Архив

В начале 1980-х годов французский физик Ж. Муру вместе со своей канадской сотрудницей Д. Стрикленд решили проблему падения мощности путем разнесения во времени и пространстве процессов усиления и сжатия: метод получения сверхмощных чирпированных лазерных импульсов (CPA – chirped pulse amplification). Приведены краткие биографические сведения Муру и Стрикленд. Нобелевская премия по физике за 2018 г. присуждена «за новаторские изобретения в области лазерной физики»: Артуру Исидоровичу Ашкину (Ашкинази, родился 02.09.1922, США) – половина премии «за оптические пинцеты и их применение в биологических системах»; Жерару Альберу Муру и Донне Тео Стрикленд (третья женщина, удостоенная Нобелевской премии по физике) (по четверти премии) «за метод генерации высокоинтенсивных ультракоротких оптических импульсов». Теперь все лазеры построены на новом принципе: после усилителей размещают компрессор из дифракционных решеток. Вместо простого усиления импульс сначала раскладывается на спектральные компоненты, разнесенные во времени, затем они усиливаются по отдельности, потом снова собираются в единый импульс. В каждый момент времени усиливается только часть импульса, а не весь импульс целиком, что позволяет достичь гораздо более высокой пиковой интенсивности лазерного светового потока.

Проведено комплексное исследование закономерностей окисления азотной кислотой многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) разных типов, отличающихся по геометрическим параметрам (диаметр, длина, удельная поверхность). В разных экспериментах варьировались продолжительность окисления, концентрация азотной кислоты и расход HNO3 на 1 г МУНТ. Методами ИК- и рамановской спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии установлены качественный состав формирующихся кислородсодержащих функциональных групп и изменения, происходящие с графеновыми слоями нанотрубок. Общее содержание кислорода в образцах определялось методом энергодисперсионного анализа. Степень функционализации МУНТ функциональными группами кислотного характера определена титрованием по Боэму. Осуществлялся ренгеноструктурный анализ полученных образцов, и проводилась оценка их удельной поверхности. Определено, что наиболее серьезные изменения в степени функционализации происходят в течение первых 1–3 часов окисления. В этот промежуток времени достигаемые значения степени функционализации определяются, главным образом, формой графеновых слоев МУНТ. При 7–10-часовой обработке независимо от исходных параметров МУНТ имеют степень функционализации в интервале 0,5–0,7 ммоль/г. На начальном этапе окисления происходит удаление аморфной фазы. Использование разбавленных растворов азотной кислоты не позволяет получить окисленные нанотрубки с высокой степенью функционализации. Целесообразным является снижение расхода 65%-й HNO3 до 40 мл на 1 г МУНТ.

Представлены результаты экспериментов по формированию наноструктур при воздействии фемто- секундного лазерного излучения на углеродные образцы при температурах жидкого азота. Для исследования процессов лазерного воздействия на образцы высокоориентированного пиролитического графита и стеклоуглерода в жидком азоте использованы две фемтосекундные лазерные системы: титан-сапфировая лазерная система с длиной волны 800 нм, длительностью импульсов 50 фс, энергией 1 мДж, частотой повторения 1 кГц; иттербиевая лазерная система с длиной волны 1030 нм, длительностью импульсов 280 фс, энергией 150 мкДж, частотой повторения 10 кГц. Для проведения экспериментов собраны криостаты, в том числе с возможностью наблюдения процесса воздействия. В результате воздействия лазерного излучения на поверхности обработанных углеродных образцов получены листы отслоенного графена различных размеров и формы (листы, ленты, скомканный графен), а также наноструктуры в виде нанопиков. Предложены механизмы эксфолиации графена при фемтосекундном лазерном воздействии в жидком азоте, заключающиеся в интеркалировании и дальнейшем нагреве молекул азота в межплоскостное пространство графита. Приведены возможности дальнейшего развития исследований и развития технологий формирования графена с помощью лазерного излучения.

Проблема модификации углеродных нанотрубок (УНТ) функциональными группами актуальна в связи с интенсивным развитием наноиндустрии, в частности, нано- и микроэлектроники. Так, например, модифицированная нанотрубка может быть использована в качестве элемента сенсорного устройства для обнаружения микроколичеств различных веществ, в частности металлов, входящих в состав солей и щелочей. В работе обсуждается возможность создания высокоэффективного сенсора, использующего в качестве чувствительного элемента однослойные углеродные нанотрубки, поверхностность которых модифицирована функциональной нитрогруппой —NO2. Выполнены квантово-химические исследования процесса присоединения нитрогруппы к внешней поверхности однослойной УНТ типа (6, 0), доказавшие возможность модифицирования УНТ и образование связи между группой —NO2 и атомом углерода поверхности нанотрубки. Представлены результаты компьютерного моделирования процесса взаимодействия поверхностно-модифицированной углеродной нанотрубки с атомами щелочных металлов (литий, натрий, калий). Исследовано сенсорное взаимодействие модифицированной углеродной наносистемы с выбранными атомами металлов, доказавшее возможность проведения идентификации этих атомов с использованием нанотубулярной системы, которая может выступать в качестве элемента сенсорного устройства. При взаимодействии с атомами щелочных металлов в комплексе «УНT – NО2» увеличивается число основных носителей, обусловленное переносом электронной плотности от атомов металла к модифицированной УНТ. Результаты, излагаемые в данной статье, получены с использованием модели молекулярного кластера и расчетного метода DFT c обменно-корреляционным функционалом B3LYP (валентно-расщепленный базисный набор 6-31G).

В настоящее время мягкие гидрогели с антимикробными свойствами находят широкое биомедицинское приложение в качестве перевязочных и ранозаживляющих средств. В настоящей работе совместным электрическим взрывом железной и медной проволочек в атмосфере аргона получены наночастицы Cu–Fe с различным соотношением компонентов. Биметаллические наночастицы имели четкую границу раздела железной и медной фаз на уровне частицы. Наночастицы Cu–Fe обладали высокой антибактериальной активностью в отношении широкого бактериального спектра. В связи с пылением и уносом наночастиц для удобства биомедицинского применения созданы композиции на основе нетоксичных биосовместимых полимеров – поливинилового спирта, полиакриловой кислоты и полиакриламида. Суспензию наночастиц предварительно обрабатывали ультразвуком в течение 5 минут при частоте 22,4 кГц. В качестве стабилизатора наночастиц использовали поливиниловый спирт. Стабильность суспензии исследовали седиментационным методом. Полученные композиции эффективно подавляли рост бактерий Escherichia coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus ATCC 6538, устойчивых к метициллину Staphylococcus aureus ATCC 43300 (MRSA) и Pseudomonas aeruginisa ATCC 9027.

Катализаторы окисления монооксида углерода синтезированы нанесением платины на плазмохимический нитрид титана (TiN). Порошки TiN со средним размером частиц 18 и 36 нм получены водородным восстановлением тетрахлорида титана в потоке микроволновой азотной плазмы. Поверхность катализаторов исследовалась методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Анализ полученных материалов указывает на наличие оксинитрида как переходного слоя между нитридом и оксидом на поверхности катализаторов. Обнаружено, что скорость окисления СО на катализаторах TiN с добавкой 9 – 15 мас. % Pt в 120 раз выше, чем на платиновой саже с удельной поверхностью 30 м2/г при комнатной температуре. Увеличение скорости реакции окисления СО на катализаторах Pt/TiN по сравнению с платиновой сажей может быть связано как с увеличением концентрации адсорбированных молекул СО, так и с уменьшением энергии активации реакции. Полученные катализаторы перспективны для использования в системах каталитической очистки воздуха.

Предлагаемый обзор представляет собой систематический анализ современных методов и подходов к характеристике и оценке структуры фторированных полимеров, которые нашли широкое применение в качестве материалов для химических процессов, химически стойких компонентов и покрытий, фармацевтической и электрической упаковки, биомедицинского оборудования и т.д. Химический состав полимеров (содержание фтора, его распределение внутри фторированных материалов, химические связи, наличие кислородсодержащих групп) существенно влияет на эксплуатационные свойства (химическая стойкость, адгезионные, когезионные, оптические, диэлектрические, термические, барьерные, газовая проницаемость) конечных полимерных продуктов. Следовательно, особенно важно связать появление специфических особенностей с присутствием фтора в химической структуре полимера с помощью соответствующих аналитических методов. А именно, сосредоточились на спектральных (ИК, УФ-видимая, ЯМР, XPS, ЭПР), химических (элементный анализ), масс-спектроскопических (ВИМС) и микроскопических (АСМ, SEM-EDX) методах, рассматривая их основные возможности и ограничения для углубленной характеристики фторсодержащих полимеров.