Ученые решили попробовать добавить в полимер вместо нанотрубок чешуйки графена (слои углерода толщиною в один или несколько атомов). У этого весьма популярного в последнее время материала тоже великолепная прочность и он даже лучше нанотрубок проводит тепло и электрический ток. Кроме этого, графен гораздо легче получать отшелушиванием от куска графита, а поскольку размеры мятых чешуек обычно больше микронов, их проще, чем нанотрубки равномерно распределять по образцу.
Результат превзошел все ожидания. Лишь пять сотых процента мятых листочков графена улучшили термостабильность популярного полимера полиметилметакрилата на 30 градусов.
Одной сотой процента добавок графена оказалось достаточно, чтобы на треть улучшить жесткость материала, что пока не может объяснить ни одна из теорий. На 20-80 процентов улучшаются и другие механические свойства. Кроме того, листочки графена серьезно препятствуют диффузии газов и влаги сквозь материал. Углеродные нанотрубки оказались побиты почти по всем показателям, а полимеры с добавкой графена теперь стали первым кандидатом на использование везде, где важна прочность и легкость конструкции:от изготовления спортивного снаряжения и корпусов мобильных устройств до самолетов и спутников.
А пока ученые сосредоточились на изучении электрических свойств новых графеновых композитов. Также заманчиво получить описанным способом прозрачные, прочные, дешевые и хорошо проводящие пластики. И для оптимизма теперь есть самые серьезные основания. ГА
Научная кухня
Ученым из Гарвардского университета и исследовательского центра международной корпорации Unilever впервые удалось взбить рекордно устойчивую нанопену, которая больше года сохраняет свои свойства. Пену приготовили с помощью самого обыкновенного бытового миксера из смеси сиропа глюкозы, стеарата сахарозы и воды.
Идея этой работы родилась три года тому назад, когда на одной из конференций гарвардские ученые услышали доклад доктора Родни Би (Rodney Bee) из Unilever. Перед ним стояла сугубо практическая задача продления жизни всевозможных пен, лежащих в основе разнообразных "взбитых" продуктов вроде мороженого или майонеза. Доклад поразил теоретиков, которые впервые увидели фотографии пузырьков размером менее микрона с явным рисунком из загадочных пяти-семиугольников на поверхности.
Ученые хорошо понимали, что такого просто не может быть!
Дело в том, что изготовить, а главное, сохранить пену из мелких пузырьков очень трудно. Чем меньше пузырек, тем больше кривизна его поверхности, существеннее роль сил поверхностного натяжения и выше давление в пузырьке. Поэтому мелкие пузырьки стремятся слиться друг с другом или с более крупными, и этот процесс коалесценции быстро разрушает пену. Чтобы избежать взаимопоглощения пузырьком, к пене добавляют различные поверхностно-активные вещества, которые отнюдь не всегда улучшают вкус и другие потребительские качества продуктов. Так, методом проб и ошибок и искали рецепты продления жизни пены в лабораториях Unilever.
Несколько лет серьезных исследований не прошли даром.
Ученым удалось понять, каким образом пузырьки в пене приобретают устойчивость. Были подобраны новые нерастворимые поверхностно-активные вещества, которые сами организуются в стабильные шестиугольные наноструктуры размером около 50 нм.
Эти структуры затем кристаллизуются на поверхности пузырьков и становятся практически непроницаемы для воздуха. Именно они придают пузырькам эластичность и беспрецедентную устойчивость.
Результаты этой работы пригодятся не только для производства продуктов питания. Пены и смеси различных газов и жидкостей активно используют во многих отраслях промышленности и других приложениях, от медицины до тушения пожаров. ГА
Алисии повезло
9 января молодой астрофизик Алисия Содерберг (Alicia Soderberg) занималась рутинным делом — наблюдала с помощью орбитального рентгеновского телескопа Swift за послесвечением одной из сверхновых звезд, которая взорвалась примерно за месяц до этого. Как вдруг в поле зрения телескопа попал новый мощный всплеск излучения…
В прошлом году Алисия защитила диссертацию по сверхновым и хорошо понимала, что вероятность того, что в одной и той же галактике в течение одного месяца вспыхнут сразу две сверхновые, очень мала — около одной десятитысячной. Хотя одиночные взрывы случаются нередко — каждый год даже в нашем уголке мироздания их регистрируют несколько сотен. Сначала Алисия решила, что вспышка никак не связана с предметом ее научных исследований. Однако вскоре она увидела на экране монитора все признаки взрыва и поняла, что ей сильно повезло. Посоветовавшись с напарником, Алисия немедленно направила восемь других наземных и космических телескопов, которые были в распоряжении их команды, чтобы впервые детально изучить самое начало взрыва.
Супернову назвали SN 2008D. Астрономы выделяют несколько типов сверхновых звезд и разные сценарии их эволюции и взрывов. И хотя компьютерные модели этих процессов детально разработаны и неплохо согласуются с наблюдениями, все же пока это только модели, и для их всесторонней проверки, особенно на начальных стадиях, данных недостаточно.
SN 2008D относят к типу Ibc. По-видимому, такие сверхновые рождаются из массивных и горячих звезд вроде звезд Вольфа-Райе. По мере выгорания ядерного горючего большой звезды ее внутренность приобретает слоистую, похожую на лук структуру с тяжелыми элементами вроде железа в центре и со все более легкими элементами по мере приближения к поверхности. С поверхности такого светила перед самым взрывом должен дуть сильный звездный ветер. Наконец, поддерживаемое высокой температурой реакций синтеза ядер давление внутри звезды уже не может противостоять гравитации. Часть внутренностей отрывается от оболочки, падает на тяжелый центр и, частично отскакивая от центра, рождает ударные волны, которые толкают оболочку звезды с огромной скоростью в разные стороны. Разлет вещества порождает регистрируемые на Земле мощные вспышки рентгеновского, оптического, гаммаи радиоизлучения.
К сожалению, новые наблюдения мало что прояснили в механизме взрыва сверхновой. Единственное, что удалось хорошо оценить, — это энергию и продолжительность рентгеновской вспышки, которые оказались необычайно велики. Гораздо интереснее, конечно, было бы понаблюдать за звездой за некоторое время до ее взрыва. Однако пока ученые не могут предвидеть, как, где и когда вспыхнет сверхновая. Кроме того, особый интерес представляют возможное при взрывах сверхновых образование потоков нейтрино и гравитационных волн, предсказываемое общей теорией относительности. Но их надежная регистрация это отдельная большая проблема.
Возможно, в преодолении многих трудностей смог бы помочь специальный рентгеновский телескоп, который будет следить сразу за всем небосводом и автоматически направлять другие телескопы туда, где была замечена вспышка. Таким образом удалось бы набрать хорошую статистику по начальным стадиям взрыва сверхновых и как следует разобраться с имеющимися на сей счет теориями. А пока ученым остается работать с имеющимся оборудованием и по-прежнему надеяться на счастливый случай. ГА
В Греции все есть
Важных результатов на пути к созданию полупроводниковых лазеров и светодиодов нового поколения удалось добиться ученым из Критского университета. Там впервые создан поляритонный светодиод с электронной накачкой, работающий при не слишком низких температурах.
История развития полупроводниковых диодов и лазеров длится без малого полвека. За это время было придумано, изготовлено и доведено до совершенства множество самых разных устройств, но основной принцип излучения света в большинстве из них всегда оставался неизменным. Фотон в полупроводниковом диоде или лазере испускается при аннигиляции электрона и дырки. Разумеется, встречается и экзотика вроде полупроводниковых лазеров на квантовых каскадах, но они погоды не делают.
А поскольку из обычного механизма испускания света полупроводником уже выжали практически все что можно, ученые давно присматриваются к другим возможностям. И одно из интересных направлений радикального улучшения диодов и лазеров — это использование поляритонов. Поляритонами обычно называют составные квазичастицы, объединяющие в себе фотон и квант возбуждения среды. В полупроводниках такими квантами являются экситоны — пары из электрона и дырки. То есть поляритон — это довольно экзотический тройственный союз фотона, электрона и дырки.
Поскольку поляритон уже наполовину свет и ему гораздо легче, чем экситону, окончательно превратиться в фотон, теория обещает, что поляритонные лазеры должны обладать массой замечательных свойств. Это и большая эффективность, высокое быстродействие, низкий порог лазерной генерации и целый ряд других полезных характеристик. Но в то же время поляритон весьма нежная частица, которую легко развалить тепловым шумом. Поэтому досих пор эксперименты с поляритонными излучателями проводились при очень низких температурах. Кроме того, в экспериментах поляритоны, как правило, возбуждали с помощью накачки другим лазером. Эти два неудобства сразу сводят на нет всякую выгоду от применения поляритонных устройств.
