Удивительные наноленты оказались прочнее стали
рубрика: наука
Исследователи заставили молекулы вещества самостоятельно собираться в наноматериал, который по прочности превосходит сталь. Новое вещество может подарить человечеству продвинутую электронику, сверхэффективные фильтры для воды и многое другое.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.
Уже несколько десятилетий учёные следуют примеру живой природы, осваивая производство материалов методом самосборки. Его суть в том, чтобы создать условия, при которых молекулы сами организуются в нужную структуру. Обычно этот процесс происходит в воде.
Новые наноленты прочнее стали, но это не единственное их достоинство. Иллюстрация Peter Allen/MIT.
Однако получаемые материалы, как правило, очень нестойки и легко разрушаются, стоит удалить воду или приложить к ним механическое напряжение (проще говоря, их легко разорвать).
Теперь же исследователи из США и Франции создали подобный материал, который по прочности превосходит сталь. За основу они взяли арамиды – соединения, известные своей прочностью. Например, кевлар, из которого делают бронежилеты, – это арамидное волокно.
Сконструированные специалистами молекулы, содержащие арамид, имеют особую структуру. Одна сторона молекулы стремится к контакту с водой, а другая, наоборот, избегает его. За счёт этого молекулы соединяются друг с другом в ленты нанометровой толщины длиной до 20 микрометров. И эти ленты не разрушаются, когда из системы удаляют воду. Более того, они обладают огромной прочностью на разрыв: 1,9 гигапаскаля. По этому показателю они превосходят сталь.
Но авторы новой работы не остановились на этих выдающихся достижениях. Они разработали технологию, при помощи которой эти ленты объединяются в нити уже макроскопической длины. Подобные нити также весьма прочны: они выдерживают вес, который в 200 раз превосходит их собственный.
Но главное их достоинство – даже не прочность, а огромная площадь поверхности. Ведь они состоят из множества нанолент. Каждый грамм такого материала имеет площадь поверхности двести квадратных метров (!). Такие параметры материала позволяют использовать его для создания высокоэффективных фильтров. Ведь фильтрация жидкости или газа происходит через поверхность материала.
В связи с этим авторы разработали новую модификацию своих нанолент. Теперь их поверхность содержит молекулы, связывающие токсичные металлы: мышьяк и свинец. Из такого материала можно делать фильтры, очищающие воду.
Кроме того, новый материал может стать основой новой электроники, в том числе аккумуляторов.
