It is currently Wed Oct 17, 2018 3:29 am

НИЛ АСЭМ Научно - исследовательская лаборатория автоматизированных систем экологического мониторинга

Это Интересно!

by Admin » Mon Jan 01, 2018 10:00 am

В МГУ получили дешевые органические материалы для гибкой электроники

/ТАСС/ http://tass.ru/nauka/2632892

Image

МОСКВА, 2 февраля 2016. На физическом факультете МГУ вырастили органические полупроводниковые кристаллы с рекордно высокой светоизлучательной способностью. Новые материалы можно использовать для создания гибкой и прозрачной электроники, а использованный учеными метод синтеза значительно дешевле аналогов, говорится в пресс-релизе МГУ.
"Для выращивания кристаллов применили простые и дешевые технологии, которые до того считались бесперспективными", - сообщается пресс-релизе.
Органическая электроника это одна из модных областей материаловедения. Ученые исследуют электропроводящие полимеры, олигомеры и другие органические соединения, способные заменить привычные проводники и полупроводники вроде кремния в современной электронике. Материалы органической электроники могут быть биосовместимыми, прозрачными и гибкими, а процесс их синтеза удобней, чем для неорганики - незначительно изменяя условия, можно получать вещества с совершенно разными свойствами для создания, например органических солнечных батарей, светоизлучающих диодов (OLED) или транзисторов.
Именно условия синтеза исследовали в рассматриваемой работе. Сейчас органические полупроводниковые кристаллы получают путем кристаллизации из пара. Этот метод сложный и дорогой, но считается, что только так можно получить чистые, свободные от примесей материалы с хорошими свойствами. В группе под руководством Дмитрия Паращука на физическом факультете МГУ показали, что это не так.
В своей работе физики использовали тиофен-фениленовые олигомеры, синтезированные их коллегами из МГУ и Института синтетических полимерных материалов РАН. Кристаллы же на их основе учёные получали методом выращивания из раствора (похожим образом в школе на уроках химии или естествознания учат выращивать кристаллы соли). В результате характеристики таких материалов оказались даже лучше, чем для кристаллов, полученных с помощью дорогостоящей кристаллизации из пара. Их квантовый выход (это важная характеристика для материалов светоизлучающих диодов, показывающая их эффективность) достигал 60% против 38% для "паровых" кристаллов.
"Мы уже нашли причины такого высокого квантового выхода, но еще не готовы их обнародовать. Это дело нашего будущего исследования", - приводятся слова Паращука в пресс- релизе МГУ.
Новые материалы можно в перспективе использовать для создания органических транзисторов, управляемых светом, или органических лазеров.
Свою работу ученые проводили вместе с коллегами из других российских институтов и Голландии. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials and Interfaces.
Кроме остальных плюсов материалы органической электроники обладают еще одним уникальным свойством: они могут проводить не только электроны и дырки, как неорганика, но также и ионы – заряженные атомы. Именно за счет ионных токов, например, распространяются сигналы по нейронам, а потому органическая электроника может стать мостом между современными компьютерами и живыми существами.
Так, в конце 2015 года шведские ученые с помощью электропроводящих полимеров научились переключать цвет листов розы, а в ее черенке сделали простейшую логическую схему на основе органических транзисторов.
Admin
Site Admin
 
Posts: 203
Joined: Wed Sep 20, 2017 9:55 am

by Admin » Sat Jan 06, 2018 8:11 am

Создан диод из девяти атомов углерода
https://elementy.ru/novosti_nauki/43301 ... v_ugleroda

Image
Рис. 1. Химическое строение нонадиина-1,8 (слева) и схема строения монослоя, который он образует на поверхности гидрированного кремния (справа). В названии этого вещества нона- показывает, что оно содержит 9 атомов углерода, ди-ин — что две из восьми связей между этими атомами — тройные; 1,8 указывает на то, что это связи между первым и вторым и восьмым и девятым атомами. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications

Испанские ученые показали, что молекулу простого органического вещества нонадиин-1,8 можно использовать как молекулярный диод. Этот самый маленький в мире диод к тому же оказался очень эффективным, и в отличие от ранее созданных молекулярных диодов он способен работать при комнатной температуре.

Одно из главных направлений в развитии электроники — миниатюризация. Электронные схемы и их компоненты становятся всё меньше и меньше. Однако уменьшить привычные для нас электронные схемы на основе кремния, германия и других полупроводниковых материалов (см. Полупроводники) можно лишь до определенного предела. Поэтому вот уже пару десятков лет интенсивно ведутся разработки в области молекулярной электроники, в которой электронными компонентами служат отдельные молекулы. Уже известны молекулярные провода, молекулярные логические элементы, молекулярные диоды и молекулярные транзисторы.

Исследователи из Барселонского университета, работающие в группе Исмаэля Диеса-Переса (Ismael Díez-Pérez), смогли продемонстрировать, что одна молекула нонадиина-1,8 на кремниевой подложке работает как диод (рис. 1). Эта молекула состоит всего лишь из девяти атомов углерода и двенадцати атомов водорода (С9Н12). Таким образом, созданный диод очень маленький даже по меркам молекулярной электроники.

Возможно, некоторые читатели, прочитав слово «диод», представили себе маленькие светящиеся огоньки — светоизлучающие диоды. Однако в данном случае имеется в виду не источник света, а устройство, пропускающее электрический ток в одном направлении и блокирующее его протекание в противоположном. Такие устройства — один из базовых компонентов электронных схем.

Нонадиин-1,8 относится к классу терминальных диинов — молекул, содержащих две тройные связи углерод-углерод, которые расположены на противоположных концах углеродной цепи. Такие терминальные диины были синтезированы во второй половине ХХ века и находили применение, например, в получении синтетических полимеров. На макроскопическом уровне ни нонадиин-1,8, ни родственные по структуре соединения не проводят электрический ток. Исследователи использовали молекулу углеводорода с двумя тройными связями не как обычный электрический контакт, а как контакт для туннельного тока, который возникает при «проскоке» носителя заряда между электродами — туннельном переходе (наиболее известно туннелирование электрона).

Дииновый молекулярный диод закрепляется на частично гидрированной — содержащей связи Si–H — поверхности кремния. Происходит это в результате инициируемой ультрафиолетовым излучением реакции гидросилилирования — присоединения связи Si–H к кратной связи на одном из концов молекулы нонадиина. (Эта реакция протекает аналогично изучаемым в школе реакциям присоединения водорода Н–Н или хлороводорода H–Cl к двойным или тройным связям.) Вторая тройная связь — на другом конце молекулы диина — остается свободной для возможности электрического контакта с внешними электронами. Это и позволяет исходно симметричной молекуле вести себя по-разному с электронами, движущимися в противополжных направлениях — к подложке или от нее.

Для проверки работы диода исследователи разработали особую методологию эксперимента, которую они назвали «мерцающее тестирование» («blinking test»). Поверхность кремния с закрепленными на ней молекулами нонадиина-1,8 изучали с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Когда изготовленный из золота зонд микроскопа контактировал с молекулой нонадиина (рис. 2, а), электрическая цепь замыкалась, при этом регистрировалось скачкообразное увеличение силы тока — «мерцание» (рис. 2, b). Периодически изменяя полярность напряжения, исследователи подтвердили одностороннюю проводимость диода (рис. 2, с).

Image
Рис. 2. Схема эксперимента. a — молекула нонадиина-1,8 участвует в замыкании и размыкании электрической цепи между золотым зондом микроскопа и кремниевой подложкой. b — регистрация «мерцания», возникающего в результате связывания молекулярным диодом двух электродов при напряжении в −0.8 В. На верхнем графике видны скачкообразное увеличение силы туннельного тока, возникающее при контакте зонда микроскопа с молекулой, незначительные (сравнимые с ошибкой измерения) колебания силы тока в момент контакта зонд–молекула и резкое снижение силы тока до исходного значения при потере контакта. c — односторонняя проводимость диода при изменении напряжения от −2 до +2 В. Видно, что при –2 В (нижний график) наблюдается резкое увеличение силы туннельного тока (верхний график) до 120 микроампер (весь пик, иллюстрирующий рост силы тока, просто не поместился на иллюстрации), смена полярности и потенциал +2 В позволял регистрировать ток силой только в 30 наноампер — в 4000 раз меньше. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications

Начав работу с изучения поверхности кремния, покрытой сотнями или десятками молекул нонадиина-1,8, за счет увеличения точности сканирования и измерений исследователям удалось быстро адаптировать метод для изучения электрического контакта с участием одной отдельно взятой молекулы. Интересно, что близкие по строению молекулы, например, нонин-1, который обладает только одной тройной связью, не могут выступать в качестве электрических контактов. Вероятно, вторая тройная связь нонадиина или связанный с ней атом водорода (образующий с двумя последними атомами углерода прямую линию C≡C–H) играет роль своеобразной антенны, облегчающей туннельный перенос электрона.

Созданный диод интересен не только размером — его эффективность уникальна для электронных компонентов такого типа. Эффективность диодов обычно определяется значением коэффициента выпрямления — отношением прямого тока к обратному току. Для нового диода коэффициент выпрямления достигает примерно 4000. Это на два порядка больше коэффициента выпрямления первого молекулярного диода, полученного в 2009 году при участии самого Исмаэля Диеса-Переса, а также Ивана Олейника из Института химической физики им. Н. Н. Семенова РАН (I. Díez-Pérez et al., 2009. Rectification and stability of a single molecular diode with controlled orientation). Помимо этого диод из нонадиина-1,8 обладает высокой устойчивостью — он может работать при комнатной температуре, в то время как диоды 2009 года (несколько полученных тогда молекул с односторонней проводимостью представляли собой различные комбинации ароматических колец) могли работать только при температуре, близкой к абсолютному нулю (около 10 К).

Высокая эффективность и устойчивость нового диода позволяет говорить о том, что объединение возможностей органической химии и наработанных подходов к работе с микросхемами из кремния может послужить основой для настоящего прорыва в молекулярной электронике. Конечно, до массового применения таких молекулярных диодов еще далеко — несмотря на то, что новый диод значительно лучше своих предшественников, до применения таких устройств в электронных схемах нужно увеличить и термостабильность, и стабильность по току, и время жизни. Тем не менее исследователи уверены, что продлить время стабильной работы молекулярного диода от нескольких секунд до нескольких месяцев — вполне реальная перспектива. В любом случае результаты изучения молекулярного диода окажутся полезными уже в ближайшей перспективе — разработанный и успешно использованный «метод мерцания» может пригодиться для изучения закономерностей переноса электрического заряда и для других систем, в которых поверхность металла или полупроводника будет модифицирована органическими молекулами различного строения.

Источник: Albert C. Aragonès, Nadim Darwish, Simone Ciampi, Fausto Sanz, J. Justin Gooding & Ismael Díez-Pérez. Single-molecule electrical contacts on silicon electrodes under ambient conditions // Nature Communications. 2017. 8. DOI:10.1038/ncomms15056.
Admin
Site Admin
 
Posts: 203
Joined: Wed Sep 20, 2017 9:55 am

by Admin » Sat Jan 06, 2018 8:14 am

Сахар-рафинад послужил матрицей для эластичного аккумулятора
https://elementy.ru/novosti_nauki/43300 ... umulyatora

Image
Рис. 1. Схематичное изображение этапов получения электропроводного эластичного композитного материала, состоящего из полидиметилсилоксана и восстановленного оксида графена. Придающий электроду эластичность полидиметилсилоксан (PDMS) белый, его не проводящая электрический ток композиция с оксидом графена (GO) коричневая, при превращении оксида графена в восстановленный оксид графена (rGO) получающийся в результате композитный материал приобретает черную окраску. Рисунок из обсуждаемой статьи в Advanced Materials

Американские ученые разработали метод получения эластичных аккумуляторов, используя в качестве шаблона для получения гибких электродов — ключевых элементов электронных устройств — кубики сахара. Полученный таким образом натрий-ионный аккумулятор по своим электрохимическим свойствам не уступает литий-ионным. Это очень важно для использования в работе гибкой переносимой электроники. Однако до коммерциализации разработки необходимо выполнить ряд улучшений — продлить время его жизни, а также получить большие по размеру и емкости источники питания.

Все мы практически каждый день используем литий-ионные батарейки и аккумуляторы. Хороши они практически всем, но только вот в последнее время ходят разговоры о том, что в ближайшие два десятилетия лития просто не будет хватать на изготовление таких устройств. Лития в земной коре гораздо меньше чем другого щелочного металла — натрия. Поэтому было бы здорово заменить литий-ионные источники питания на натрий-ионные. В их разработке уже достигнуты значительные успехи, однако до недавнего времени такие источники имели важный недостаток — им не хватало гибкости и эластичности своих литий-ионных аналогов. Эластичные батареи и аккумуляторы необходимы для обеспечения работы гибкой носимой электроники — накожных датчиков определения физического состояния, медицинских имплантатов или гибких смартфонов. Исследователям из Техаса недавно удалось получить гибкий и эластичный натрий-ионный аккумулятор.

Американские химики разработали метод, в котором гибкие электроды получали в несколько стадий, причем создавать электроды исследователям помогали обычные кубики сахара-рафинада. Оказалось, что материал, который нам привычнее видеть на кухне, позволяет сделать электроды с нужным размером, формой и пористостью. На первом этапе получали гибкую и эластичную основу электрода. Для этого кубик сахара помещали в чашку Петри, содержащую гель эластичного кремнийсодержащего полимера — полидиметилсилоксана. Затем чашку Петри помещали в нагретую вакуумную камеру, где за счет капиллярного эффекта гель проникал в поры кусочка сахара, и полимер формировал губку, повторяющую структуру пустот в кубике сахара. Затем избавлялись от сахара, просто погружая пропитанный полимером рафинад в дистиллированную воду, в которой сахар растворялся, а полимер — нет.

На втором этапе поры полимерной губки заполняли оксидом графена, который на третьем этапе восстанавливали с помощью иодоводорода до электропроводной восстановленной формы. За степенью готовности полимерного электрода можно было следить, просто наблюдая за цветом композиции полимера и производных графена: непроводящий композитный материал из полидиметилсилоксана и оксида графена коричневый, при восстановлении оксида графена и превращении композиции в проводник коричневый цвет переходит в черный (рис. 1).

Как оказалось, такой подход позволил получить материал с необходимой комбинацией эластичности, механической прочности, быстротой транспорта ионов натрия, нужных для создания электрического тока, и емкости. Испытания показали, что полностью заряженный аккумулятор с электродами, полученными с помощью сахара, может растянуться на 50% от своей исходной длины, причем способность к растяжению определяется исключительно механическими свойствами полидиметилсилоксана.

Ожидается, что модификация кремнийсодержащего полимера или получение нанокомпозитного материала на основе другого эластомера позволит увеличить эластичность электродов и, следовательно, аккумулятора. Что же касается электрохимической производительности нового аккумулятора, то она вполне может соперничать с параметрами, характерными для уже известных гибких источников питания, которые преимущественно представляют собой литий-ионные аккумуляторы.

Рабочий прототип аккумулятора сохраняет 90% своей емкости после ста циклов, каждый из которых заключается в растяжении аккумулятора на максимально возможную длину и возвращении в исходное состояние. Исследователи закрепили новый источник питания на локтевом бандаже и показали, что под каким углом бы человек, выполняющий физические упражнения, ни держал руку, натрий-ионный аккумулятор подает энергию на светоизлучающий диод, заставляя его светиться (рис. 2).

Image
Рис. 2. Фотографии эластичного натрий-ионного аккумулятора, размещенного на локтевом бандаже. Как бы ни была согнута рука, аккумулятор поддерживает работу коммерческого светодиодного светильника. Рисунок из обсуждаемой статьи в Advanced Materials

Но до коммерциализации нового типа источника электрического тока еще необходимо внести в его конструкцию ряд улучшений — продлить время его жизни, а также получить большие по размеру и емкости источники питания. Есть надежда и на то, что предложенный подход к получению пористого композитного материала окажется полезным и для разработки гибких устройств, конвертирующих энергию возобновляемых источников в электроэнергию.

Источник: Hongsen Li, Yu Ding, Heinjoo Ha, Ye Shi, Lele Peng, Xiaogang Zhang, Cristopher J. Ellison, Guihua Yu. An all-stretchable-component sodium-ion full battery // Advanced Materials. 2017. DOI: 10.1002/adma.201700898.
Admin
Site Admin
 
Posts: 203
Joined: Wed Sep 20, 2017 9:55 am

by Admin » Sat Jan 06, 2018 8:21 am

Немецкие химики создали полимер для 3D-печати стеклянных изделий
https://elementy.ru/novosti_nauki/43298 ... kh_izdeliy

Image
Рис. 1. Напечатанный новыми «стеклянными чернилами» крендель из стекла. Самое тонкое место этой детали — 2 миллиметра, длина «кренделька» составляет 2,5 см, и далеко не каждому профессиональному стеклодуву удастся изготовить такое «хлебобулочное изделие» с первого раза. Фото с сайта cen.acs.org

Химики из Технологического института Карлсруэ разработали «чернила» для 3D-принтера, позволяющие печатать изделия из чистого и прозрачного кварцевого стекла c довольно хорошим разрешением в десятки микрометров. Новая технология позволит наладить производство кварцевой лабораторной микропосуды и элементов оптических схем, а также создавать индивидуальные и неповторимые стеклянные изделия, которые сложно или даже невозможно изготовить с помощью обычных технологий стеклодувного производства.

3D-принтер использует метод послойного построения реального объекта по его цифровой трехмерной модели. Появившаяся в 2010-е годы технология трехмерной печати быстро завоевала популярность, но до недавнего времени с помощью 3D-принтеров можно было получать качественные объекты только из полимеров, керамики и металлов, хотя стекло — тоже очень полезный и востребованный материал: оно является хорошим изолятором, прозрачно, устойчиво к воздействию многих химических веществ и температуры.

Правда, стекло сложно обрабатывать, даже если речь не идет о процессах трехмерной печати. Так, в большинстве технологий необходимо, чтобы изделие подвергали химическому протравливанию или механической полировке. Из-за сложностей в процессе обработки стекла многие производители мобильных устройств предпочитают изготавливать оптические элементы камер мобильных телефонов из полимеров, хотя они значительно уступают стеклу по оптическим свойствам: например, изделия из полимеров (в отличие от стекла) изменяют свою структуру, что может приводить к помутнению полимерных линз.

Основная проблема в работе со стеклом заключается в том, что для размягчения его до состояния, в котором можно было бы изменять его форму, необходимо нагреть его до температуры не менее 1000°C. Ранее уже предпринимались попытки трехмерной печати изделий из стекла, однако подача в рабочие блоки устройства для трехмерной печати стеклянных волокон или частиц оксида кремния с последующим их спеканием хоть и позволяла получать стеклянные детали, но их послойное разрешение составляло миллиметры, их поверхность была груба, что однозначно не позволяло применять технику трехмерной печати для изготовления компонентов оптических схем.

Для повышения точности трехмерной печати стеклянных изделий специалисты по химии полимеров из Технологического института Карлсруэ под руководством Бастиана Раппа (Bastian Rapp) разработали и получили композитный материал, который можно назвать «жидким стеклом». Композит со схожим составом уже применялся исследователями из Карлсруэ для изготовления стеклянных объектов методом литья. Он представляет собой смесь наночастиц оксида кремния диаметром 40 нм, диспергированных в гидроксиэтилметакрилате (Hydroxyethylmethacrylate). Гидроксиэтилметакрилат — это мономер, который под воздействием ультрафиолетового излучения вступает в реакцию полимеризации, формируя твердый полимер (рис. 2).

Image
Рис. 2. Полимеризация гидроксиэтилметакрилата.

В качестве способа трехмерной печати была выбрана лазерная стереолитография: предварительно построенный на компьютере трехмерный объект выращивается из жидкой композиции последовательными тонкими слоями, затвердевающими в процессе химической реакции. Чтобы адаптировать состав своих «стеклянных чернил» для 3D-печати, исследователям пришлось удалить из них растворитель, который не мешает производству стеклянных объектов методом литья, но в методах, основанных на управлении химической реакции с помощью излучения, понижает эффективность фотополимеризации. Входящий в состав «стеклянных чернил» гидроксиэтилметакрилат также был разбавлен продуктами его тримеризации. Введение в состав композитного материала веществ с высокой молекулярной массой повышало его вязкость и давало ему возможность вытекать из рабочих элементов 3D-принтера со скоростью, оптимальной для формирования слоев нужной толщины.

Image
Рис. 3. Еще одна деталь из стекла, изготовленная с помощью устройства трехмерной печати из новых «чернил». Фотография показывает, что напечатанная на 3D-принтере стеклянная деталь не разрушается при воздействии пламени горелки с температурой 800°C. Фото из обсуждаемой статьи в Nature

Поскольку основной компонент материала для печати — это смесь мономеров и тримеров гидроксиэтилметакрилата (около 60% по массе), первоначальная формовка изделия с помощью 3D-принтера проводится точно таким же образом, как происходит трехмерная печать изделий из полимера. Чтобы получить стеклянную деталь, объект, полученный в результате печати, подвергают двукратному нагреву: первый нужен для выжигания полимера, а второй, который проводят при 1300°C, — для спекания наночастиц из оксида кремния. В результате всех операций получается изделие из чистого и прозрачного кварцевого стекла.

С помощью новой технологии ученые напечатали ряд стеклянных объектов: систему из микролинз, стеклянную пластинку, внутри которой содержатся каналы микрометрового диаметра и, конечно же, логотип Технологического института Карлсруэ (рис. 4). Разрешение при печати составляло десятки микрометров, однако Рапп утверждает, что использование этих же «чернил» с более точным 3D-принтером позволит добиться при печати разрешения 150–500 нм, всего лишь в разы превышающего размер содержащихся в фотополимеризующейся композиции наночастиц оксида кремния.

Image
Рис. 4. Пример напечатанной с помощью нового материала трехмерной структуры: логотип Технологического института Карлсруэ. Фото из обсуждаемой статьи в Nature

Прозрачность напечатанных изделий из кварцевого стекла настолько высока, что разработанная технология сможет значительно упростить изготовление фотонных кристаллов. Фотонные кристаллы представляют собой наноструктуры с периодически изменяющимися оптическими свойствами. Они применяются в лазерной технике, оптических волноводах, а также перспективны для создания оптических компьютеров. Новый способ печати стекла может пригодиться и для создания стеклянных микрокапиллярных реакторов, применяющихся в лабораториях для непрерывного поточного синтеза органических веществ, включая и те, которые обладают фармакологической активностью. Применяющиеся в настоящее время реакторы такого типа из металла и полимеров оказываются бесполезными, когда реакции проводятся при высоких давлениях или температурах.

В настоящее время Рапп с коллегами работают над изменением состава «стеклянных чернил», чтобы получить возможность печатать изделия не только из кварцевого стекла, но и из других его видов, в частности — из пуленепробиваемого.

Источник: Frederik Kotz, Karl Arnold, Werner Bauer, Dieter Schild, Nico Keller, Kai Sachsenheimer, Tobias M. Nargang, Christiane Richter, Dorothea Helmer & Bastian E. Rapp. Three-dimensional printing of transparent fused silica glass // Nature. 2017. V. 544. P. 337–339. DOI: 10.1038/nature22061.
Admin
Site Admin
 
Posts: 203
Joined: Wed Sep 20, 2017 9:55 am

by Admin » Sat Jan 06, 2018 8:28 am

Разработана неинвазивная методика измерения pH в живом организме
http://elementy.ru/novosti_nauki/430750 ... _organizme

Image
ЯМР-спектр 13С в опухолевой ткани. Благодаря химическому сдвигу четко разделены пики, отвечающие углероду в составе иона HCO3– и молекулы CO2. По относительной силе этих пиков можно определить pH ткани. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature

Английские и шведские исследователи разработали безвредную методику измерения водородного показателя pH внутри живого организма на основе магнитно-резонансной спектроскопии. Она пригодится для диагностики новообразований, воспалений и других патологий.

Физические методы исследований в биомедицинской науке сильно отличаются от инструментария других разделов прикладной физики. С одной стороны, процессы, протекающие в живом организме, очень многофакторны, и поэтому их можно пытаться изучать самыми разными физическими методами. Но с другой стороны, для того, чтобы не нарушать сами эти процессы, приходится искать неинвазивные (то есть «невмешивающиеся») методы исследования.

Конечно, на сегодня таких методов уже наработано немало, но тем не менее многого в диагностическом арсенале врачей пока не хватает. Например, до сих пор отсутствовала удобная неинвазивная методика определения pH — величины, показывающей кислотно-щелочной баланс в той или иной ткани. На днях этот пробел был восполнен: в статье, опубликованной в журнале Nature, рассказывается о разработке и успешном применении быстрой и точной методики измерения pH с помощью магнитно-резонансной томографии.

Напомним, что в нейтральной водной среде часть молекул воды H2O диссоциирует на ионы H+ и OH–, которых там поровну. В кислотной среде ионы H+ преобладают над OH–, а в щелочной среде, наоборот, баланс смещается в сторону OH–. Значение pH жидкости выражает концентрацию ионов H+ и показывает, к чему ближе исследуемая жидкость — к кислотам или к щелочам.

Правильная концентрация ионов в различных физиологических жидкостях очень важна для нормальной жизнедеятельности. Поэтому в норме pH должен иметь определенное, правда тканеспецифическое, значение. При патологии pH может смещаться, и иногда именно это смещение оказывается удобным для диагностики ранним индикатором изменений, начинающихся в тканях. Уже установлено, что воспалительные процессы, образование опухолей, ишемическая болезнь сердца, легочные заболевания и некоторые другие патологии сопровождаются смещением кислотно-щелочного баланса в ткани.

На роль неинвазивной методики измерения pH в глубоко лежащих тканях уже давно напрашивалась магнитно-резонансная томография. Однако на пути к реализации этой идеи лежало немало трудностей, которые были преодолены только сейчас.

Вообще, явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР) состоит в том, что находящиеся в магнитном поле атомные ядра с ненулевым спином способны поглощать радиоволны строго определенной, резонансной, частоты. Можно создать такое магнитное поле, чтобы «резонировал» не весь исследуемый образец, а только маленькая область внутри него, а затем, меняя поле, можно последовательно просканировать весь образец и по интенсивности поглощения радиоволн выяснить, как «настроенный на резонанс» химический элемент распределен внутри образца.

ЯМР-спектроскопия обладает очень ценным свойством — она позволяет не только обнаружить присутствие элемента, но и узнать, в каком химическом окружении он находится. Дело в том, что электронная оболочка слегка уменьшает «кажущееся» магнитное поле для ядра. Возникающее из-за этого смещение резонансной частоты ядра внутри атома или иона по сравнению с резонансной частотой «голого» ядра называется химическим сдвигом. Поскольку в разных молекулах электронная структура разная, то и вызванный ею химический сдвиг тоже отличается. В результате один и тот же элемент может дать на ЯМР-спектре сразу несколько пиков при разных резонансных частотах, отвечающих разным химическим сдвигам.

В принципе, этого достаточно для определения pH вещества. Например, с помощью протонного ЯМР можно напрямую определить соотношение между ионами H+ и OH– и вычислить pH. Однако подобные методы, опирающиеся на традиционный ЯМР, работают только «в принципе» — они обладают слишком слабой чувствительностью для реальных задач и не позволяют измерить pH с хорошей точностью и с требуемым пространственным разрешением.

Выход из этой ситуации нашла недавно группа исследователей из Кембриджа и Амершема (Англия), а также Мальмё (Швеция); в их статье описывается новая методика и результаты ее успешного применения на мышах.

В этой методике для измерения pH используется ЯМР-сигнал от ядер углерода-13, входящих в состав молекул CO2 и ионов HCO3–. Благодаря разному химическому сдвигу эти сигналы четко разделены на ЯМР-спектре (см. рис. 1), и, сравнивая эти два пика, можно определить pH исследуемой ткани.

Правда, из-за слишком малой природной концентрации изотопа 13С и его слабой поляризуемости такой четкий сигнал, как на рис. 1, просто так не получишь. Для этого экспериментаторы воспользовались специальной методикой предварительной поляризации ядер 13С, разработанной ими же два года назад. Небольшой объем жидкости с растворенным в ней углекислым газом, обогащенным углеродом-13, охлаждался до температуры около 1 кельвина, потом с помощью микроволнового излучения поляризация электронных оболочек передавалась ядрам углерода, а затем образец вновь разогревался до температуры тела. Такая гиперполяризованная (но совершенно безвредная для организма) жидкость вводилась подкожно или внутривенно, проникала в ткани, и затем снимался обычный ЯМР-спектр. Правда, все эти операции требовалось делать быстро, в течение десятка секунд, иначе углерод-13 терял свою поляризацию и ЯМР-сигнал пропадал.

Image
Слева: Протонное ЯМР-изображение поперечного сечения мыши с имплантированной опухолью (опухоль обведена красной линией). Справа: карта pH, полученная описанным методом. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature

Описав в своей статье эту методику и методы ее калибровки, авторы затем предъявили результаты эксперимента по определению pH в живой мыши. Ей имплантировали в тело опухоль, затем ввели подкожно жидкость с гиперполяризованным CO2 и с помощью описанной методики построили распределение pH внутри организма (см. рис. 2). На рисунке видно, что внутри опухоли (ее контур показан красной линией) pH-баланс сдвинут в сторону чуть более кислой среды, как и ожидалось для опухолевой ткани. Это показывает, что методика работает, и, поскольку в ней используется совершенно безвредный для организма раствор, она уже готова к клиническому применению и на человеке.

Источник: F. A. Gallagher et al. Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-labelled bicarbonate // Nature. Advance online publication 28 May 2008 (doi:10.1038/nature07017).
Admin
Site Admin
 
Posts: 203
Joined: Wed Sep 20, 2017 9:55 am

by Admin » Sat Jan 06, 2018 8:31 am

Молекулярный микрочип уже почти работает
https://elementy.ru/novosti_nauki/43044 ... i_rabotaet

Image
Кольцо-макроцикл не связано с основной частью молекулы [2]-ротаксана химическими связями и может занимать два положения — «вкл.» и «выкл.» (рис. с сайта http://www.ucla.edu)

В Калифорнии создан прототип микросхемы памяти с плотностью записи около 100 гигабит на квадратный сантиметр — примерно в 40 раз выше, чем у производимых ныне аналогов. Носителями информации в ней служат молекулы органического соединения [2]-ротаксана, способные переключаться между двумя стабильными состояниями. Микросхема более чем на десятилетие опережает предсказания закона Мура, согласно которому такая степень миниатюризации запоминающих устройств может быть достигнута только к 2020 году.

Кремниевые интегральные микросхемы уже достаточно близко подошли к пределу своих возможностей как по минимальному размеру элементов (например, ячеек памяти), так и по количеству элементов в одном кристалле. Поэтому сейчас ведутся активные поиски материалов, которые могли бы послужить основой для значительно более компактной молекулярной электроники. В идеале, каждую молекулу такого вещества можно было бы использовать как отдельный переключатель, хранящий один бит информации.

Image
Положительно заряженное макроциклическое соединение (изображено синим цветом) «сидит» на тетратиафульваленовом (TTF) фрагменте (зеленый) в зоне минимальной проводимости — эквивалент «нуля» логического электронного элемента. При окислении TTF этот фрагмент приобретает положительный заряд, кольцо макроцикла отталкивается и перемещается «вниз» к диоксинафталиновому фрагменту (красный). В этом состоянии проводимость молекулярного прибора максимальна — соответствует «единице» логического элемента (рис. с сайта pubs.rsc.org)

Одним из классов молекул, способных на это, стали [2]-ротаксаны, созданные исследовательской группой под руководством Джеймса Хита (James Heath) из Калифорнийского технологического института и Фрейзера Стоддарта (Fraser Stoddart), директора Института наносистем Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Исследования уже вышли на стадию разработки технологий: в последнем номере журнала Nature опубликована статья о работающем чипе молекулярной памяти объемом 160 000 бит.

Ротаксаны (rotaxane) состоят из двух компонентов, химическая связь между которыми отсутствует. Первый компонент ротаксана — длинная гантелеобразная молекула, строение которой линейно, второй компонент — макроциклическое соединение, охватывающее тонкий стержневой фрагмент молекулярной гантели. При этом объемные заместители на концах гантели играют роль своеобразных заглушек и не дают макроциклу соскользнуть со стержня, оставляя для него возможность движения только вдоль оси молекулярной гантели. А то, что один из концов гантели гидрофильный, а второй гидрофобный, позволяет получать из ротоксанов одномолекулярные пленки, в которых все молекулы одинаково ориентированы.

[2]-ротаксан (two-state rotaxane), используемый калифорнийскими учеными, имеет в своей структуре положительно заряженное кольцо, которое может фиксироваться межмолекулярными взаимодействиями в двух различных позициях. Одна из этих позиций соответствует «нулю», а другая — «единице».

В обычном (закрытом, непроводящем) состоянии, соответствующем «нулю», кольцо связывается с тетратиафульваленовой группой. Окисление тетратиафульвалена приводит к появлению на фрагменте TTF положительного заряда (из-за отбора электронов), и положительно заряженное макроциклическое соединение отталкивается ко второй позиции, в которой проводимость ротаксана максимальна. Это состояние электронного прибора соответствует логической «единице».

Группа Хита и Стоддарта разместила монослой молекул [2]-ротаксана между перекрещивающимися 400 кремниевыми и 400 титановыми нанопроводами. Шаг решетки составляет около 30 нанометров (15 нм ширина провода и столько же — расстояние между соседними проводами). В каждой точке пересечения между кремнием и титаном локализовано около 100 молекул, способных реагировать на электрические сигналы. Подавая напряжение на один горизонтальный и один вертикальный провод, можно прочитать или записать один бит информации. При этом каждый из 400 × 400 = 160 000 битов может функционировать независимо от других.

Таким образом, создан работающий прототип молекулярного чипа, способного хранить около 20 килобайт информации на площади в 100 раз меньше, чем срез человеческого волоса.

Правда, это всё-таки только прототип. Подвести к нанопроводам внешние контакты оказалось сложнее, чем создать сами провода (для чего была использована оригинальная технология гравирования), поэтому пока реально функционирует только небольшой участок микросхемы — 10 × 18 бит. Из-за ограничений нанотехнологии сработала всего половина протестированных битов, и только с половины из них удалось считать записанную информацию. Наконец, молекулы [2]-ротаксана пока выдерживают лишь несколько циклов записи, после чего «выходят из строя».

Image
а. Молекулярный микрочип шириной 30 мкм в процессе изготовления. Нижний слой, состоящий из кремниевых нанопроводов, готов, и к нему подведены электроды (справа). Осталось положить слой молекул [2]-ротаксана и нанести сверху слой титановых нанопроводов, электроды для которого уже подготовлены (слева). b. Одна из стадий изготовления микрочипа: к кремниевым нанопроводам подведены электроды. Каждый из них имеет ширину около 70 нм и касается 2 или 3 нанопроводов шириной 15 нм каждый (изображение из дополнительных материалов к статье в Nature)

Калифорнийские ученые уверены, что все эти трудности будут преодолены, хотя и не берутся назвать конкретные сроки. В любом случае, уже можно утверждать, что поставлен новый рекорд плотности записи данных и продемонстрирована возможность создания молекулярных микросхем, пригодных для практического применения. Недаром одному из авторов исследования, Фрейзеру Стоддарту, за заслуги в области химии и нанотехнологии месяц назад английская королева пожаловала рыцарский титул (knight bachelor). Сэр Стоддарт пополнил список ученых-рыцарей наряду с нобелевскими лауреатами Александром Флемингом (Alexander Fleming), Александром Тоддом (Alexander Todd) и Харольдом Крото (Harold Kroto).

Источники:
1) Chemical computing creates world's densest data storage medium, RSC, 24.01.2007.
2) Philip Ball. A switch in Time (Pdf, 400 Кб) // Nature. 2007. V. 445, P. 362–363.
3) Jonathan E. Green, Jang Wook Choi, Akram Boukai, Yuri Bunimovich, Ezekiel Johnston-Halperin, Erica DeIonno, Yi Luo, Bonnie A. Sheriff, Ke Xu, Young Shik Shin, Hsian-Rong Tseng, J. Fraser Stoddart, James R. Heath. A 160-kilobit molecular electronic memory patterned at 1011 bits per square centimeter (полный текст — Pdf, 900 Кб) // Nature. 2007. V. 445, P. 414–417.
Admin
Site Admin
 
Posts: 203
Joined: Wed Sep 20, 2017 9:55 am

by Admin » Sat Jan 06, 2018 8:36 am

Оловянный припой не хочет лысеть
http://elementy.ru/novosti_nauki/164996 ... chet_lyset

В Американском национальном институте стандартов (NIST) ищут способ создания экологически безопасного припоя, наносимого электролитическим методом. Это необходимо для продолжения поставок американской электроники в страны Евросоюза.

Image
Вверху: электронная микрофотография волокна на поверхности медно-оловянного сплава. Изображения получены через 176 дней после нанесения покрытия. Внизу: микрофотография бугорка на поверхности, покрытой чистым оловом (фото с сайта http://www.nist.gov, из статьи Boettinger et al., Acta Materialia, 5033-5050)

Под давлением экологических организаций Европейский союз принял решение запретить постави и продажу электроники, в которой используется припой с добавлением свинца и еще пяти экологически вредных примесей. Запрет вступает в силу с июля 2006 года. В Соединенных Штатах такого ограничения пока нет, но, если производители сами не перейдут на использование экологически чистого припоя, их продукция просто не сможет попасть на европейский рынок.

Однако отказ от свинцовых добавок в оловянный припой сопряжен с одной серьезной технической трудностью. Дело в том, что гальванические покрытия из чистого олова имеют свойство неожиданно порождать бугорки и даже длинные тонкие металлические волокна (whiskers), которые иногда могут достигать нескольких миллиметров в длину. Это может приводить к коротким замыканиям в электроники и нарушать ее работу. В то же время припой с добавлением свинца таким свойством не обладает. Собственно говоря, свинец и стали добавлять в припой как раз для того, чтобы избежать образования волокон.

Таким образом, перед американской электронной промышленностью остро встал вопрос о разработке новых методов борьбы с металлическими волокнами, появляющимися в оловянном припое. Как удалось выяснить исследователям из NIST, волокна возникают только в том случае, когда границы между отдельными зернами металлического припоя располагаются вертикально (перпендикулярно к поверхности). Если же добиться, чтобы границы шли горизонтально, то образуются только бугорки. Примесь меди, на которую наносится припой, приводит к устойчивому образованию вертикальных структур и порождает очень длинные волокна. В то же время свинец делает границы между кристаллами припоя хаотическими и полностью избавляет и от волокон, и от бугров.

Пока найти способ полностью избавиться от волокон и бугорков на припое без свинца не удается, говорится в пресс-релизе NIST. Однако исследователи возлагают большие надежды на изменения в технологии его нанесения. Обычно гальваническое покрытие производится постоянным током. Это способствует росту регулярных структур, порождающих волокна и бугорки. Однако если ток периодически выключать, то это может нарушить структуру вертикальных колонок и, по крайней мере, избавить от появления самых опасных длинных волокон.
Admin
Site Admin
 
Posts: 203
Joined: Wed Sep 20, 2017 9:55 am

by Admin » Wed Mar 07, 2018 12:22 am

Раскрыта тайна «красного технеция»
http://elementy.ru/novosti_nauki/433206/Raskryta_tayna_krasnogo_tekhnetsiya
Image
Рис. 1. Три типа структур оксида технеция (V), предсказанные с помощью компьютерного моделирования: a) — димерная «стопка», b) — димерный цикл, c) — тример. Мономерным звеном в них является частица Tc2O5. Пунктирами показаны межатомные расстояния Tc—Tc, подтверждающие образование ковалентной связи между атомами технеция при формировании димера (1 Å = 10–10 м). Атомы технеция обозначены лиловым, атомы кислорода — красным. Рисунок из обсуждаемой статьи в Chemical Communications

Исследователи из США смогли определить строение «красного технеция» — продукта окисления технеция красного цвета. Эта задача не поддавалась химикам в течение пятидесяти лет. К успеху привело квантовохимическое моделирование спектров поглощения и сравнение полученных результатов с экспериментальными данными. Предлагаемая структура может объяснить причины его летучести, а также помочь разработать более надежные способы работы с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами.

Технеций — элемент с атомным номером 43 — находится в седьмой группе Периодической системы. Это самый легкий химический элемент, у которого нет устойчивых изотопов, и первый из синтезированных человеком элементов. Любопытна история его открытия. Существование и свойства технеция были предсказаны Д. И. Менделеевым на основе Периодического закона (ученый назвал гипотетический элемент экамарганцем). Затем технеций был ошибочно «открыт» около десятка раз, успев даже получить несколько названий (например, ильменний, люций, ниппоний и мазурий). Но впервые технеций был получен только в 1937 году из молибденовой мишени, облученной ядрами дейтерия в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли в США. Нынешнее название было предложено в 1947 году.

Наибольшие интерес и значение в настоящее время имеют два изомерных изотопа технеция 99Тс (у изомерных изотопов один нуклонный состав ядер, но разное временя жизни и/или разные пути распада). Короткоживущий изотоп 99mTc с периодом полураспада 6 часов применяют как радиохимический медицинский препарат. Он практически безопасен: производится в очень небольших количествах и с определенной долей упрощения можно сказать, что через два месяца после синтеза полностью распадается.

А вот долгоживущий радионуклид 99Тс с периодом полураспада около 212 000 лет гораздо опаснее. Он образуется как продукт деления ядер урана 235U или плутония 239Рu в реакторах атомных станций. Скорость накопления технеция-99 зависит от природы делящегося нуклида, степени распада ядерного топлива и может достигать до одного килограмма на тонну ядерного топлива для реакторов на быстрых нейтронах, в которых может использоваться не только нуклид 235U, но и более распространенный в природе 238U, что позволяет повысить эффективность переработки ядерного топлива примерно на 60%. Активность одного грамма технеция-99 составляет приблизительно 633,5 МБк (1 Беккерель соответствует одному распаду в секунду), в основном это бета-распады с образованием стабильного изотопа рутения. То есть 99Тс — компонент отработанного ядерного топлива, который сохраняет значительную радиоактивность, и его утечек не следует допускать.

Для иммобилизации технеция-99, образующегося в ядерных редакторах, обычно используют метод застекловывания — внедрение его производных в боросиликатное стекло. Однако такой способ связывания сильно осложняется образованием летучих производных технеция: в ряде случаев при приготовлении боросиликат-технециевых стекол, для которого требуется нагревание до 1300°С, может улетучиваться до 70% технеция (John G. Darab, Peter A. Smith Chemistry of Technetium and Rhenium Species during Low-Level Radioactive Waste Vitrification). К летучим соединениям, обуславливающим потерю технеция, относятся не только хорошо изученные вещества, как, например, оксид технеция (VII) Tc2O7, но и другие гораздо менее изученные соединения. Определение строения таких соединений и их свойств позволили бы оптимизировать процессы связывания технеция.

Пожалуй, самым загадочным из всех соединений технеция можно назвать вещество, структуру которого не удавалось определить в течение полувека. Впервые оно было обнаружено в 1967 году, когда исследователи из Мичиганского университета решили изучить свойства соединений технеция и сравнить их поведение с аналогичными по структуре производными соседей технеция по Периодической системе — марганца и рения. Определяя, какая из кислот сильнее — пертехнециевая (HTcO4) или перрениевая (HReO4), они получали растворы пертехнециевой кислоты с различными концентрациями. Это позволило наблюдать, что повышение содержания HTcO4 в водном растворе от 0,05 моль/л до 0,3 моль/л приводит к образованию окрашенного в розовый цвет раствора с максимумом поглощения при 505 нанометрах (C. L. Rulfs et al., 1967. Technetium chemistry, oxidation states and species). Позже было показано, что дальнейшее увеличение концентрации пертехнециевой кислоты в конечном итоге позволяет получить отливающее красным темное твердое вещество, а затем — красное маслянистое соединение, названное «красным технецием».

Image
Рис. 2. Красный технеций конденсируется в красноватую маслянистую жидкость. Фото с сайта chemistryworld.com

Результаты рентгеноструктурного анализа красного технеция при 100 К позволяли предположить, что при такой температуре это — неорганический полимер со связанными друг с другом за счет общих атомов кислорода тетраэдрическими фрагментами TcО4 и октаэдрическими фрагментами ТсО6 с общим составом Tc2O7×H2O (молекулы воды содержатся в структуре полимера). Тем не менее, даже при низких температурах не получалось определить положение молекул воды или атомов водорода, а при комнатной температуре и при контакте с воздухом красный технеций быстро поглощал пары воды из воздуха, расплываясь в аморфную массу, которую нельзя было изучать с помощью рентгеноструктурного анализа — метода, способного определить строение вещества «напрямую» (Joseph A. Rard, 2005. Current Status of the Thermodynamic Data for Technetium and Its Compounds and Aqueous Species). Исследования технеция косвенными методами — с помощью ИК-спектроскопии, оптической спектроскопии, масс-спектрометрии давали результаты, которые можно было трактовать различными способами, при этом все варианты трактовки сходились в одном — красный технеций представляет собой соединение, состоящее из технеция и кислорода, в составе которого также может присутствовать и водород (либо в составе кристаллизованной воды, либо содержащих технеций кислот).

Исследование красного технеция, да и других производных этого элемента осложняется тем, что все технецийсодержащие материалы радиоактивны, и работать с ними можно только в специализированных лабораториях.

В начале 2018 года список соединений, которые можно было бы рассматривать на роль красного технеция, был сужен — в поисках истинной формулы Кит Лоулер (Keith Lawler) и Пол Фостер (Paul Forster) изучали процессы окисления диоксида технеция TcO2 молекулярным кислородом в присутствии воды. Им удалось выделить чистую пертехнециевую кислоту HTcO4 и ее гидраты, в том числе еще одно соединение, которое подозревали в том, что оно и есть красный технеций, — TcO3(OH)(H2O)2. Однако никакой из полученных продуктов не демонстрировал в спектрах характерный пик поглощения с максимумом при 505 нм. Также была поставлено под вопрос и полимерное строение красного технеция. Оказалось, что это вещество испаряется проще, чем хорошо изученный оксид технеция (VII) Tc2O7, который характеризуется низкомолекулярным строением и не является полимером (B. C. Childs et al., 2018. The Nature of the Technetium Species Formed During the Oxidation of Technetium Dioxide with Oxygen and Water). Дело в том, что для соединений, имеющих близкую структуру (в данном случае — состоящих из технеция и кислорода), способность испаряться падает с увеличением молекулярной массы, поэтому летучесть полимеров с большой молекулярной массой должна быть гораздо ниже, чем у низкомолекулярных веществ, а при достижении определенной молекулярной массы (которая для каждого типа высокомолекулярных соединений определяется его строением) вещество просто теряет способность к испарению.

Лоулер и Фостер решили развить успех. Пользуясь тем, что современные методы квантовой химии позволяют весьма точно предсказывать спектральные свойства соединений, они решили провести квантовохимическое исследование всех кислородсодержащих производных технеция, которые не были отбракованы ранее. Расчеты проводились таким образом, чтобы предсказать электронное строение соединений и положение максимума поглощения в спектре (то есть — определить его цвет). Критерием попадания расчета в «нужную» структуру считалось наличие в смоделированном спектре максимума поглощения вблизи того же значения 505 нм. Смоделированное электронное строение использовали для предсказания физических и химических свойств соединений. В итоге был сделан вывод, что на роль красного технеция лучше всего подходит димер оксида технеция (V) Tc4O10 (рис. 1). Мономерное звено Tc2O5 состоит из двух фрагментов TcO3, у которых один атом кислорода общий (рис. 3). Звенья связываются в димер за счет слабой ковалентной связи технеций—технеций, образующейся в результате перекрывания d-орбиталей технеция, принадлежащих разным мономерным звеньям.

Image
Рис. 3. Электронное облако верхней занятой молекулярной орбитали мономерного звена Tc2O5, образующейся при взаимодействии d-электронов технеция (обозначено желтым, получено в результате квантовохимического определения электронного строения мономерного звена Tc2O5). Перекрывание этих облаков у двух мономерных звеньев приводит к образованию ковалентной связи Тс—Тс и формированию димера Tc4O10. Рисунок из обсуждаемой статьи в Chemical Communications

Предложенное Лоулером и Фостером строение Tc4O10 может объяснить свойства красного технеция. Красный цвет объясняется переходом электронов с наивысшей по энергии молекулярной орбитали на ближайшую по энергии свободную орбиталь связи Tc—Tc. Взятое в отдельности мономерное звено Tc2O5, в соответствии с расчетами, вообще не поглощает свет в видимой области и, таким образом, не окрашено.

Димеры Tc4O10 также должны быть более летучими по сравнению со структурами Tc2O5 и Tc2O7, хотя можно было бы подумать, что более легкое в сравнении с Tc2O7 мономерное звено Tc2O5 окажется более летучим. Тем не менее, расчеты, предполагающие отсутствие димеризации, показывают, что плотная упаковка и сближение не связанных ковалентной связью технеций-технеций частиц Tc2O5 должны приводить к прочным межмолекулярным взаимодействиям, снижающим летучесть. Что же касается Tc4O10 — по результатам расчетов в твердой или жидкой фазе молекулы димера упакованы менее плотно, поэтому между ними должно быть большее расстояние, которое, в конечном итоге, ослабляет прочность межмолекулярных взаимодействий, значительно увеличивая летучесть.

В планах Лоулера, Фостера и их коллег переход от теоретического исследования красного технеция и других производных этого металла к проведению экспериментов. Новые знания о химических и физических свойствах технеция будут полезны не только для дополнения общей картины свойств производных тройки переходных металлов (Mn—Tc—Re) и очередной проверки, работает или не работает здесь Периодический закон, но и позволит оптимизировать технологию связывания компонентов отработанного ядерного топлива, снижая возможность утечки опасных материалов.

Источники:
1) K. V. Lawler, B. C. Childs, K. R. Czerwinski, A. P. Sattelberger, F. Poineaua, P. M. Forster. Unraveling the mystery of «tech red» — a volatile technetium oxide // Chemical Communications. 2018. DOI: 10.1039/c7cc09191e.
2) Alexander Whiteside. Tech red unmasked.

Аркадий Курамшин
Admin
Site Admin
 
Posts: 203
Joined: Wed Sep 20, 2017 9:55 am

by Admin » Tue Mar 20, 2018 9:16 am

Воздух над Сибирью бывает чистым только летом
Следы промышленных загрязнений в сибирском воздухе можно найти даже глубоко в тайге.

https://www.nkj.ru/news/32841/
Image

В 2006 году в рамках совместного проекта России и Германии в сибирской тайге поставили трехсотметровую мачту ZOTTO, чтобы с ее помощью наблюдать за динамикой парниковых газов в атмосфере. Мачта расположена в малонаселенной местности, на расстоянии более 600 километров от города Красноярска – так она достаточно удалена от промышленных и жилых центров, и позволяет исследовать вклад таежных экосистем в глобальный цикл углерода. С другой стороны, чувствительная аппаратура и непрерывные наблюдения дают возможность оценить, как загрязняющие воздух вещества распространяются над территорией Сибири.

«За пять лет исследований на станции отобрали почти 300 проб, в которых определяли содержание в воздухе частиц диаметром меньше 10 микрон, практически непрерывно измеряли концентрации угарного газа, метеорологических параметров. Подобные детальные измерения на высоте 300 метров над нетронутой тайгой позволяют получать интегральную информацию о том, что происходит в приземных слоях атмосферы в центральной Сибири», – пояснил Алексей Панов, кандидат биологических наук и старший научный сотрудник Института леса им. В.М. Сукачева Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» (ФИЦ КНЦ СО РАН).
Сейчас в журнале Atmospheric Chemistry and Physics Алексей Панов и его коллеги опубликовали статью с результатами пятилетнего мониторинга загрязнения воздуха. В целом в период с 2010 по 2014 годы качество атмосферного воздуха в отдельные даты отличалось от очень чистого до достаточно грязного, когда в атмосфере присутствовало много аэрозольных частиц.
Оказалось, что большую часть года даже в труднодоступных районах Сибири воздух содержит следы природных или промышленных выбросов. Самыми чистыми были пробы, которые брали летом: видимо, в это время года распространение по воздуху мелкодисперсных частиц контролируется осадками – дождь их просто осаждает. Зимой же только четверть проб можно было отнести к чистым. В остальное время в воздухе наблюдались следы промышленных выбросов.

С помощью программных алгоритмов авторы работы смогли определить, каким должен быть фоновый уровень присутствия в таежном воздухе загрязняющих веществ. По этим данным они выделили чистые и загрязненные периоды. Для некоторых случаев сильного загрязнения ученые оценили перенос воздушных масс и источники выбросов.

Так, зимой периоды значительного загрязнения были связаны с погодными условиями, препятствующими рассеиванию примесей, и ветрами, которые приносили загрязненный воздух из промышленных районов западной и центральной Сибири. Летом наибольший вклад в загрязнение воздуха вносили лесные пожары. В периоды межсезонья – весной и осенью – достигающие средней тайги выбросы углерода и аэрозольных частиц были связаны с сельскохозяйственными пожарами в южных степях Сибири и Казахстана и деятельностью промышленных предприятий.

«Один из неожиданных результатов исследования – в летнее время, в те дни, когда уровень загрязнений был минимальным, нам удалось обнаружить в воздухе сигнал выбросов из нефтедобывающего регионов Западной Сибири. Попадая в атмосферу, соединения углерода и другие загрязняющие вещества разносятся на большие расстояния», – добавил один из основных авторов исследования, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой «Физика атмосферы», профессор Санкт-Петербургского государственного университета Евгений Михайлов.

Исследователи отмечают, что мачта ZOTTO как часть международной сети мониторинга высотными мачтами крайне важна для дальнейших наблюдений за составом атмосферы и изменяющимся климатом. Так, присутствие в воздухе аэрозольных частиц может оказывать влияние на образование облаков, количество осадков, соотношение поглощенного и излученного поверхностью планеты тепла. То есть между загрязнением атмосферы и климатом может оказаться сложная взаимосвязь, и понять ее мы можем именно благодаря подобным уникальным установкам и тем, кто на них работает.

По материалам пресс-службы ФИЦ КНЦ СО РАН.
Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)
Admin
Site Admin
 
Posts: 203
Joined: Wed Sep 20, 2017 9:55 am

by Admin » Tue Mar 20, 2018 9:20 am

Почему «волшебные» грибы стали «волшебными»
Некоторые грибы научились синтезировать псилоцибин, по всей видимости, для того, чтобы отбить аппетит тем, кто их ест.

https://www.nkj.ru/news/33283/

Image
Гриб Bolbitius titubans. Некоторые грибы семейства больбитиевых умеют синтезировать псилоцибин.

Психоактивное вещество псилоцибин есть не только в грибах рода Псилоцибе – его также можно найти у некоторых видов плютеевых, волоконницевых и больбитиевых. И конечно, умение синтезировать галлюциноген появилось не ради удовольствия тех, кто любит погружаться в измененное состояние сознания. Очевидно, грибы эволюционировали в условиях, когда псилоцибин повышал их шансы выжить.
Грибы с псилоцибином, видимо, еще один пример горизонтального переноса генов. Как именно он у них происходил – пока загадка. Однако приобретение псилоцибиновых генов помогло этим не слишком родственным группам грибов преодолеть одни и те же неприятности, в которых они в какой-то момент оказались.

Большинство грибов, которые умеют синтезировать псилоцибин, растут либо на навозе, либо на разлагающейся древесине. Соседство им составляют разные насекомые, многие из которых питаются в том числе и грибами. Галлюциноген грибам понадобился, чтобы противостоять тем, кто хочет их съесть. Но работает он не как токсин.
По мнению авторов работы, псилоцибин подавляет активность нейронных цепочек, от которых зависит чувство голода – насекомое, поедая гриб, не чувствует неприятного вкуса, но просто меньше ест. Впрочем, пока что это только предположение, и чтобы точно узнать, действительно ли галлюциногенные грибы отбивают аппетит у своих врагов, нужны экспериментальные исследования.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)

Следующая страница >>
Admin
Site Admin
 
Posts: 203
Joined: Wed Sep 20, 2017 9:55 am

Next

Return to Это интересно

cron

User Menu

Login