#суперматериал #химия_наука

Материал для зарядки смартфона от лампочки💡

🔋 Ученые продолжают искать источники энергии, в том числе и для зарядки мобильных устройств. Британские и китайские химики решили улучшить перовскитные материалы, которые используют в фотоэлементах для солнечных панелей, так как они содержат токсичный свинец. Они разработали новые материалы, схожие с перовскитом, но на основе безопасных элементов, таких как висмут и сурьма.

🔆 Оказалось, что полученный материал не так эффективен в преобразовании солнечного света в энергию, однако пригоден для использования в помещениях. Поглощая свет от источников внутреннего освещения, устройства из нового материала способны обеспечить мощность, достаточную для питания электронных устройств.

#химпром #химия_наука #материаловедение #композиты

Форум по композитам прошел онлайн 🌐

🔸III Международный форум «Ключевые тренды в композитах: наука и технологии» прошел 20 ноября онлайн. Организатор мероприятия – Межотраслевой инжиниринговый центр «Композиты России» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Центр работает с 2011 года и реализует замкнутый цикл от разработки до внедрения высокотехнологичных решений.

🔹Цифровое материаловедение обсудили на пленарном заседании. Директор МИЦ «Композиты России» Владимир Нелюб сформулировал главное направление развития: «Мы должны создавать изделия, начиная с атомарного и квантового уровня. Нам нужны цифровые карты каждого объекта, отражающие весь жизненный цикл материала-изделия: от добычи сырья до вторичной переработки». Цифровизация материаловедения позволит создавать материалы под конкретный функционал продукта.

⚗️В апреле 2020 года правительством РФ была утверждена дорожная карта «Технология новых материалов и веществ», разработанная Росатомом. Это единый межотраслевой документ планирования деятельности по разработке и производству материалов и веществ. В дорожной карте было обозначено четыре основных направления: аддитивные технологии, полимерные и композиционные материалы, редкие и редкоземельные металлы, новые конструкционные и функциональные материалы и вещества. В последнем блоке сейчас выделяются более узкие направления разработки.

🏭 Говорили и об импортозамещении. Владимир Пастухов, директор Агентства по технологическому развитию отметил: «Анализ потребностей российских промышленных предприятий для реализации планов импортозамещения показал, что ими может быть востребовано более 70 конкретных позиций в сегменте новых материалов».

👨‍🎓Отметили активное взаимодействие Министерства науки и высшего образования РФ с другими организациями и ФОИВами, например, с Министерством промышленности и торговли РФ, во многих актуальных проектах, которые способствуют развитию цифрового материаловедения. Конкурсы по созданию инжиниринговых центров по приоритетным направлениям развития промышленности РФ проводятся Минпромторгом и Минобрнауки с 2013 года. По состоянию на ноябрь 2020 года в России работают 72 инжиниринговых центра при вузах.

👩‍🔬На научной конференции, также прошедшей онлайн, работало 7 секций, среди которых «Новые материалы на основе принципов зеленой химии», «Перспективные металлические композиционные материалы», «Моделирование в науке о композитах». В оффлайне прошло одно из самых интересных событий в области композитов для молодых профессионалов – Composite battle 2020. Соревнование проходило в три этапа: интеллектуальный конкурс, бизнес-кейс и технологический конкурс, для которого участники изготавливали изделие «Фрисби» методом вакуумной инфузии. Первое место заняла команда МГТУ имени Н.Э. Баумана.

#химия_наука #суперматериал

Алмаз синтезировали без нагревания💎

💠 Похоже, лучшие друзья ученых – бриллианты, вернее, – алмазы. Не успели Sky Diamond заявить о технологии их получения из воздуха, как австралийские ученые наладили синтез без нагревания.

☄️ Известные технологии синтеза алмазов требуют высоких температур и давления, как при их образовании в недрах Земли. А в Австралийском национальном университете взяли за основу метеоритный процесс возникновения алмазов, для него важна сдвиговая сила, когда разные слои материала подвергаются разнонаправленным усилиям.

🔷 Ученые сконструировали установку для воздействия на графит мощным сдвиговым усилием и высоким давлением, «алмазную наковальню». С ее помощью удалось синтезировать и кубическую, и гексагональную формы алмаза – то есть и алмаз, и лонсдейлит, более прочную модификацию алмаза.

#химия_красота #химия_наука

А теперь – дискотека! 👯‍♀️

🎱 Считается, что при столкновении атомов или молекул они должны отскакивать друг от друга, как бильярдные шары. Но молекулы CO удивили учёных! На скорости столкновения углерода с углеродом около 800 м/с молекулы СО сначала вращаются на месте, приводимые в движение взаимодействием атомов кислорода, поворачиваясь «спиной» друг к другу, прежде чем каждая продолжит движение по изначальной траектории.
Это движение похоже на танцевальные шаги в польке или кадрили.

💃🏻Исследователи говорят, что такое движение молекулы совершают примерно в одном из 20 столкновений, но существующие модели этого не учитывали. В космосе энергия их вращательного движения может быть видна как свет, который улавливают телескопы при создании изображений пылевых облаков и туманностей. Такие столкновения могут быть более частыми вблизи комет и некоторых экзопланет с высокими концентрациями CO.

🔬Теперь ученые надеются найти и другие танцевальные па у молекул.

#химия_наука #технологии

Магнитный спрей преобразует мини-объекты в роботов 🤖

🧲 На отделении биомедицинской инженерии университета Гонконга разработали магнитное покрытие M-spray, нанесение которого дает возможность перемещать небольшие предметы. Спрей состоит из поливинилового спирта, глютена и частиц железа и хорошо держится практически на любых поверхностях. Слой спрея в 0,25 мм позволяет превратить крошечные объекты в мини-роботов, которые пригодятся, например, для доставки лекарств в заданные места организма или для подвижных датчиков.

↩️ На видео показано перемещение хлопчатобумажных нитей, тонких пленок и пластиковых трубочек. Объект начинает двигаться в сильном магнитном поле, перераспределяющeм частицы покрытия. Траектория движения задается изменением поля и перенастраивается с помощью смачивания затвердевающего покрытия.

#суперматериал #химия_наука

Углеродные пластинчатые нанолатики прочнее алмазов 💠

❇️ Трехмерные нанолатические структуры – сверхпрочные и легкие. Известны их цилиндрические формы – углеродные нанотрубки. Согласно расчетам, пластинчатая структура вместо цилиндрической способна увеличить прочность на 639%, а жесткость – на 522%. Ученым Калифорнийского университета удалось получить и испытать в лаборатории образец такого углеродного пластинчатого нанолатика.

⏺ Тест проводили с помощью лазерной 3D-печати, которую называют двухфотонной полимеризацией с прямой лазерной записью. Этот процесс по сути – 3D-печать на уровне атомов и фотонов. Эксперимент доказал, что теоретические пределы прочности в принципе достижимы. И хотя это очень сложный процесс, который пока невозможно воспроизвести серийно, получение опытного образца такой прочности впечатляет – раньше это не было возможно.

#химия_наука #технологии

Твёрдый газ или горючий лёд 🧊

✅Учёные из Сингапура сделали хранение и транспортировку природного газа более удобными и безопасными. Они разработали способ переводить газ в твёрдое состояние быстро, экологично и дёшево.

🚢Традиционно газ транспортируют по газопроводам или в сжиженном виде в танкерах, что потенциально небезопасно, а сжижение ещё и дорого – нужна температура ~ −160°C. Сингапур при этом производит 95% электроэнергии из импортируемого газа, так что вопрос его транспортировки и хранения очень актуален.

🥶Процесс перевода газа в твёрдое состояние напоминает природный: молекулы газа оказываются в «ловушках» между молекулами воды, образуя гидрат метана. Но для такой реакции требуются токсичные добавки, а длится она долго. Сингапурские ученые разработали безвредные присадки и сократили процесс всего до 15 минут! К тому же 1 кг горючего льда почти в 90 раз меньше объёмом, чем обычный газ, а хранить его можно при температуре не выше –5°C при атмосферном давлении.

#химия_наука

💎Новый лёд и научные исследования-2020

🧊Природный газ в недрах Земли по большей части имеет твердую форму газовых гидратов, и его структура отличается от структуры чистого льда. Ученые из России, США и Китая описали гидрат водорода, который существует в виде льда при комнатной температуре и относительно низком давлении. Такой лёд может стать формой хранения и транспортировки водорода — перспективного экологически чистого топлива.

Какие ещё направления исследований были ключевыми в 2020-м?

🔹Водородная энергетика – восходящий тренд. Научные исследования ведут и по производству, и по хранению водорода.

❄️Использование твердой формы газа в виде льда тоже уже было замечено в разработках новых технологий – мы писали о сингапурском варианте.

🔸Наноматериалы остаются на пике научных интересов, а хит тут, конечно, – нанотрубки, технологию производства которых разработали в России.

🌱Растет потребность в химических инновациях у агропрома – этому сегменту в ближайшие годы предвещают активный рост.

#новые_технологии #химия_наука

Робот-жук «питается» метанолом 🐞

🔎Инженерам нужна рабочая сила на микроуровне, а ее разработка упирается в источники питания: аккумуляторы слишком велики. В университете Южной Калифорнии сделали робожука RoBeetle на метаноле. Он весит 88 мг, может перемещать груз в 230 мг и работать 2,5 часа без дозаправки.

🐜Его «тельце» – резервуар для метанола. Передняя пара «ножек» движется, а задняя зафиксирована. Движение обеспечивает «мускул» из нитинола — соединения титана и никеля с памятью формы. Эта тонкая проволока покрыта слоем платины, которая играет роль катализатора. Нагреваясь от паров метанола, она расширяется, приводит в движение передние ноги и закрывает заслонку резервуара. Реакция прекращается, проволока остывает, сжимается и вновь открывает заслонку, продолжая цикл.

🧪Так химия обеспечила прорыв в микроробототехнике на двух фронтах: в выборе материала самого робота (нитинол) и источника питания (метанол).

#химия_наука #технологии #суперматериал

Новые полимеры для аккумуляторов🧬

🔋Ученые ищут способы улучшить аккумуляторы. Разрабатывают более экологичные, увеличивают ёмкость за счет новых материалов. При этом литий-ионные аккумуляторы – не идеал, производство лития неэкологично, а рынок используемого в них кобальта нестабилен.

👨‍🔬Ученые Сколтеха, РХТУ им. Д.И. Менделеева и ИПХФ РАН усовершенствовали постлитиевую технологию двухионных аккумуляторов. В ней задействованы не только катионы электролита, но и анионы, которые то входят, то выходят из структуры катодного материала. Это увеличило скорость заряда до нескольких секунд.

⏳Для катодов синтезировали новые полимеры из органических соединений. Сополимер дигидрофеназина и дифениламина показал отличные характеристики. Батареи с катодами из этого материала сохраняли не меньше трети ёмкости после 25 тысяч рабочих циклов. Если бы аккумулятор смартфона был настолько стабилен, он мог бы функционировать 70 лет при ежедневной зарядке.

#химия_технологии #химия_наука

Новый клей требует в 120 раз меньше энергии, чем аналоги 🔋

🖇В Наньянском университете в Сингапуре разработали клей, отвердевающий в магнитном поле. Для его использования не нужно нагревание, свет, отвердители или ускорители, как для традиционных аналогов. Чтобы 1 грамм клея застыл, достаточно 16,6 Вт/ч энергии – это в 120 раз меньше, чем у используемых сейчас – и всего несколько минут. Прочность соединения на уровне.

🔬Суть разработки – в добавлении в эпоксидную смолу смеси наночастиц марганца, цинка и оксида железа (II) (MnxZn1-xFe2O4). Под воздействием магнитного поля они нагреваются и повышают температуру окружающих полимеров, от чего те застывают. Пропорции добавки не допускают перегрева поверхностей, таким образом клей подходит для материалов, чувствительных к температуре, – например, для гибкой электроники.

✅Новый клей экономит энергию и время – то есть, материал получился и более зеленым, и более экономичным. Все шансы на коммерческий успех и широкое внедрение.

#суперматериал #химия_наука

«Шерстяной» материал с памятью формы 🐏

🔬Ученые Гарварда разработали биосовместимый материал из кератина из отходов ангорской шерсти. Его можно запрограммировать с помощью обратимой памяти формы и получить методом 3D-печати.

👩‍🦱Материалы с памятью формы чаще бывают синтетическими – мы писали о процессе их программирования. Но нужные свойства есть и у природных структур. Известно, что выпрямленные волосы вновь кучерявятся от воды и влажности. Это и есть память формы, за которую отвечает структура белка кератина.

🌠Полученный исследователями кератиновый лист был сложен в звезду оригами. Эту форму запрограммировали как основную с помощью перекиси водорода и дигидрофосфата натрия. В воде звезда развернулась, и материал скрутили в трубочку, так он и высох. На видео видим, что когда ее вновь положили в воду, она вернула запрограммированную форму звезды оригами.

🔹Материал открывает перспективы для производства умных тканей – как для одежды, так и для медицины.

#химия_наука #технологии #реакции

Первое видео с атомным разрешением📹

⚛️В Токийском университете сняли первое видео атомного уровня. Запись со скоростью 25 кадров в секунду показывает процесс кристаллизации поваренной соли NaCl. Из хаотичной структуры раствора организуется кристаллическая решетка 4 на 6 атомов.

#️⃣Нуклеация – процесс перехода атомов в упорядоченное состояние – изучается сотни лет, но до сих пор не имела экспериментального подтверждения. Ведь рост кристалла – динамический процесс, и только сейчас его фиксация стала доступна. Для этого использовали технологию электронной микроскопии в реальном времени с атомарным разрешением – SMART-EM. Чтобы исследуемые атомы не покидали поля наблюдения, сконструировали углеродную нанорамку.

💎Теперь ученые исследуют более сложную кристаллизацию и полиморфизм. Так, кристаллические модификации углерода – алмаз и графит. Наблюдение за ранними фазами его нуклеации будет способствовать пониманию механизма полиморфизма.

#химия_наука

Древесину получили лабораторным путем🧪

🌱В Массачусетском технологическом институте впервые получили древесину из пробирки. Это первый шаг к тому, что для деревянных вещей больше не понадобится вырубать леса.

🌺Живые клетки, извлеченные из листьев циннии, ученые поместили в питательную среду. Это популярное декоративное растение из рода астровых уже вошло в историю науки – первым зацвело на МКС выращенное в невесомости. Его жизнеспособность не подвела ученых и сейчас – клетки стали активно размножаться. Производство лингина – органического полимера, придающего жесткость древесине – вызвали добавлением растительных гормонов ауксина и цитокинина. Форму выращиваемого объекта задали трехмерной гелевой матрицей.

🪑Успешные эксперименты пока прошли в миниатюрном масштабе, но перспективы воодушевляющие. Когда ученые освоят настройку свойств клеток разных растений, можно будет выращивать предметы с заданными свойствами материала и дизайна, оставив в прошлом пилу, рубанок и гвозди с клеем.

#химия_наука #химия_технологии #вхз_сегодня #госрегулирование

Год науки и технологий официально начался сегодня ⚗️

👩‍🔬Сегодня, 8 февраля, в День науки, начался отсчет объявленного в 2021-м Года науки и технологий. Решение приняли в конце декабря, январь ушел на подготовку планов. В итоге заявлено примерно о 70 федеральных мероприятиях, больше половины – форумы, выставки, конференции. Вовлечение оценивается в 50 млн человек. Регионы подхватывают инициативы центра и развивают активность на местах. Цели понятны – показать важность науки, повысить ее престиж, лучше информировать о достижениях и проблемах и прислушиваться к мнению ученых.

✅Вторая важная часть темы года – технологии. Об этом сегодня говорили на заседании онлайн Совета по науке и образованию под председательством Владимира Путина. Президент четко сформулировал слабое место – то, что раньше называлось внедрением передовых разработок, а сегодня – коммерциализацией новых технологий.

⚛️После праздничных рапортов о бесспорных достижениях российской науки – в прямом эфире запустили реактор нейтронного излучения ПИК в Гатчине, мощнейший в мире; разработали три вакцины от covid-19 – наметили, как решать эту проблему. Речь о комиссии по научно-технологическому развитию при правительстве России, которая поможет коммуникации заинтересованных сторон. Можно сомневаться, что дополнительное звено в цепочке ускорит контакты, но большинство признает необходимость такой вневедомственной площадки. Вспомнили, что и в СССР был Госкомитет по науке и технике. Страна большая, отраслей много – есть потребность в координации.

🔖Кстати, правительство еще в декабре утвердило список перспективных технологий для заключения специальных инвестиционных контрактов (СПИК). Такие контракты предоставляют инвестору более выгодные условия для внедрения инноваций. В списке на 500 с лишним страниц – более 600 технологий. Значительное количество связано с химий, и не только с нефтегазовой отраслью, но и с малотоннажным химпромом. Это важные усилия, т.к. во всем мире доля частного капитала в научных исследованиях значительно больше, чем в России. Так что не менее важная цель Года науки и технологий – способствовать наведению мостов между разработчиками и бизнесом.

☑️Конечно, у нас есть Сколково, с успехами в коммерциализации научных разработок, но и вложено в него было беспрецедентно – и господдержки, и финансов. Понятно, что подобный опыт надо масштабировать, не ограничиваясь только показательными технопарками. Россия пока находится в пятом десятке всемирного рейтинга инноваций, при том, что показатели уровня науки, образования, человеческого капитала неплохие. Подводит процесс управления инновациями и организация коммуникаций.

🔺Это отлично понимают на Владимирском химическом заводе, старейшем в стране предприятии химпрома. Тут это не мода, а требование времени. Сейчас холдинг ВХЗ.31 организует инновационный кластер на своей территории. Потенциальные участники кластера должны быть связаны с химической индустрией и полимерами, а ВХЗ предоставит территорию, производственную базу, бухгалтерскую и юридическую поддержку, материалы и компоненты, возможность пользоваться прекрасно оснащенной R&D лабораторией. О технических подробностях партнерства писали тут.

#химия_наука #суперматериал #эластомеры

Новые эластомеры с улучшенными свойствами 🔎

💪🏼Полимерные материалы повреждаются от механических воздействий, а ученые хотят, чтобы они восстанавливались, как живые ткани. В Японии синтезировали беспрецедентный механореактивный полимер. Это полиуретановый эластомер, который реагирует на приложенную силу почти как мышца: делается прочнее и изменяет цвет деформированного участка.

🔄В Китайской академии наук тоже воссоздавали свойства мышц и синтезировали полиуретан с донорными и акцепторными группами. Благодаря обратимой самосборке донорно-акцепторных элементов материал выдерживает сотни циклов напряжения и расслабления. Ученые заявили об отличных показателях растяжимости и самовосстановления.

📈Разработка таких материалов в тренде – они востребованы производителями электроники, которые видят будущее за гибкими устройствами. Дивайсы стремятся стать невесомыми, интегрированными в одежду или присоединенными прямо на кожу человека.

#химия_реакции #химия_наука

Крепкий союз🤝

☕️Отметим окончание последнего рабочего дня зимы напитком двойной бодрости: кофе с виски – вариант со сливками «по-ирландски», – или с коньяком. Кофеин продлевает действие алкоголя, препятствуя замедлению реакций мозга, так что это сочетание – тяжелая артиллерия. Но ученые и тут времени не теряют и делают открытия, сравнивая пятна от этих двух ударных напитков.

🥃В Принстоне выяснили, почему виски, высыхая, не оставляет таких колец, как кофе. Оказалось, что причина – в жироподобных молекулах и растительных полимерах. Они снижают поверхностное натяжение и вызывают прилипание. Потому виски не растекается, как кофе, который оставляет круги, быстрее испаряясь по краям. На видео – эксперимент по испарению виски с флуоресцентными маркерами. Ученые говорят, что используют результаты исследования для проектирования промышленных покрытий и чернил для 3D принтеров.

#химия_наука #инновации #суперматериал #эластомер

Новый умный материал захватывает предметы 🤜

🦑Мягкие роботы – актуальный тренд робототехники. Они имитируют свойства живых тканей и напоминают беспозвоночных или мышцы. Нужны в медицине, для безопасного взаимодействия с людьми, исследования океана и космоса. Одного мы уже рассматривали. Чтобы мягкие роботы могли реагировать на внешние воздействия, нужны особые материалы.

🏓Китайские ученые разработали принципиально новый. Он состоит из трех слоев. Нижний – жидкокристаллический эластомер, строение которого зафиксировано фотополимеризацией. Средний – из сплава галлия и индия, жидкого при комнатной температуре, притянутый к нижнему магнитом. Верхний – силиконовая пленка с термохромным веществом, меняющим цвет при нагревании. Получился захват, который активируется, когда предмет упирается в его центр.

📈Мягкие роботы еще далеки от коммерциализации, но имеют большой потенциал: по прогнозам, к 2024 году их рынок достигнет $2,16 млрд.

#химия_наука #материаловедение

Всё течёт, всё изменяется🌊

💦Ученые открыли новое состояние вещества – жидкое стекло. С точки зрения науки, стекло – аморфное твердое тело, и, хотя в быту мы привыкли называть стеклом материал из кварцевого песка, им может быть и пластик с подобной структурой – случайной, без кристаллической решетки.

🔬Почему молекулы стекла не располагаются стройными рядами? Чтобы это исследовать, ученые смешали пластиковые частицы диаметром от 1 до 10 мкм с растворителем, получив коллоид. Коллоиды могут образовывать стекло, и их легко изучать, потому что частицы крупнее и их можно наблюдать под микроскопом.

🥚Такие эксперименты не новы, но раньше их проводили со сферическими частицами. Теперь взяли частицы эллипсоидной формы, чтобы видеть их вращение и перемещение. Когда частицы сформировали стекло, получилась жесткая структура, в которой они не могли вращаться, но могли двигаться вперед и назад, то есть были, по сути, в жидком состоянии.

#химия_наука #инновации #суперматериал

Новый материал, снижающий трение, вдохновлен змеиной кожей🐍

✅Живая природа часто помогает в решении технических проблем. Американские исследователи искали способ снизить трение – в наших любимых мягких роботах или носимых гибких датчиках традиционные смазочные материалы не применить. А вот у змеи и гибкость отличная, и трение кожи низкое.

🔎Верхний слой чешуйки змеиной кожи очень твердый, он похож на кератин. А к низу чешуя становится мягче и внизу наиболее мягкая. Эта комбинация твердого поверх мягкого и обеспечивает гибкость и низкое трение.

⚗️Как змеиную кожу воспроизвели в лаборатории? За основу взяли полидиметилсилоксана (ПДМС), эластичный материал, используемый в медицинских технологиях. Разработали инструмент межфазной полимеризации твердое тело — жидкость (SLIP) и с его помощью наложили на основу тонкий чешуйчатый слой синтетического материала. С таким слоем материал скользил даже под небольшим уклоном – так что ученые на верном пути.