125816 (Наномолекулярні технології), страница 2

Яскраві кольори вітражів, що прикрашають храми середньовічної Європи, вражають нас до цих пір. Дослідження показали, що скло робили кольоровим добавки наночастинок золота та інших металів. Чжу Хуай Юн з Технологічного університету Квінсленда (Австралія) висловив припущення, що вітражі були не тільки творами мистецтва, а й, висловлюючись сучасною науковою мовою, фотокаталітичними очисниками повітря, що видаляють органічні забруднення . Каталізаторами служили ті ж самі наночастинки золота. Учений довів, що крихітні частинки золота на поверхні скла під впливом сонячного світла переходили в збуджений стан і могли руйнувати органічні забруднення (ті, які до них долітали). Більш того, вони і сьогодні зберігають свою каталітичну активність.

«Коли золото подрібнене до розмірів наночастинок, воно стає дуже активним під дією сонячного світла. Електромагнітні коливання сонячного випромінювання резонує з коливаннями електронів золотих наночасток. В результаті загальне магнітне поле на поверхні наночастинок золота збільшується в сотні разів і руйнує міжмолекулярні зв'язкbзабруднюючих агентів, які містяться в повітрі ». Професор Чжу припускає, що побічним продуктом цих реакцій був вуглекислий газ, який в невеликих кількостях порівняно безпечний.

В даний час аналогічна технологія лежить в основі створення ефективних очищувачів повітря. Для їх роботи достатньо сонячного світла, яке нагріває наночастинки золота, тоді як звичайні очисники (у них зазвичай використовують оксид титану, срібло) вимагають значно більше енергії для нагрівання всього каталізатора.

Схід - справа тонка

Під час хрестових походів європейці зіштовхнулися з лезами із дамаської сталі, що володіють унікальними властивостями. Європейські зброярі не вміли робити такі клинки. У них був характерний хвилястий візерунок на поверхні (його за назвою плетіння тканини називали Дамаск), незвичайні механічні властивості (гнучкість і твердість) і виключно гостре лезо.

Вважається, що дамаські леза виковували з невеликих «пирогів» стали (його називали вуц), вироблених в Стародавній Індії. Складна термомеханічна обробка, кування і відпал, що застосовуються при отриманні вуца, надавали сталі незвичайні властивості і забезпечували її виняткову якість. Найчастіше в літературі можна зустріти «рецепт» виробництва вуца, який був на ході в Салемі і деяких частинах Майсора (Південна Індія).

Шматок плавки заліза, отриманий з магнітної руди, вагою близько фунта дрібно дробиться, зволожується і поміщається в горн з вогнетривкої глини упереміш з дрібно нарубаними шматками деревини ранавара (Cassia auriculata, дерево родини бобових). Після плавки в горні відкриті горщики покривають зеленим листям калотропіса (Calotropis gigantea), поверх яких накладають коржі з глини, висушеної на сонці до твердого стану. Деревним вугіллям замінити зелене листя не можна, вийде не те. Дюжини дві таких горщиків (тиглів) розміщують на підлогу печі, жар в якій підтримують за допомогою міхів з бичачих міхурів. Паливом служило в основному деревне вугілля та висушені на сонці коров'ячі коржі. Через дві-три години плавки тиглі остуджують, розколюють і звідти витягують заготовку, яка за формою і розміром нагадує половину яйця. Згідно із записами відомого мандрівника і купця Жана-Батіста Таверньє, найкращі заготовки для сталі робили під Голкондою (Центральна Індія). Вони були розміром з невеликий пиріг, і їх вистачало, щоб зробити два мечі.

Зразок сталі, узятий від справжньої дамаської шаблі роботи відомого зброяра сімнадцятого століття Асседа Уллаха, вчені Дрезденського університету (Німеччина) чотири роки тому досліджували за допомогою електронного мікроскопа з високою роздільною здатністю. У структурі матеріалу вони виявили вуглецеві нанотрубки. Вчені і до цього не раз намагалися визначити мікроструктуру дамаської сталі, але на цей раз вони спочатку протравили зразки соляною кислотою, і саме це дало несподівані результати. Після обробки виявилися незруйнованими структури цементиту (карбіду заліза, який зміцнює сталь). Це дозволило фізикам припустити, що волокна цементиту укладені в вуглецеві нанотрубки, які і захищають його від розчинення в соляній кислоті.

Звідки в дамаської сталі взялися нанотрубки? Сформувалися з вуглеводнів всередині мікропор, причому каталізатором могли служити ванадій, хром, марганець, кобальт, нікель і деякі рідкоземельні метали, що містяться в руді. При виробництві дамаської сталі температура обробки була нижче стандартної - 800 ° C. Під час циклічної теплової обробки виходили вуглецеві нанотрубки, які потім перетворювалися в нановолокни і великі частинки цементиту (Fe₃C). Циклічна механічна обробка (кування) і відповідний температурний режим поступово розподіляли вуглецеві нанотрубки в площинах, паралельних площині кування, роблячи мікроструктуру сталі дрібнозернистою і пластинчастою. І дійсно, як показали останні дослідження вчених з Дрезденського технічного університету, мікроструктура цементиту представлена нановолокнами.

Автори дослідження вважають, що особлива шарувата структура дамаських лез пов'язана також з домішками, що містилися в руді з рідкісних індійських родовищ. Зменшення запасів цієї руди привело до того, що багато зброярів, котрі не знали тоді про легуючі елементи, не змогли отримати дамаської сталі, і після виснаження рудників в кінці XVIII століття нікому так і не вдалося повністю відтворити її. Навіть знаючи стародавній рецепт, європейські зброярі не змогли зробити справжню дамаську сталь, яка мала унікальні властивості завдяки наноструктурам.

Дивовижні властивості срібла

Срібло використовують як природний антибіотик вже кілька тисячоліть. Перша згадка про те, що срібло знезаражує воду, можна знайти у старогрецького історика Геродота. Він писав, що перський цар Кір пив воду тільки з певної річки. У подорожі він брав із собою цілий караван срібних речей, наповнених цією водою, і вона завжди була свіжою.

У XIV столітті від чуми померло більше чверті населення Європи. І хоча на той час була невідома причина захворювання, але було відмічено, що багаті люди заражалися досить рідко. Є підстави вважати, що багаті їли з срібла і це до деякої міри захищало їх від бактерій, які викликають чуму.

Відомо, що американські піонери клали срібний долар в молоко, щоб зберегти його свіжим. У другій половині XIX століття німецький акушер-гінеколог Карл Кредо відкрив потужний антигонорейний ефект 1%-ного розчину азотнокислого срібла. Це відкриття дозволило ліквідувати в пологових будинках Німеччини гнійні гонорейні запалення очей у новонароджених.

Німецький хірург Бенне Кредо, що продовжив дослідження свого батька, на XII міжнародному з'їзді лікарів доповів про широкі можливості застосування препаратів срібла в гнійнії хірургії і про добрі результати лікування септичної інфекції їх внутрішньовенним введенням. Існуючі на той момент препарати на основі солей срібла володіли припікальними ефектом. Бенне Кредо спільно з хіміками запропонував використовувати срібло у неіонізованому стані - у вигляді колоїдних частинок металевого срібла. По суті, це були нанорозмірні частинки срібла, завислі у воді.

Після цього були створені лікарські препарати протаргол (золь оксиду срібла) і коларгол (колоїдний розчин срібла). Висока бактерицидна ефективність колоїдного срібла пов'язана з тим, що воно пригнічує роботу ферменту, який забезпечує кисневий обмін у бактеріальних клітин - це викликає їхню загибель.

З відкриттям антибіотиків і сульфаніламідів інтерес до препаратів срібла знизився. Але останнім часом через побічні ефекти цих ліків (алергія, дисбактеріоз, токсичну дію на внутрішні органи, розвиток полірезистентності патогенних бактерій до антибіотиків) протимікробні властивості срібла знову стали привертати увагу медиків. Сучасні дослідження колоїдного срібла показали, що воно має здатність знешкоджувати деякі штами вірусу грипу, а також ентеро- та аденовіруси.

Сьогодні нанотехнології інтегровані у величезну кількість наукових дисциплін, а сучасні методи дозволяють створювати наноматеріали із заданими властивостями. Колись у давнину застосування нанотехнологій носило випадковий характер. Суть була незрозуміла, тому виробництво унікальних матеріалів зводилося до точного повторення стадій технологій. Тільки тепер за допомогою сучасних методів дослідження ми дізнаємося, що це були наноматеріали.

Останнім часом ми часто читаємо й чуємо це слово в засобах масової інформації. Також з'явилося багато реклами, що пропонує купити що-небудь з префіксом «нано ...».А що це таке? Ми добре знаємо, що сантиметр - сота частка метра, міліметр - тисячна. А нано-просто позначає мільярдну частку чого-небудь. Нанометр - мільярдна частина метра. Технологія (від грец. Technе - мистецтво, майстерність, уміння і ... логія) - сукупність методів обробки, виготовлення, зміни стану, властивостей, форми сировини, матеріалу або напівфабрикату, здійснюваних в процесі виробництва продукції. Завдання технології як науки - виявлення фізичних, хімічних, механічних та інших закономірностей з метою визначення та використання на практиці найбільш ефективних і економічних виробничих процесів. Це визначення зі словника теж зрозуміло. А що означають ці два слова разом?Я - фізик. Моя спеціальність - фізика твердого тіла. Якщо ще точніше - ядерна фізика твердого тіла. Майже 40 років тому завідувач кафедрою фізики твердого тіла Казанського університету професор Башкіров на першій лекції за фахом сказав нам, третьокурсника, постукавши по столу: «Тверде тіло - це не те, що відчувається твердим, а те, що має упорядковану структуру».Що таке кристалічна решітка, або структуру хімічної молекули, вчили багато. Від взаємного розташування і відносної кількості атомів залежать не тільки властивості, але і саме отримане в результаті речовина. Всі знають, що одні й ті ж атоми вуглецю в одній структурі утворюють графіт, а в іншій - алмаз. Всього з трьох атомів - вуглецю, кисню і водню з невеликими добавками будуються всі органічні речовини, бактерії і віруси, та й ми самі.Так от, ці атоми мають розмір як раз приблизно в одну мільярдну частку метра!Склад фізичних і хімічних речовин вчені навчилися визначати досить швидко. Складніше було вивчати взаємне розташування атомів. При різних технологічних процесах або природних умовах утворювалися речовини з різними властивостями. І це завдання різними фізичними методами була до кінця минулого століття в основному вирішено. Зараз ми можемо визначити, куди в структурі при різних технологіях потрапляють додаткові атоми, від яких залежать властивості речовини. Але їх розподіл в масі кристала хаотичне, по-науковому - статистичне. І цього для сучасної техніки вже мало. З'явилися нанотехнології дають можливість збирати під контролем фізичних методів спостереження кристали потрібних властивостей з окремих атомів, як з деталей конструктора. Тобто бачити і переміщати окремі атоми розміром в одну мільярдну частку метра. Звідси і назва - нанотехнології. Які речовини, з якими властивостями утворюються і де вони застосовуються - тема окремої статті. А тепер повернемося до реклами товарів з префіксом «нано». Я вже писав у статті про ксенонових фарах, що, створені для безпеки, вони стали ще й модними. У результаті з'явилися дешеві підробки зі звичайних ламп розжарювання з блакитним покриттям, що не мають ніякого відношення до справжніх ксенонові фарам. А тут ситуація ще гірше!, Яка знаходиться у всіх на слуху і не всім зрозумілу приставку куди тільки не стали приставляти. Що таке, наприклад, клей «Нанолюкс»? Це просто абсурд! Стосовно до клею. Одна мільярдна частина люкса? У оптиці існує одиниця з такою назвою - люкс - показує кількість світла. Але одна її мільярдна - повна темрява!І, користуючись темрявою народу, на ринок викинуті тисячі товарів з такою приставкою. Подивіться самі в пошукових системах.І, найголовніше, ніхто нікого не обманює! Весь світ довкола нас і ми самі перебуваємо із молекул і атомів, то є наночасток. І будь-який предмет або речовину можна забезпечити такий приставкою. Але, нанотехнології - це тільки поштучна збірка речовин з окремих атомів.

Література

1. http://arhiv-statey.pp.ua

2. http://uk.wikipedia.org

3. http://www.umj.com.ua