Ученые создали алмазные нанонити из сжатого жидкого бензола

Rus На русском Eng In English

Ученые открыли новый наноматериал - алмазные нанонити из сжатого жидкого бензола

Ученые из Университета Пенсильвании сообщили об открытии самого прочного и жесткого наноматериала, известного миру на сегодняшний день, на основе алмаза. Свойства этого сверхпрочного наноматериала предполагают его применение в таких важных областях, как, например, транспорт или аэрокосмическая промышленность, и это могло бы возродить идею строительства лифтов в космос.

кольца шести атомов углерода сплетаются, образуя алмазные нанонити. Изображение - John Badding lab, Penn State UniveristyГруппа ученых под руководством химика Джона Баддинга из Университета Пенсильвании обнаружили, что отдельные молекулы бензола в жидком состоянии, состоящие из колец атомов углерода, собираются в удивительно аккуратно организованные цепи после медленно чередующихся циклов давления.
В результате, полученная нить имеет диаметр всего три атома и в тысячи раз тоньше волоса. Образующее нить зигзагообразное расположение колец атомов углерода имеет форму треугольной пирамиды подобно алмазу.  
Такая структура материала, которую ученые до настоящего открытия считали невозможной, может оказаться самым сильным и прочным наноматериалом из когда-либо полученных.
 Уникальное открытие свой команды Баддинг считает счастливой случайностью. Томас Фитцгиббонс, аспирант лаборатории Баддинга, хотел изучить материалы, полученные из органического химического соединения бензола. При изоляции, молекулы бензола могут реагировать интересными способами, в результате образуя уникальные структуры. Для изучения этих структур обычными методами, Фитцгиббонсу понадобилось большое количество продукта. Он положил образец жидкого бензола в устройство под названием Париж-Эдинбург в Национальной лаборатории Oak Ridge в штате Теннесси и поставил молекулы в ячейку высокого давления. Суть процесса состояла в том, что когда жидкость под сильным давлением сжимается, она переходит в состояние твердого вещества. "По существу, она замерзает," говорит Баддинг. После замораживания молекулы бензола выравниваются в предсказуемые модели уложенных столбцов.
 Дальше события развивались необычно. Учеными принято считать, что поскольку сжатие продолжается, молекулы бензола в конечном итоге дают невзрачный белый порошок. "Люди думали, что они реагируют дезорганизованным способом и не образуют упорядоченную структуру," говорит Баддинг.

алмазные нанонити из сжатого бензола  Но вместо этого, в беспорядке Фитцгиббонс увидел порядок. "Это, по меньшей мере, было шоком для нас"- признается Баддинг. Исследователи были настолько удивлены, что они начали использовать разные методики для подтверждения полученного вывода, в том числе рентген и нейтронную дифракцию, просвечивающую электронную микроскопию и колебательную спектроскопию. Их результаты подтвердились: они увидели упорядоченность.
 Причина этого неожиданного выравнивания молекул бензола может быть связана с временем сжатия. Обычно ученые создают бензольные материалы в небольших количествах способом быстрых циклов изменения давления. Для того, чтобы получать больше продукта, циклы сжатия должна быть медленнее. "Очевидно, мы дали молекуле бензола время на подготовку для образования структуры, в частности нанонитей," говорит Баддинг.  Это медленное сжатие стало ключом к их открытию.
 Профессор Юрий Гогоци, директор Института Нанотехнологий Университета Дрекселя, считает результаты действительно захватывающим, но все же они требуют повторного подтверждения и анализа материала. По мнению профессора Юрия Гогоци, нужно получить и изучить много изображений высокого разрешения, которые могут в дальнейшем пролить свет на структуру этого необычного материала. "Если окажется, что предположение группы Баддинга верно, то, я считаю, есть веские основания полагать это открытие очень значительным."
Перед использованием нанонитей в коммерческих целях, Баддинг хочет определить их свойства и поведение в различных условиях и понять, каким именно образом связываются молекулы бензола. По его словам, исследования могут занять годы. Потом инженерам необходимо будет выяснить, как лучше всего запустить массовое производство нанонитей и включить их в существующую производственную инфраструктуру для различных целей. Похоже, что для начала, эти нити смогут заменить углеродное волокно, которое слабее и тяжелее, в таких коммерческих продуктах как велосипедные рамы, корпуса самолетов.
 Возможно, в далеком будущем, нанонити будут натягивать в космос для доставки припасов на Международную космическую станцию или для взаимодействия с орбитальными спутниками. Футуристы уже давно предполагали изобретение космического лифта, когда кабель закрепляется на Земле и натягивается к спутнику на орбите, но для противостояния высотным ветрам и благополучной переправы кабель должен быть достаточно прочным и длинным, что до сих пор является серьезным вызовом для ученых. Обычные стальные тросы рвутся под действием собственного веса, в то время как алмазные нанонити в принципе могут быть одновременно легким и прочным материалом для выполнения данной задачи.
Даже если эти нанонити не найдут свое применение в области доставки на орбиту, их открытие все равно должно проложить путь к лучшей альтернативе. Это не единственный случай, когда ученые изобрели алмазную структуру, сплетая углеродные кольца в уникальные конфигурации.  Алмаз подобные атомы углерода, также называемые аморфные атомы углерода, обычно применяются в качестве покрытий для других материалов, в качестве защитного слоя на металлическую подложку.
 Профессор Юрий Гогоци считает, что открытие новой структуры является удивительным и интересным, и в первую очередь это исследование подсказывает химикам о том, что открытие других подобных структур не за горами.

"Эта группа исследователей показала, что  в семье алмазных структур появился еще один материал, и я точно уверен, что он далеко не последний", говорит профессор Ю. Гогоци. Если это действительно так, то в перспективе может быть построен космический лифт, а там уже и действительно можно говорить о небе в алмазах.

По материалам: www.scientificamerican.com

 

НОВОСТИ НАУКИ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

ADVANCED SCIENCE NEWS: Профессор Юрий Гогоци считает, что величайшим последним шагом в области материаловедения стало открытие новых 2D материалов, так называемых «строительных блоков будущего».

yurigogotsi_drexel_university_2018.jpg - 466.16 Kb

Юрий Гогоци прирожденный  химик, его волнуют научные открытия и он даже не представляет, что мог бы заниматься чем- то иным.

Профессор Юрий Гогоци считает, что величайшим последним шагом в области материаловедения стало открытие новых 2D материалов, так называемых «строительных блоков будущего». Он с большим энтузиазмом относится к использованию нанотехнологий для создания «новых искусственных материалов, конструкций и устройств из наноразмерных строительных блоков» и к более широкому применению «симуляций, моделирования и компьютерных расчетов для решения проблем материаловедения», хотя и признает обеспокоенность по поводу неизвестных эффектов, которые искусственный интеллект окажет на нашу будущую жизнь. 

 
Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, в рамках международного научного сотрудничества по программе Горизонт 2020 посетили партнерскую организацию Университет Дрекселя, Филадельфия, США, сентябрь-октябрь 2018 г.

alt

Участники проекта от MRC работают в тесном сотрудничестве с исследователями из Университета Дрекселя, перенимают опыт в синтезе двумерных наноматериалов максенов (MXene), знакомятся и изучают последние разработки коллег из группы Института Наноматериалов Университета Дрекселя под руководством профессора Юрия Гогоци по синтезу максенов, их обработке и применениям для разных назначений. Участниками  от MRC совместно с  исследователями из Дрекселя в химической лаборатории Университета Дрекселя были синтезированы максены  для нужд проекта NANO2DAY. 

 
Директор Materials Research Centre Алексей Гогоци во время рабочей поездки в Университет Дрекселя по по проекту NANO2DAY выступил на семинаре с презентацией компании Materials Research Centre

altДиректор Materials Research Centre (Киев, Украина) Алексей Гогоци  во время рабочей поездки по по проекту  европейской программы HORIZON 2020 MSCA RISE Project №777810 NANO2DAY в Университет Дрекселя выступил на семинаре с презентацией компании Materials Research Centre, ее деятельности и участии в международных научно-исследовательских проектах, и в частности проекта NANO2DAY.

 
Директор Materials Research Centre, Киев, Украина, встретился с профессором Zdenek Sofer из University of Chemistry and Technology, Прага, Чехия, и посетил его семинар по 2d наноматериалам, Университет Дрекселя, США, 18 октября 2018 г.

altВо время рабочей поездки в Университет Дрекселя по международномунаучно-исследовательскому проекту NANO2DAY в рамках европейской научной программы HORIZONT 2020 директор Materials Research Centre, Киев, Украина, встретился с профессором Zdenek Sofer  из Высшей школы химической технологии,  Прага, Чехия, и посетил его семинар по наноматериалам. Професоор Zdenek Sofer выступил с интересным докладом посвященным разным двумерным материалам помимо графена. 

 

 
Визит по проекту NANO2DAY ученого-исследователя Максима Плахотнюка из Датского Технического Университета в Центр Материаловедения, Киев, Украина, в сентябре-ноябре 2018 г.

NANO2DAY project Maksym Plakhotnyuk, DTU visited MRC, November 2018Ученый-исследователь Максим Плахотнюк из исследовательской группы Technical University of Denmark (DTU), возглавляемой проф. Леоном Мишнаевским (prof. Leon Mishnaevsky, Technical University of Denmark), посетил Materials Research Centre, Киев, Украина, на протяжении сентября-ноября 2018 года по программе Горизонт-2020 в рамках проекта MSCA RISE NANO2DAY.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци с вручением Ордена Дружбы от Китайского правительства, 29 сентября 2018

altНаграду профессору Юрию Гогоци вручал Вице-премьер министр Китая Лю Хе. Орден Дружбы - высшая государственная награда Китайской Народной Республики для иностранных граждан. Орден Дружбы - самая высокая награда Китая для иностранных экспертов, которые внесли выдающийся вклад в экономическое и социальное развитие страны.

 
15-я Ежегодная встреча Ялтинской Европейской Стратегии (YES) «Будущее поколение всего» состоялась в Киеве 13-15 сентября 2018

alt15-я Ежегодная встреча Ялтинской Европейской Стратегии (YES) «Будущее поколение всего» состоялась в Киеве 13-15 сентября 2018. В этой конференции, организованной международным форумом YES приняли участие ведущие политики, дипломаты, бизнесмены, общественные деятели и эксперты из 28 стран.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци, который по версии Clarivate Analytics стал одним из самых влиятельных ученых в области физики в 2018 году!

Professor Yury GogotsiУченый украинского происхождения Юрий Гогоци, заслуженный профессор Университета Дрекселя, (Филадельфия, США) был назван известным рейтинговым агенством Clarivate Analytics одним из самых влиятельных ученых мирового класса по количеству цитирований его публикаций.

 
NAP 2018: Восьмая Международная конференция "Наноматериалы: применение и свойства", Затока, Украина, 9-14 сентября 2018,

2018 IEEE International Conference on “Nanomaterials Applications & Properties”

С 9 по 14 сентября на берегу Черного моря в пгт Затока (Одесская область) прошла уже традиционная 8-я Международная конференция «Наноматериалы: применение и свойства» (2018 IEEE International Conference on Nanomaterials: Applications & Properties) 

 
Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, в рамках международного научного сотрудничества посетили партнерскую организацию Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, Словакия, июль-сентябрь 2018

alt

Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, директор и руководитель проекта от MRC Алексей Гогоци и  Вероника Загородная в рамках международного научного сотрудничества посетили партнерскую организацию Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, Словакия, в соответствии с планом коммандировок по проекту.

Участники проекта от MRC работают в тесном сотрудничестве с исследователями из Института Полимеров, делятся своим опытом в синтезе двумерных наноматериалов (MXene), знакомятся и изучают последние разработки коллег  по полимерам и композиционным материалам.

 
Рабочая поездка по проекту NANO2DAY проф. Марии Омастовой в Центр Материаловедения, Киев, Украина, июль-август 2018

PrПрофессор Мария Омастова, Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, и директор Центра Материаловедения Алексей Гогоци, июль-август 2018Профессор Мария Омастова из Института полимеров Словацкой академии наук, Братислава, Словакия, посетила  Materials Research Centre, Киев, Украина, на протяжении июля-августа 2018 года по программе Горизонт-2020 в рамках проекта MSCA RISE NANO2DAY.

 
Первая международная конференция по максенам MXenes, Цзилиньский Университет, Чанчунь, Китай, 24-26 мая 2018

MXene conference 2018Встреча является первой международной конференцией, посвященной двумерным материалам максинам MXene, которая должна помочь ученым в изучении двумерных материалов и энергии взаимодействовать, а также обсуждать достижения и проблемы в различных областях.

 
6-я Международная конференция «Новые функциональные углеродные наноматериалы» на Восьмом форуме по новым материалам (CIMTEC 2018) в Перудже, Италия, 11-14 июня 2018

Фото Yury Gogotsi.6-я Международная конференция «Новые функциональные углеродные наноматериалы» в рамках 8-го Форума по новым материалам на CIMTEC 2018, проведенного в Перудже, Италия, посвящена недавним достижениям и задачам в области синтеза, структурного контроля и моделирования на мезо- и наномасштабах разнообразия малоразмерных аллотропов углерода, включая наноалмазы, алмазоподобный углерод, фуллерены, нанотрубки, графен и графеновые структуры, а также углеродные сети с высокой площадью поверхности, которые являются перспективными для ряда новых применений в области преобразования и хранения энергии, очистки воды, высокоскоростной наноэлектроники, оптоэлектроники, фотоники, квантовой обработки данных, квантовых вычислений, биоизмерения, доставки лекарств, медицинской визуализация, теплового управления, катализа, смазок и т. д.

 
Вручение диплома Почетного доктора КПИ им. Игоря Сикорского профессору Юрию Георгиевичу Гогоци

Юрию Гогоци было присвоено звание Почетного доктора КПИ, 14  мая 2018 г.Поздравляем профессора Юрия Гогоци с получением звания Почетного доктора Национального технического университета Украины" Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского ,14 мая 2018!

 
H2020-MSCA-RISE проект NANO2DAY, встреча участников проекта в Латвийском университете, 10-11 мая 2018 г.

altПроект H2020-MSCA-RISE NANO2DAY «Многофункциональные полимерные композиты, допированные новыми двумерными наночастицами для продвинутых применений», начался 1 мая 2018 года ипродлится 4 года. Он направлен на разработку новых многофункциональных композитов с выдающимися электронными и механическими свойствами за счет включения новых нанолистов MXene в полимерные матрицы. 

 
«Нанобиофизика: фундаментальные и прикладные аспекты», специальная сессия посвященная европейскому проекту assymcurv в рамках программы Horizon 2020

ilt logoC 2 по 5 октября 2017 в Физико-техническом институте низких температур (ФТИНТ) имени Б.И. Веркина НАН Украины прошла пятая Международная конференция «Нанобиофизика: фундаментальные и прикладные аспекты», организаторами которой выступили ФТИНТ имени Б.И. Веркина НАН Украины и Институт физики НАН Украины.

 
Рецепт безопасных батарей - добавка из наноалмаза

Исследователи из Дрекселя сообщили, что добавление наноалмазов к раствору электролита в литиевых батареях может предотвратить образование дендритов, тензор-подобных отложений ионов, которые со временем могут расти внутри батареи и вызывать опасные сбои. (Фото предоставлено Университетом Дрекселя и Университетом Цинхуа).С целью предотвратить опасные неисправности лептопов исследователи из Университета Дрекселя разработали рецепт, который может превратить раствор электролита - ключевой компонент большинства батарей - в защиту от химического процесса, который приводит к поломкам, связанным с батареями.

 
Рабочая поездка в Цзилиньский университет и международное сотрудничество

Visit to Jilin University, Changchun, ChinaАлексей Гогоци, директор Materials Research Centre с рабочей поездкой посетил Цзилиньский Университетв Чанчуне, Китай. Он провел рабочую встречу с профессором Юрием Гогоци , заслуженным профессором Университета Дрекселя, США. и Цзилиьского университета, а также профессором Хан Вей , исполнительным заместителем директора международного сотруднического Центра Талантов в Международном центре наук будущегою Они обсудили текущие совместные исследовательские работы по современным материалам для суперконденсаторов и других применений.

 
20 июня 2017 года по решению академического совета директору Института Наноматериалов им. А. Дж. Дрекселя, профессору Юрию Гогоци было присвоено звание Почетного доктора Института проблем материаловедения им. Францевича Национальной академии наук Украины

На фото слева направо: замдиректора Рагуля А.В., Баглюк Г. А., Заворотный М.Г., профессор Юрий Гогоци, ученый секретарь Картузов В.В. и академик Фирстов С.А. 20 июня 2017 года по решению академического совета директору Института Наноматериалов им. А. Дж. Дрекселя, профессору Юрию Гогоци было присвоено звание Почетного доктора Института проблем материаловедения им. Францевича Национальной академии наук Украины..

 
Команда Materials Research Centre 14 февраля 2018 на базе Национального авиационного университета посетила Информационный тренинг «Как написать успешный пропосал для программы Горизонт 2020»

horizon2020 семінарКоманда Materials Research Centre 14 февраля 2018 на базе Национального авиационного университета посетила Информационный тренинг «Как написать успешный пропосал  для программы Горизонт 2020» в рамках информационного дня НАУ.