Сверхпрочные нанопростыни
Сотрудники Чикагского университета и Аргоннский национальной лаборатории изготовили поразительно прочные листы толщиной всего в несколько нанометров.
Материалом для листов послужил органический полимер, содержащий наночастицы золота. Экспериментаторы смешали его с растворителем и в виде жидкой пленки нанесли на поверхность силиконовой пластинки, испещренной множеством микроскопических отверстий. Когда пленка высохла, она прикрыла микропоры мембранами толщиной всего в полсотни атомов. Они не только выдерживали собственный вес, но даже не прорывались, когда их прокалывали сверхтонкими иглами. Ученые полагают, что такие мембраны найдут применение в сверхточных манометрах, позволяющих регистрировать мельчайшие изменения давления.
Графеновая бумага
В США создана сверхтонкая и сверхпрочная бумага на основе углерода.
Углеродная бумага – изделие не новое. Ее чаще всего изготовляют из графита и используют в качестве смазочного материала. Сырьем для новой бумаги, разработанной под руководством профессора наноинженерных технологий Родни Руоффа [Rodney Ruoff], послужил графен, необычная модификация углерода, впервые полученная лишь три года назад. Это двумерная углеродная пленка толщиной всего в один атом. Составляющие ее атомы соединены химическими связями и образуют плоскую кристаллическую решетку, состоящую из правильных шестигранников. Графен эластичен и прекрасно проводит электричество, поэтому ему сулят множество применений в электронике.
Графеновая пленка прочна, но физически неустойчива, поэтому ее можно сохранить лишь на подложке из опорного материала. Если графеновый листок ни на чем не закрепить, он самопроизвольно свернется в аморфный шарик. Руофф и его коллеги обнаружили, что эту трудность можно обойти, если использовать не чистый графен, а оксид графена. Полоски этого соединения прочно склеиваются друг с другом, если их прослоить обычной водой. В результате получается исключительно прочная и в то же время эластичная бумага толщиной всего лишь в несколько микрометров.
Резиновый металл
В Вирджинском политехническом институте изобретен металлический композит, поглощающий вибрации.
Для его получения ученые изготовили металлическую матрицу и ввели в нее керамические наночастицы. Эксперименты показали, что такой композит сохраняет твердость исходного металла, однако в то же время гасит механические колебания наподобие резины. Это происходит из-за того, что керамические вкрапления обладают свойством ферроэластичности. Под воздействием вибраций металлической матрицы они меняют свою структуру и начинают совершать вращательные движения. Эти движения поглощают энергию колебаний кристаллической решетки металла, которые быстро затухают.
Инженеры, проектирующие паровые и газовые турбины, будут счастливы получить безвибрационный металл, пригодный для изготовления лопатки турбинных роторов. Пока неясно, является ли новый композит достаточно прочным и жароупорным, чтобы использоваться в этом качестве. Однако вполне возможно, что его вскоре освоит промышленность, изготовляющая теннисные ракетки и бейсбольные биты.
Чудо-гели
Американские химики создали семейство твердых аэрогелей, которые могут использоваться для очистки воды от ядовитых металлов и для получения электричества из солнечного света. Эти материалы разработаны сотрудниками уже упоминавшейся Аргоннской национальной лаборатории и двух университетов, Мичиганского и Северо-Западного. В состав материалов входит платина в сочетании с серой или селеном.
Фильтрационные свойства новых гелей обусловлены их исключительной пористостью. Они испещрены тончайшими канальцами, по которых свободно проходят газы и жидкости. На эти пустоты приходятся 95% объема геля. Общая площадь поверхности канальцев, пронизывающих сантиметровый кубик, изготовленный из этого материала, доходит до полутора тысяч квадратных метров. Эти полости почти полностью отлавливают из водных растворов ртуть, свинец и другие ядовитые тяжелые металлы.
Однако новые аэрогели могут работать не только в качестве чистильщиков. Они обладают полупроводниковыми свойствами и хорошо поглощают солнечный свет. Поэтому разработчики полагают, что эти вещества найдут применение в фотоэлементах и других оптоэлектронных устройствах.
Новые аэрогели пока что не выдерживают нагрева выше 200-300 градусов. Если удастся повысить термоустойчивость гелей, их можно будет применять и для удаления сернистых примесей из углеводородного топлива. Их создатели также рассчитывают со временем заменить в составе аэрогелей платину на более дешевые металлы. Это резко снизит затраты на производство таких материалов и тем самым позволит их использовать в более широких масштабах – например, для очистки водоемов, загрязненных токсичными металлами.