News image News image News image News image News image News image News image News image


Замораживание без охлаждения
Нанотехнологии в технике - Технологии

замораживание без охлаждения

В век глобализации голландская наука сохраняет национальные особенности

С помощью триболевера можно измерять силу, с которой на острие инструмента действует каждый отдельный атом на поверхности графитового образца. Еще три года назад немецкий физик Мартин Динвибель, работавший в сотрудничестве с голландцем Йостом Хенкеном в Лейденском университете, в экспериментах с триболевером обнаружил принципиально новое физическое явление — полное исчезновение силы трения на поверхности графита. Это явление получило название сверхскольжения. Фото с сайтаЛейденского института физики

Бес – в деталях!

То что у науки есть «национальное измерение», было впервые в явном виде провозглашено в начале ХХ столетия французским химиком, увлекшимся однажды философией, Пьером Дюэмом. Дюэм, в частности, писал о широком уме англичан и узком уме французов, о склонности немецких ученых к построению теорий, а английских – к конструированию моделей изучаемого явления. Материалом для размышлений Дюэма стали работы немецких, английских и французских ученых – представителей ведущих научных держав мира в XVII–XIX веках. Заметим, однако, что в XVII–XVIII веках к ведущим научным державам можно было причислить еще одну страну – Нидерланды. Чем прославили свою страну голландские ученые? Допустимо ли вообще говорить о «национальном измерении научного знания» применительно к маленькой Голландии?

Оставляя за скобками титаническую фигуру Христиана Гюйгенса, отметим, что в активе голландской науки первые зрительные трубы Захария Янсона, микроскопы (и многочисленные микроскопические открытия ) Антони ван Левенгука, знаменитый опыт с ивой Ян Баптиста ван Гельмонта, лейденская банка Питера ван Мушенбрука, «Библия природы» Яна Сваммердама. Левенгук достиг совершенства в изготовлении двояковыпуклых линзочек диаметром в один миллиметр, ван Гельмонт пять лет выращивал в горшке иву, каждый день тщательно измеряя количество использованной для полива воды. Биолог Ян Сваммердам прославил свое имя необычайно детальным описанием собранной им коллекции из трех тысяч насекомых. Уместно вспомнить и стремление голландских математиков к максимально точному определению числа пи (в 1596 г. Людольф ван Цейлен публикует свой результат, долго остававшийся самым лучшим – число пи с 20 десятичными знаками).

По словам историка голландской науки Харальда Кука (Harald Cook), «как в искусстве, так и в науке Нидерландов выяснение деталей само по себе стало чрезвычайно значимым, эти детали не только позволяли передать полезную информацию, но и выполняли функцию наставления… А анатомы и физики постоянно заявляли, что их деятельность способствует осознанию моральных ценностей. Сваммердам, к примеру, считал, что мудрость Бога может быть осознана через тщательное исследование анатомии вши».

В полном соответствии с традициями свой страны действовал в конце XIX столетия руководитель физической лаборатории Лейденского университета профессор Каммерлинг-Оннес. Выдвинутый им девиз «Через измерения - к знаниям» стал широко известен, и именно прецизионные измерения привели Каммерлинг-Оннеса к его знаменитому открытию жидкого состояния у гелия, удостоенному в 1913 г. Нобелевской премии, а потом и к открытию явления сверхпроводимости.

Однако с тех пор многое поменялось. Наступили времена глобализации. Голландские ученые все чаще едут работать за границу, голландские студенты все чаще получают там свое образование. Может ли в таких условиях сохраниться своеобразный национальный стиль, если нация, о которой идет речь, это не Северная Корея? И все же специфическое голландское внимание к деталям нет-нет да и даст о себе знать. Один из самых свежих примеров – открытие «твердой воды» физиками Лейденского университета.

Бес на кончике иглы…

В романе Курта Воннегута «Колыбель для кошки» рассказывается о том, как американский физик Хоннекер открывает новое состояние воды – лед-9. У большинства веществ кроме четырех привычных агрегатных состояний – твердое, жидкое, газообразное и плазма – есть и другие фазовые состояния, количество которых может оказаться весьма велико. Например, углерод в твердом состоянии может быть графитом, а может быть алмазом, причем температуры плавления у графита и алмаза, разумеется, разные. Хоннекер обнаружил, что нечто подобное происходит и со льдом. Обычный лед, как известно, плавится при нуле градусов по Цельсию, но лед-9 остается твердым и при комнатной температуре. Дети Хоннекера использовали открытие своего отца без должной осторожности, что привело к глобальной катастрофе – все вода на земле отвердела, превратившись в лед-9.

Конечно, все это не более чем метафора. Лед-9 существует только в художественном воображении Курта Воннегута. Хотя, как знать… В статье, опубликованной в авторитетном научном журнале «Physical Review Letters» (Vol. 96, Art. # 166103) профессор лаборатории им. Каммерлинг-Оннеса Йост Френкен описывает открытое им со своими сотрудниками состояние «твердой воды» (или «теплого льда»), возникающее в результате перехода воды из жидкого состояния в твердое при комнатной температуре. Происходит это превращение, однако, при весьма специфических условиях – когда острие вольфрамовой проволоки касается поверхности графита.

Почему вообще лейденские физики решили изучать свойства воды в столь экзотических условиях? Физикам было известно, что при соприкосновении твердых тел контакт происходит не по всей поверхности; непосредственно соприкасаются лишь микроскопические выпуклости на этих поверхностях. В точках соприкосновения конденсируются водяные пары и образуются микроскопические «капиллярные мостики». Мостики повышают прочность контакта и вода из смазки становится клеем. Бурное развитие нанотехнологий (и в первую очередь наномеханических устройств) сделало тему «капиллярных мостиков» весьма актуальной, и именно поэтому было решено исследовать процесс в деталях.

Детали удалось выяснить с помощью специального очень чуткого сенсорного датчика, триболевера. Триболевер регистрирует сверхмалые изменения действующих на него сил – вплоть до 20 пН (это сила, с которой притягивается к земле груз массой 2.10-9 г). Это можно сделать, например, регистрируя возникающие в датчике деформации с помощью пьезорезистивного эффекта – то есть, электроизмерительными методами. Подобные сенсорные датчики – неотъемлемый элемент атомно-силовой микроскопии, и. соответственно, любого значительного нанотехнологического исследования. К датчику присоединили вольфрамовую иглу, конец которой передвигали вдоль поверхности графита сверхвысокой степени чистоты. Между концом иглы и поверхностью графита образовывались, как и следовало ожидать, микроскопические (правильнее сказать, наноскопические) водяные мостики. Неожиданным было то, что мостики (при комнатной температуре!) вели себя не как жидкость, а как твердое тело. Удивительное состояние «твердой воды» характеризуется крайне невысокой устойчивостью: время жизни наномостиков не превышает нескольких секунд.

Теоретикам, в отличие от Курта Воннегута, не удается пока объяснить, как вода может перейти в твердую фазу при комнатной температуре, и в этой ситуации лейденские физики стремятся извлечь максимум возможного из наблюдений и экспериментов: они выясняют, в частности, что происходит с мостиками из отвердевшей воды при изменении температуры и скорости перемещения иглы. А также – если вместо вольфрама и графита используются иные материалы. Тщательное и детальное экспериментальное исследование остается, как и три столетия назад, главным орудием голландских физиков в изучении Природы.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

Искусство в чашке Петри

News image

Яблочное дерево, флуоресцентный Марио - всего лишь некоторые из шедевров творческих микробиологов. Это, подобное цветку, изображение яв...

Защита от биологического и химического о

News image

Нанокомпании уже несколько лет подряд совершенствуют системы защиты от химического и биологического оружия.Только 2002 году пр...

Наночастицы и новые свойства известных м

News image

Развитие нанотехнологий ведет к появлению множества материалов, содержащих наноразмерные частицы. В настоящее время объем промышленного пр...

Самовоспроизводящиеся материалы

News image

В природе организмы способны к воспроизводству, но человеку пока не удавалось создать искусственный материал, который мо...

Космические каскады. Трехкаскадные арсен

News image

В космических аппаратах применяют два вида солнечных батарей – кремниевые и арсенид-галлиевые на германиевой подложке. Пе...

Истинные истребители в пятом поколении

News image

Выполнению боевой задачи способствует изворотливость, умение прятаться и действовать по обстоятельствам. Ради таких качеств можно со...

Нанокатализатор FABEROX в топливе для ав

News image

Постоянно возрастающие экологические и энергетические требования к автомобильной технике (стандарты Евро-3, Евро-4 и Евро-5) заставляют ра...

Honda совершает научный прорыв в области

News image

Стало известно, что компания Honda, совместно с учеными Университета Пурду (Purdue University) и Университета Луисвилла (U...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Нанотрубки научились получать в промышленных масштабах

Углеродные нанотрубки, основу для сверхпрочных материалов, можно будет получать в промышленных масштабах: благодаря изобретению американских химиков их стоимость заметно снизится. Нанотрубка – ...

Новый метод создания электродов для измерения свойств н

Ученые, изучающие физические явления на наноуровне, хорошо знают, что «припаять» контакты к единичной органической молекуле зачастую намного сложнее, чем синтезировать са...

Kyosemi использует в солнечных ячейках фотодиоды шарооб

На 2-ой Международной выставке по генерации электроэнергии с помощью фотовольтаических приборов (Second International Photovoltaic Power Generation Expo), проходившей 27 – 29...

Обои смогут защитить здание от повреждений

Berry Plastics в сотрудничестве с Army Corp of Engineers разработала новые обои, которые способны защитить здания от повреждений. Обои под на...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.