Тұрмыстық зауыттар

Тұрмыстық зауыттар

Роман Фишман
«Танымал механика» №11, 2017

Ғалымдар нанотрубами бар жібек пен жібек: ғалымдар болашақ материалдарын өндіру үшін зауыттарға жануарлар мен өсімдіктерді айналдыруға дайын.

Жәндіктер мен паукалар жүздеген миллион жылдар бойы тоқыма талшықтарының шеберлігін жетілдіріп, керемет ұзаққа созылатын және жеңіл, биокомпьютерлік және химиялық инертті материалдарды қалай жасау керектігін үйренді. Өкінішке орай, олардың мыңдаған жылдар бойы адамның қолдануы жібек маталардың қарапайым өндірісіне түседі, бірақ бұл биофиберлердің қасиеттерін неғұрлым жақсы білеміз, микроскопты шайқау сияқты көрінеді. Кем дегенде желіні алыңыз – материал болатқа қарағанда сенімдірек (қарқындылығы 1,0-2,7 ГПа) және көміртекті талшықтан жеңіл (тығыздығы 1,3-1,4 г / см3). Оның қасиеттері Кевлардың ең жақсы нұсқаларымен және тіпті полимер тізбектеріндегі молекулалық «тораптармен» қосымша күшейтілген жаңа талшықтармен салыстырылады. Веб-тораптан керемет киім мен кабельдер, ұзаққа созылатын биологиялық разрядталатын қаптар, хирургиялық жолдар және тіпті дене қаруы да пайда болды.

Бұл қасиеттер өрмекші жіптің күрделі құрылымынан өседі. Spidroin тәрізді өрмекшек ақуыздары ерекше бездер арқылы шығарылады және негізінен глицин мен аланин аминқышқылынан тұрады.Секреция ауада қатты болғандықтан, кішкентай және мобильді глицин серпімді және аморфты негіз құрылымын қалыптастырады, ал аланаин күшті «кристалды» домендерге бөлінеді, бұл қосымша серин амин қышқылының қалдықтарының күкірт көпірлерімен байланыстырылуы мүмкін. Бұл нақты биокомпозиция, оның құрылымы бірегей сипаттамаларға қол жеткізуге мүмкіндік береді. Қосымша молекулалар аморфты негізге енгізілуі мүмкін, мысалы, веб-жаңа қасиеттері: мысалы, пирролидин құмырсқаларды қорқытады және сонымен қатар желіні оңтайлы гидратизацияланған жағдайда ұстап тұрып суды белсенді сіңіреді.

Күшейту

Осындай «қоспалы» қосылыстардың болуы табиғи полимерлер үшін жиі емес. Металдардың қосындылары кейбір жәндіктердің жақтарын күшейтеді, ал минералды кристалдар гастроподтардың теңіз бөрене тістерін барлық табиғи материалдардың ең берік етеді. Ғалымдар жасанды қоспаларды – нанобөлшектерді, көміртекті нанотүтіктерді, тіпті кадмийдің жартылай өткізгіш микрокристаллдарын енгізе отырып, желінің қасиеттерін жақсартуға тырысады, оның жабуы веб-флуоресцентті жасады. Әдетте, олар тек жіпке шашырайды.Италиялық-британдық физик Никола Пуано жануарларды графикалық үлпектер мен нанотрубкалармен суға батырмайынша, бөлшектерді оның құрылымына енгізуге болмады.

2015 жылы оның командасы қарапайым әдіс жұмыс істейтінін көрсете алды: қажетті қоспалар арахнодыға түсіп, оның беріктігін және созылу күшін арттырады. Бұл тәсіл бірден қытайлық ғалымдармен жігерлі талшықтарды екі есе күштірек алу әдісін қолдана отырып қолданды. Профессор Пунио өз әдісін жетілдірді, ал 2017 жылдың қыркүйегінде бір қабырғалы нанотруб немесе суда сұйылтылған графинмен суланған оншақты түрлі өрмекшілердің жіптерін зерттеу нәтижелерін жариялады. Интернеттің максималды индикаторлары табиғиға қарағанда әлдеқайда жақсы болды: нанотүтіктердің арқасында, 5400 МПа-ға дейінгі салмаққа төзімді және 1567 Дж / г энергиясын құлатқанға дейінгі соққылардың бірі. «Табиғи күшейту процедурасын басқа жануарлар мен өсімдіктер үшін де қолдануға болады», – деп мәлімдеді Puño және оның жұмысының авторлары, – бұл инновациялық бионикалық композиттің жаңа класының пайда болуына әкеледі.

Өндіріс

Итальяндық профессор нано мен биотехнологияны бір жылдан астам уақыт бойы біріктіруге тырысады. Ол тіпті кеуекті резеңкеден жасалған «күшейтілген» наноқыштармен, ашытқылардың ашытуы арқылы жасалынған. Енді Puño тірі ағзаларды экологиялық материалдармен жоғары сапалы зауыттарға айналдырады. Шын мәнінде, гастропод моллюскасы сияқты хош иістендірілген тістер немесе паук-паукалар сияқты көптеген биопастерлер көптеген жасанды аналогтардан жоғары және ғалымдар олардың өндірістік синтезі мен модификациясына арналған технологияларды жасауға тырыспайды. Спиральды бездерден спидровинді шығарып, оны электростатикалық және басқа әдістермен талшықтарды қалыптастыру үшін пайдаланады. Дегенмен, барлық осы тәсілдер күрделі, зертханалық және оларды экономикалық тұрғыдан қолайлы өндірісте кеңейту мүмкін емес.

Табиғи продюсерлердің тиімді айналуы, жүзу және өсіп келе жатқаны үшін қажет: шитин фабрикаларының гастроподтары, спайдрондардың орманшыл донорлары, нанофибрлермен нығайтылған … Біздің сұрағымыз осыған ұқсас материалдарды қалай жақсартуға болатыны туралы Николя Puño жауап берді: «Ия, барлығы, соның ішінде қоян, табиғи ағаш және т.б.«Ғалымның айтуынша, мұндай шешімдер материалдың ең жақсы қасиеттеріне қол жеткізіп қана қоймай, оларды тіпті медицинада қолдану үшін де қауіпсіз етеді», – дейді ғалым. дейді профессор Пунио, – дегенмен, ешқашан «ешқашан» деп айтпайды «.

Жақын болашақта сіз қандай болмасын материалдарды күтесіз?

Артем Оганов, химик, компьютерлік дизайн бойынша маман:

№ 1. Өткізгіштер. Әдеттегі температура мен қысымда тіпті нөлдік тұрақтылықты сақтайтын заттардың пайда болуына нақты үміт бар еді. Есептеулер іздеуде басты рөлді ойнайды – мысалы, жоғары температуралы жоғары өткізгіш H рекорды3S (-70 ° C) алғаш рет қытай ғалымдары менің әдісімді қолданып, содан кейін синтезделді. Бөлмедегі өткізгіштердің пайда болуымен революция орын алып, кез келген революцияның салдары күтпеген.

№ 2. Термоэлектриктер – жылуды электр энергиясына айналдыратын материалдар. Қазір бар, бірақ олардың тиімділігі төмен тиімділігімен байланысты.Егер тиімділікті кем дегенде екі есе арттыру мүмкін болса, онда жаңа толығымен жаңа торлар ашылады: термоэлектриктер автомобильдер мен ұшақтардағы паразиттік жылуды жинайды, «климаттық бақылау» жүйесі бар киімді қамтамасыз етеді. Есептеулер бұл мүмкін екенін көрсетеді.

№ 3. Фотокатализге арналған материалдар. Жарықтың әсерімен олар қозғалып, осындай реакцияларды жеделдете алады, мысалы, суды сутектің немесе судан және CO-ден жасанды бензин синтездеу үшін бөлетін су.2. Соның салдары – энергетика секторындағы революция.

№ 4. Жаңа магниттер. Барлық дерлік жақсы магниті сирек жер элементтерін өндіруге қымбат және күрделі болып табылады. Мен осыдан құтылғым келеді және жақын арада бұл міндетті шешуге болады. Егер бұл сондай-ақ тиімділікті жақсартуға мүмкіндік берсе (күмән тудырмаса да мүмкін), қозғалтқыштардың жаңа типтері негізінен қол жетімді болады ».


Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: