.

    Через 0,00000000001 секунды после Большого взрыва. На Большом адронном коллайдере получена кварк-глюонная плазма – состояние вещества, существовавшее во Вселенной через 0,00000000001 секунды после Большого взрыва. Она возникла в результате столкновений...
 

    Насколько жидкость может быть жидкой и есть ли у ее текучести предел? Самая совершенная жидкость, известная сегодня, не имеет ничего общего с водой. Это сверхгорячая кварк-глюонная плазма, образующаяся при столкновении тяжелых ионов в Большой адронном коллайдере в CERN (кроме протонов БАК сталкивает еще и ядра свинца, правда, конечно, не одновременно). Новые теоретические данные, полученные учеными из Технологического университета Вены, показывают, что гварк-глюонная плазма может оказаться еще менее вязкой, чем предполагали ранее разработанные теории. Их работа опубликована в журнале Physical Review Letters с пометкой «выбор редакторов».
   Высоковязкие жидкости (например, мед) очень густые и характеризуются сильным внутренним трением.

     Анти­ве­щест­вен­ные доказательства. О том, зачем создан Большой адронный коллайдер, какую пользу он может принести человечеству, рассказывает физик, участник одного из экспериментов БАК Андрей Крохотин. Азы физики частиц, оказывается, можно...

   Квантовые жидкости (например, сверхтекучий гелий) имеет очень низкую вязкость. В 2004 году теоретики заявили, что им удалось обнаружить теоретически возможный предел соотношения вязкости к плотности энтропии (она никогда не равна нулю) и он равен ħ/4π (где ħ — постоянная Планка). Сверхтекучий гелий даже близко не подходит к этой границе.

В 2005 году измерения вязкости кварк-глюонной плазмы показали, что она вплотную приближается к этому минимальному пределу. Однако этот рекорд все еще можно побить, утверждает в своей новой работе теоретик Доминик Штайнедер и его коллеги. Взрыв Вселенной повторят в Дубне. Официально объявлена дата пуска Большого адронного коллайдера (LHC) близ Женевы – 10 сентября. Но он не поможет выяснить, как кварк-глюонная плазма превращается в обычное вещество. На это способен...

Вязкость кварк-глюонной плазмы нельзя вычислить напрямую. Ее поведение так сложно, что для этого приходится применять очень сложные специально разработанные методы, отмечает профессор Антон Ребан, руководивший работой. «Мы решаем уравнения из теории струн и затем переносим результаты на физику кварк-глюонной плазмы», — пояснил он.

Установленное ранее нижнее граничное значение для вязкости было вычислено сходным образом. Однако тогда плазма принималась симметричной и изотропной (то есть ее свойства были одинаковы по всем направлениям).

    «Элемент «московий» назовем в честь Московской области». Физики ОИЯИ в Дубне планируют получить 119-й элемент, разработать портативное оборудование для таможни и лечить рак с помощью ускорителей. Дубну ждут годы эффективной работы и активного международного...

«На самом деле плазма, родившаяся при столкновениях частиц в ускорителе, изначально не изотропна. Частицы ускоряются и сталкиваются вдоль одного измерения, поэтому очевидно, что получающаяся плазма имеет разные свойства в зависимости от направления», — подчеркнул Ребан.

   Физики нашли методику, позволяющую учесть эту анизотропность в своей модели. Оказалось, что
такая анизотропная жидкость способна преодолеть уже установленный предел низкой вязкости.

   «Вязкость зависит от еще нескольких физических параметров, но мы можем уже сейчас сказать, что теоретически она может быть ниже, чем в предсказанной ранее модели абсолютно слабого связывания», — уверен Доминик Штайнедер.

   Эксперимент с кварк-глюонной плазмой в CERN, как ожидается, предоставит необходимую экспериментальную базу этим теоретическим предсказаниям.

Читать полностью: http://www.gazeta.ru/science/2012/01/18

В эксклюзивном интервью «Газете.Ru» профессор Артем Оганов рассказал о том, что такое графан, чем он отличается от графена, и привел пример «вандализма» в российской науке.

– Что такое графан, почему возник интерес к его исследованию и в чем его особенности по сравнению с графеном?
– Статья, посвященная теоретическому исследованию графана и опубликованная на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Science, была написана большим коллективом авторов и идет по следам графеновой революции, кульминацией которой стало присуждение Нобелевской премии по физике за 2010 год нашим эмигрировавшим ученым Гейму и Новоселову. Также в прошлом году активизировались начатые ранее работы по еще одному замечательному материалу – графану. Этот материал является логическим продолжением графена, он тоже представляет собой двумерный лист, но этот лист не плоский, а гофрированный, с обеих сторон его находятся атомы водорода, связанные с атомами углерода. Говоря химическим языком, атомы углерода в графане находятся не в состоянии sp² гибридизации, как в графене, а в состоянии sp³ гибридизации, как в метане. Графановый лист можно также представить как вырезку из структуры алмаза.

– Какие интересные свойства графана удалось обнаружить?
– Во-первых, графан, в отличие от графена, – это не одна-единственная конфигурация, а несколько возможных структурных модификаций. Причина в том, что графан – это один листочек, который можно сочетать в пространстве самыми неожиданными способами. Исследуя его структуру разработанным нами теоретическим методом, нам удалось обнаружить и изучить эти изомеры графана. Но самая неожиданная находка касается энергии самой устойчивой модификации графана. Графан фактически имеет такую же формулу, как и бензол, в них одинаковое соотношение углерода и водорода – 1:1; и графан, и бензол – это СН. Наши расчеты показали, что изолированный лист графана значительно более энергетически выгоден, чем изолированная молекула бензола.

Если это перевести на популярный язык, нужно отметить, что бензол – это бог органической химии. Вся органическая химия построена вокруг этой молекулы бензола. А теперь оказалось, что существует более энергетически выгодное пространственное расположение атомов углерода и водорода, чем в бензоле. Для любого химика-органика это шок. Потому что все – и органики, и неорганики – привыкли к тому, что бензол дополнительно стабилизируется резонансными связями. Оказывается, есть более устойчивая гигантская двумерная молекула, и это неожиданный результат.

– Насколько широко применим ваш метод предсказания кристаллических структур?
– Недавно мы опубликовали обзор в престижнейшем химическом журнале Accounts of Chemical Research. Этот журнал выпускает достаточно мало статей, и все они попадают на его страницы только по приглашению главного редактора. Я писал эту статью аккуратно и тщательно, и на это ушло два года. Результатом я остался очень доволен: в этой статье удалось провести обзор нашего метода предсказания кристаллических структур, который уже был использован в нескольких десятках работ, в том числе и статье по графану. Этот обзор немного необычен: в нем мы не просто собираем куски из предыдущих работ, а пытаемся их проанализировать, предложить новые идеи о том, как нужно предсказывать кристаллические структуры и почему наш метод работает. Также в этом обзоре было дано сравнение методов и ряд примеров применения нашего метода. Кстати, им пользуется сейчас около 400 ученых в мире.

– Можно ли утверждать, что ваш метод предсказания структур принципиально лучше других методов предсказания из первых принципов?
– За последние полтора года мне удалось провести очень важный и интересный эксперимент по оценке эффективности нашего метода. Я предложил моим коллегам, конкурентам, которые также занимаются теоретическими предсказаниями кристаллических структур, собраться вместе для «слепого» теста эффективности предсказания.

Совместно формулировалась задача – предсказание структуры вещества определенного очень экзотического состава, для которого нет и не может быть проведено экспериментального исследования и нет никакой возможности «подсмотреть» результат.

После этого участники эксперимента моделируют его структуру и дают на выходе два параметра – энергия самой устойчивой конфигурации и ее строение. Каждая из групп представляет результаты сразу всем участникам теста. Результаты теста показали, что наш метод гораздо более эффективен и надежен для определения кристаллической структуры из первых принципов. Надо отдать должное другим участникам эксперимента, они сошлись во мнениях, что его результаты следует публиковать, и в ноябре в издательстве Wiley вышла книга по предсказанию кристаллических структур, где все участники слепого теста стали авторами глав о своих методах работы, а в приложение вошли результаты теста и их анализ.

– Как вы относитесь к современной российской действительности и к действиям властей по управлению наукой?
– Я никогда напрямую не высказывал своих политических взглядов. В своем старом блоге (сейчас я ищу новую площадку для своего научного блога) я как-то мельком написал, что хотел бы, чтобы прекратились все войны. Интересно было, что в короткий промежуток временя я получил массу писем, авторы которых утверждали свое согласие или несогласие с моими «политическими взглядами». Это меня позабавило, т. к. о своих политических взглядах я не заявлял никогда и мои корреспонденты наверняка ошиблись в оценке моих взглядов. А политические взгляды у меня простые – у меня их просто нет. Мой единственный политический принцип – не интересоваться политикой вообще. Что происходит в российской науке? Мне трудно это понять. Был проект по мегагрантам – очень хорошая затея. Обещали дать 80 грантов – дали 40, но те, кому гранты дали, безусловно, того заслуживали. Я собираюсь подавать грант во вторую волну конкурса, но его объявление затягивается, сроки сдвигались с декабря на январь, затем на март, но пока нет никаких новостей. Так или иначе, хотелось бы видеть эту программу с продолжением. Первый этап оказался успешным, 40 ученых высочайшего уровня привлечены к работе в России. Если такие проекты будут объявляться хотя бы раз в год, было бы прекрасно. Есть еще Сколково, на которое вроде бы выделяются огромные деньги для создания технологического центра международного масштаба, мне кажется, это тоже хорошая идея, но пока я не вижу, что там происходит. Но к этим позитивным сдвигам примешивается большая доля разочарований: буквально параллельно с этими инициативами

происходит увядание науки в университетах и институтах. Более того, происходит разворовывание научных институтов,

в частности, хорошо известного мне ВНИИСИМС, Института синтеза минерального сырья в городе Александрове. Институт был передовой, с идеальным потенциалом окупаемости и прибыльности. Это институт, который создавал для высокотехнологичных отраслей индустрии дорогостоящие кристаллы, которые покупались по всему миру, в частности, кристаллы кварца, это технология громадными человеческими усилиями создавалась в 50-е годы. Эта технология была налажена за несколько десятилетий – а кварц используется везде, начиная от часов и заканчивая ПВО. Мало центров в мире имели такую технологию – производство дорогостоящих кристаллов из дешевого сырья. Это идеальная модель самоокупаемости, прибыльности – фактически из ничего производить кристаллы, которые стоят на вес золота. Но государство это проглядело, и в 90-е годы, в трудные времена безденежья, директор института продал эту технологию за бесценок в Южную Корею. Теперь рынок наводнили южнокорейские кристаллы кварца. Кроме того, был за бесценок продан в Китай стратегический запас уникальных кристаллов кварца для затравок, было продано и оборудование – автоклавы для синтеза.

Эта история напоминает мне поведение вандалов в Древнем Риме – в Риме вандалы разрушали произведения искусства, а современные вандалы пускают автоклавы на металлолом для извлечения дорогостоящих специальных сплавов.

Сейчас распродана уже территория института, и он официально прекратил существование, причем это было сделано при участии верхушки института. Об этом деле много писали, но ему так и не дали ход. Причем если начиналось разворовывание института еще в 90-е годы, то последние шаги были пройдены в 2010–2011 годах, когда уже произносились слова об инновационном развитии и модернизации страны. Таких историй много, и они не совместимы с лозунгами о модернизации, поэтому с нынешним состоянием науки слишком многое непонятно.

– В России, как показал недавний опрос ВЦИОМ, наука не пользуется популярностью среди населения. А жители США проявляют интерес к своей науке?
– В США общество очень неоднородно. Здесь есть интеллигенция высшей пробы, но есть и серая масса, которой ничего в сфере образования не надо. У нас в университете каждую неделю профессора проводят популярные лекции на интересные для обывателя темы, и эти лекции пользуются неизменным успехом. Видно, что этим людям интересна наука, они задают вопросы с горящими глазами. Но это не средние люди, это жители нашего небольшого университетского городка. Если копнуть глубже, то люди в целом вообще не знают ничего о науке. Это связано с максимально прагматичной системой США: чтобы красить крыши или пахать землю, не нужна математика и физика. Такая система экономически выгодна, хотя и бесчеловечна, на мой взгляд.

Поэтому в массе люди в США не знают о науке и не интересуются ей: многие умножать и делить умеют с трудом.

Если спросить у людей об ученых, они, может быть, назовут Эйнштейна или, если повезет, Фейнмана, но не более.

– Ученый – престижная профессия в США?
– Путь ученого на Западе очень тернист и труден. Чтобы добиться чего-либо, нужно пройти через годы аспирантуры и работы постдоком – тяжелой работы с небольшой зарплатой без какой-либо стабильности – куда уж там заводить семью или купить дом! Постоянно идет жесточайшая борьба за существование. Из-за этого наука двигается во многом иностранцами из более бедных стран, раньше это были выходцы из стран бывшего СССР, теперь это чаще китайцы. Однако постоянно так продолжаться не может, Китай занял очень последовательную позицию по возвращению своих ученых, и они возвращаются, поэтому аспиранты и постдоки, которых мы воспитываем, – это вложение не в американскую науку, а в китайскую. Американская система питается иностранными мозгами, но это же работает против нее:

у меня сейчас работает очень талантливый китаец, но я осознаю, что все знания, которые он у нас получает, он будет использовать, работая профессором дома, в Китае, а не в США.

Мне бы очень хотелось, чтобы об этом задумались и в России. Мы потеряли огромный интеллектуальный фонд, пора его возвращать.

Металлы и сплавы обычно имеют кристаллическую структуру. Представление о ней даёт дифракционная картина, которая получается, когда пучок ускоренных электронов рассеивается на атомах исследуемого образца. Дэн Шехтман, Израильский технологический институт (Технион). Фото: Ames Lab, Technion. Формирование дифракционной картины (на примере видимого света). Свет, проходя через перфорированную металлическую пластину (дифракционную решётку), рассеивается.

Дифракционная картина, которую получил израильский учёный Дэн Шехтман для сплава алюминия с марганцем, выглядит совершенно необычно: исследованный им образец имеет икосаэдрическую структуру, считавшуюся невозможной для кристаллов. Такие структуры назвали квазикристаллами. За их открытие Д. Шехтману присуждена Нобелевская премия по химии 2011 года.

Открытие, перевернувшее наши взгляды на само понятие кристаллического состояния вещества, Дэн Шехтман сделал во время sabbatical — творческого отпуска, который он проводил в Национальном бюро стандартов США.                                         

Гексагональная решётка углерода толщиной в один атом известна рекордно высокой подвижностью электронов. Теперь же учёные открыли, что совмещённые две такие плоскости при определённых условиях превращаются в изолятор.                

Учёные сумели упаковать единственный атом в решётку из других атомов, которую, в свою очередь, поместили в ещё большую атомарную клетку.

Группа Томаса Фесслера (Thomas F. Fässler) из технического университета Мюнхена (TUM) разработала способ изготовления сложных комплексов вложенных друг в друга молекул. Полученные кластеры атомов по виду напоминают фуллерены и многослойные нанотрубки, но сделаны не из привычного в таких случаях углерода, а из металлов.

«Матрёшка» Фесслера – это атом олова, расположенный, словно в шкатулке, в клетке из двенадцати атомов меди. А эта клетка сама находится в кристаллической оболочке из 20 атомов олова. Можно сказать, что перед нами бронза. Но очень необычная.                                      

Учёные заставили звенья вещества уложиться в плоский ковёр молекулярной толщины. Авторы изобретения сравнивают его с открытием графена, но новые соединения – куда более сложные. К тому же их строение можно корректировать в широких пределах.        

Источник: http://www.membrana.ru/

В материале на основе углерода недавно открыто уникальные свойства, знаменующие начало принципиально новой электроники

ФОТО С САЙТА uahub.info   АНДРЕЙ ГЕЙМ И КОНСТАНТИН НОВОСЕЛОВ ПРЕОДОЛЕЛИ ОЧЕРЕДНОЙ БАРЬЕР, ЛЕЖАЩИЙ НА ПУТИ К СОЗДАНИЮ ГРАФЕНОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ. ИМ УДАЛОСЬ СКОНСТРУИРОВАТЬ НА ОСНОВЕ ГРАФЕНА ТУННЕЛЬНЫЙ ТРАНЗИСТОР С ХАРАКТЕРИСТИКАМИ, ПОДХОДЯЩИМИ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Век электроники начался с изобретения в 1904 году англичанином Джоном Флемингом электронной лампы с термокатодом. В 1919 году Вильям Иклс ввел для устройства название «диод», образованное от греческих корней: «di» — два и «odos» — путь. В 1906 году американский изобретатель Ли де Форест ввел в диод третий электрод — сетку, что дало возможность усиливать электрический сигнал. Свое изобретение он назвал аудион, который был усовершенствован другим американским изобретателем, Эдвином Армстронгом. Кстати, Ли де Форест ввел термин «радио», так как ему очень не нравилось название «беспроволочный телеграф».

Электронные лампы сделали возможным принципиально изменить не только средства связи — как проводные, так и беспроводные. Они фактически создали технологическую основу телевидения, а затем и компьютеров.

Изобретение и последующее внедрение транзисторов достаточно быстро привело современную технику в то положение, которое мы наблюдаем сегодня. Это трудно представить какой поразительный эффект на современников имело появление переносных радиоприемников и магнитофонов. На смену счетам с костяшками на проволоках и механическим арифмометрам, изобретенных еще в XVII веке Блезом Паскалем, пришли калькуляторы.