Ученые Южно-Уральского государственного университета разработали новый материал с иерархической структурой, существенно улучшающий термоустойчивость пластиков и демонстрирующий высокую чувствительность в качестве электрохимического сенсора. Разработка интересна не только своим потенциалом для промышленного использования, но и возможностью выявить пока неизученные законы природы, говорится на сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Традиционная теория кристаллизации, долгое время считавшаяся непреложной истиной, гласит, что любое вещество стремится образовать устойчивую кристаллическую структуру. Тем не менее появление углеродных нанотрубок в конце прошлого столетия поставило под сомнение этот постулат. Изначально такие структуры воспринимались лишь как редкое исключение, присущее углероду. Но спустя годы исследований стало ясно, что наука способна синтезировать целый ряд «запрещенных» веществ. Среди них выделяются нанолисты, нанопровода, наноточки и прочие уникальные структуры, созданные не только из углерода, но и на основе оксидов и даже солей переходных металлов.
Материал, созданный отечественными учеными, служит наглядным примером подобной необычной организации структуры. Его строение кардинально отличается от обычного процесса кристаллизации, благодаря чему достигается высокая термостабильность и исключительная электрохимическая чувствительность. Эксперты обращают внимание на тот факт, что следование традиционным сценариям привело бы к формированию стабильного, но абсолютно неэффективного с практической стороны кристалла.
«Что такое углеродная нанотрубка? Представьте себе обычный графит. Это такие слои из шестиугольников, построенных из углерода. Один слой, второй и так далее. Каждый слой, если его отделить, называется графен. Это чрезвычайно тонкий материал, толщиной всего в одну молекулу. При этом площадь одного листа может достигать значительных величин — десятки квадратных нанометров и даже больше. Теперь вообразите, что этот самый лист графена свернут в цилиндрическую форму, замыкается в круглую трубку — получается углеродная нанотрубка», — объясняет директор НОЦ «Нанотехнологии» ЮУрГУ Вячеслав Авдин.
В ходе эксперимента трубки возникали естественным путем: при определенном сочетании условий на поверхности материала самопроизвольно формировались длинные тонкие углеродные цилиндры. Позднее подобные методики были применены для синтеза аналогичных наноструктур из других элементов.
Интересный факт: когда размеры частиц уменьшаются до величин менее ста нанометров, их свойства начинают радикально отличаться от характеристик отдельных молекул или атомов. Такие частицы утрачивают способность находиться в свободном состоянии и вынуждены вступать во взаимодействие, формируя кластеры или закрепляясь на поверхностях больших тел. Эта повышенная активность поверхностных слоев и придает веществам неповторимые качества.
«Мы находимся на пороге создания новой теории формирования материалов, которая совершит переворот в технологиях. Сейчас наша ситуация напоминает эпоху алхимиков, которые много чего получали, не зная химических законов. Как только мы поймем новые правила структурирования на наноуровне, это откроет дорогу к целенаправленному созданию материалов с заранее заданными, неожиданными свойствами», — заключает эксперт.
Ранее ученые совершили прорыв, который может кардинально изменить будущее электроники: им удалось превратить германий — материал, широко используемый в компьютерных чипах и оптоволокне — в сверхпроводник.
