Физики придумали очень тонкий тёплый лёд

Если в поверхность алмаза внедрить ионы натрия, на ней тонкий слой льда не растает даже при температуре человеческого тела.
Иллюстрация четырёх нижних слоёв льда на модифицированной алмазной поверхности. Зелёным показаны атомы углерода, синим — ионы натрия, красным и белым молекулы воды. Расстояние между слоями (разделены пунктирными линиями) 3,7 ангстрема (иллюстрация Harvard University).
Иллюстрация четырёх нижних слоёв льда на модифицированной алмазной поверхности. Зелёным показаны атомы углерода, синим — ионы натрия, красным и белым молекулы воды. Расстояние между слоями (разделены пунктирными линиями) 3,7 ангстрема (иллюстрация Harvard University).
Александр Висснер-Гросс (Alexander Wissner-Gross) и Эфимиос Кахирас (Efthimios Kaxiras) из Гарвардского университета (Harvard University) создали компьютерную модель, которая выдала такие результаты.

Учёным и ранее удавалось стабилизировать очень тонкие пласты льда (нанодиапазон) при комнатной температуре различными способами. В данном случае лёд – это упорядоченная структура, а его таяние – процесс разупорядочения молекул воды. Но нынешнее теоретическое исследование показало, как данное явление можно применить в практических целях.

Как пишут в своей статье учёные (она опубликована в журнале Physical Review E, её полную версию вы найдёте здесь, PDF-файл, 433 килобайта), такое ледяное покрытие поможет имплантатам лучше прижиться в организме.

Поясним. Часто для защиты имплантатов (сердечного клапана, различных суставных протезов) используется алмазное покрытие, прежде всего из-за своих износоустойчивых свойств. Однако есть у него и недостатки: алмаз способствует свёртыванию крови и истиранию окружающих тканей (способствует больше, чем такие материалы, как титановые сплавы и нержавеющая сталь).

Если же поверхность алмаза химически модифицировать, то нанесённый на неё ледяной слой не растает даже при температуре человеческого тела и небольшом внешнем давлении. Пластичные и гидрофильные слои льда, поддерживаемые в таком состоянии с помощью столь необычного физического явления, предохранят алмазное покрытие от адсорбции протеинов, а окружающие ткани — от истирания.

Висснер-Гросс и Кахирас изучили все существующие методы стабилизации льда на различных поверхностях и пришли к выводу, что лучше всего для сохранения льда при высоких температурах (выше 0 по Цельсию) подходит алмаз.

У него гидрофильная поверхность, он выращивается в различных поликристаллических модификациях (образцы алмазного покрытия можно вырастить достаточно большими по площади), он не подвергается коррозии. И самое главное — у него минимальное рассогласование параметров кристаллической решётки (всего 2%) с самой распространённой модификацией льда, кристаллизующейся в гексагональной структуре.

Учёные создали компьютерную модель и рассмотрели, как влияет на структуру поверхностного льда подложка из алмаза, в которой часть атомов заменена на ионы натрия (натрий также был выбран неслучайно, подробности читайте в статье).

Модель показала, что взаимодействие ионов натрия и молекул воды противодействует таянию и позволяет сохранить лёд на поверхности даже при комнатной температуре (25 градусов Цельсия). Толщина такого слоя, правда, небольшая — всего 2,6 нанометра (2,2 нанометра при 37 градусах Цельсия), но этого вполне достаточно для создания биологически-совместимого покрытия для находящейся ниже алмазной структуры. Причём средняя температура плавления льда на модифицированной поверхности (она также зависела от ряда условий) оказалась равной 41 градусу Цельсия.

Видео, показывающее, как меняется поведение молекул воды в зависимости от подложки и параметров внешней среды (температуры, например), вы можете посмотреть вот тут (файл MOV, 5,4 мегабайта).

Собственно, заключение о том, происходит ли плавление (таяние) льда или нет, учёные делали, изучая изменение параметра Линдеманна (Lindemann parameter), который они рассчитывали по данным, выдаваемым компьютерной моделью. Если этот параметр сразу после начала моделирования происходящих процессов резко возрастал, то это означало, что структура воды разрушается (лёд тает). Если же его значение не изменяется, то структура стабильна и вода остаётся на поверхности в "замороженном" состоянии.

Кроме того...
OTTO – позволяющий услышать неслышимое
Помните, как в детстве мы...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Разработана батарейка, работающая на воде
Разработана батарейка, работающая на воде Разработана батарейка, работающая на воде
Новый элемент питания был создан японской компанией Aqua Power System. Работает новинка в буквальном смысле на воде
Рисунок из наночастиц
Рисунок из наночастиц Рисунок из наночастиц
Учёные из IBM разработали процесс печати детализированных растровых изображений, использующий чернила с наночастицами
Halluc II ходит на колёсах и ездит на ногах
Halluc II ходит на колёсах и ездит на ногах Halluc II ходит на колёсах и ездит на ногах
Колёсные средства передвижения хороши, но для колёс всё-же нужны дороги
Колесо Airtrax едет в любую сторону
Колесо Airtrax едет в любую сторону Колесо Airtrax едет в любую сторону
Перед нами погрузчики и транспортные тележки, которые могут двигаться в любом направлении, не разворачиваясь
Трёхмерные образы выросли из скоростного зеркала
Трёхмерные образы выросли из скоростного зеркала Трёхмерные образы выросли из скоростного зеркала
Новое устройство, созданное в США, способно вывести средства развлечения
Создан чип для ультраточного измерения заряда батареи
Создан чип для ультраточного измерения заряда батареи Создан чип для ультраточного измерения заряда батареи
Компания Texas Instruments (TI) создала микросхему, которая значительно точнее определяет
Астрономы изучили планету из горячего льда
Астрономы изучили планету из горячего льда Астрономы изучили планету из горячего льда
В глубинах планеты вода находится под огромным давлением и в таком состоянии
Двойные звёзды
Двойные звёзды Двойные звёзды
В одном трактате Цицерон рассказал о двойном Солнце, которое люди вдруг узрели на небосклоне
Трёхмерная карта тёмной материи Вселенной
Трёхмерная карта тёмной материи Вселенной Трёхмерная карта тёмной материи Вселенной
Трёхмерная карта прошлого. Звучит претенциозно, но именно такую модель астрофизики построили на этот раз. Интересно
Американские ученые выяснили 9 факторов возникновения рака
Американские ученые выяснили 9 факторов возникновения рака Американские ученые выяснили 9 факторов возникновения рака
Ученые из Гарвардской школы здравоохранения в США провели уникальное исследование
Антибиотики: две стороны медали
Антибиотики: две стороны медали Антибиотики: две стороны медали
Антибиотики кардинально изменили медицину: они позволили успешно бороться с многими опасными инфекциями
Гигантская паутина стала шоком для учёных
Гигантская паутина стала шоком для учёных Гигантская паутина стала шоком для учёных
Громадная паутина, растянувшаяся на 180 метров, обнаружена на деревьях и кустарниках в техасском парке Lake Tawakoni
Археологи узнали, как появлялись на свет древнейшие города
Археологи узнали, как появлялись на свет древнейшие города Археологи узнали, как появлялись на свет древнейшие города
Согласно распространенной теории, древнейшие города всегда вырастали из небольшого единого центра
Активность иммунной системы оказалась причиной появления новых видов
Активность иммунной системы оказалась причиной появления новых видов Активность иммунной системы оказалась причиной появления новых видов
Скрещивая различные генетические линии сорняка арабидопсис (Arabidopsis Thaliana) и сравнивая результаты скрещивания
Планета людей. Коллекция фактов
Планета людей. Коллекция фактов Планета людей. Коллекция фактов
По состоянию на 30 августа 2007 года население планеты составляло почти 6 млрд. 615 млн. человек
Автомобильный ремень безопасности
Автомобильный ремень безопасности Автомобильный ремень безопасности
"Иногда мне звонят благодарные люди, которые остались живы благодаря ремням. Это согревает мне сердце и подсказывает
Ножки Кука
Ножки Кука Ножки Кука
В 1779 году во время третьей кругосветной экспедиции его съели

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • Чёрный ящик
  • Ножки Кука Ножки Кука
    В 1779 году во время третьей кругосветной экспедиции его съели
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Космос
019