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...
Телефон с передачей звука через череп
Южнокорейская компания Pantech выводит на рынок уникальный мобильный телефон с технологией передачи звука...
Озеро в тихом океане
Французские ученые обнаружили необычную экосистему в Тихом океане, размер которой примерно равен размеру Средиземного моря...
Вспышка кометы 17P/Holmes — уникальное событие в Солнечной системе
24 октября 2007 года надолго запомнится любителям...
  • 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
Физики придумали очень тонкий тёплый лёд
Физики придумали очень тонкий тёплый лёд 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
Рисунок из наночастиц
Рисунок из наночастиц Рисунок из наночастиц
Учёные из IBM разработали процесс печати детализированных растровых изображений, использующий чернила с наночастицами. Этот процесс позволяет сохранить каталитические и оптические свойства наночастиц
Двигатель Бонда переведёт лайнеры на гиперзвуковые скорости
Двигатель Бонда переведёт лайнеры на гиперзвуковые скорости Двигатель Бонда переведёт лайнеры на гиперзвуковые скорости
Научиться перевозить 300 пассажиров из Брюсселя в Сидней не более чем за 4 часа — к такой заманчивой цели стремятся инженеры, работающие над новым глобальным гиперзвуковым авиалайнером. Интересно
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. Японцы решили просто добавить к возможности ездить на колёсах, также умение преодолевать различные препятствия "пешим ходом"
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. Вращаться на месте и двигаться вперёд, вращаясь. Вы, наверняка
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, рекламы или работы с графикой на новый уровень. Хотите узнать, как создать полностью объёмный образ предмета
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, в течение какого времени мобильное устройство (будь то сотовый телефон
Норман Фостер нарисовал Spaceport America
Норман Фостер нарисовал Spaceport America Норман Фостер нарисовал Spaceport America
Коммерческий космопорт Spaceport America, строительство которого ведётся властями Нью-Мексико при активном участии компании Virgin Galactic, обнародовал финальный дизайн своего главного здания
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, которое на Земле получают лишь в лабораториях — в виде очень горячего (несколько сотен градусов) и очень плотного льда
Двойные звёзды
Двойные звёзды Двойные звёзды
В одном трактате Цицерон рассказал о двойном Солнце, которое люди вдруг узрели на небосклоне. Такое зрелище шокировало тогдашних наблюдателей. Что это было — так и не выяснилось, и явление посчитали неким знамением
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, что на эту карту они смогли нанести то, чего никто никогда не видел
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, в ходе которого установили 9 основных факторов, которые способствуют возникновению рака
Пользование мобильным телефоном провоцирует образование раковых клеток
Пользование мобильным телефоном провоцирует образование раковых клеток Пользование мобильным телефоном провоцирует образование раковых клеток
Новые страхи по поводу опасностей мобильной связи разгорелись после того, как ученые обнаружили, что излучение телефона способно спровоцировать деление клеток. Исследователи установили
Расшифрованы гены семи опасных болезней
Расшифрованы гены семи опасных болезней Расшифрованы гены семи опасных болезней
Глобальный прорыв в генетике, открывает путь к созданию новых способов лечения семи самых распространенных заболеваний. В результате крупнейшего в своем роде исследования ученые выявили 10 новых генов
Антибиотики: две стороны медали
Антибиотики: две стороны медали Антибиотики: две стороны медали
Антибиотики кардинально изменили медицину: они позволили успешно бороться с многими опасными инфекциями, благодаря чему резко уменьшилась смертность и возросла продолжительность жизни людей
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. Это необычное явление серьёзно удивило многих посетителей парка и озадачило многих биологов
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. Однако обширное городское поселение Тель-Брак (Tell Brak или Nagar, "тель" по-арабски означает "курган")
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, ученые пришли к выводу
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, причем число женщин несколько превышало число мужчин. В 1959 году Землю населяли 3 млрд., в 1999 году - 6 млрд. 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, что я сделал кое-что для человечества." (Нильс Болин
Ножки Кука
Ножки Кука Ножки Кука
В 1779 году во время третьей кругосветной экспедиции его съели. Во время боя с аборигенами на берегу одного из Гавайских островов Kealakekua был убит, а потом съеден Джеймс Кук. Хотели Кука и съели Кука, правда

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

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • Автомобильный ремень безопасностиАвтомобильный ремень безопасности
    "Иногда мне звонят благодарные люди, которые остались живы благодаря ремням. Это согревает мне сердце и подсказывает, что я сделал кое-что для человечества." (Нильс Болин
  • Чёрный ящик
  • Ножки Кука Ножки Кука
    В 1779 году во время третьей кругосветной экспедиции его съели. Во время боя с аборигенами на берегу одного из Гавайских островов Kealakekua был убит, а потом съеден Джеймс Кук. Хотели Кука и съели Кука, правда
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Halluc II ходит на колёсах и ездит на ногахHalluc II ходит на колёсах и ездит на ногах
    Колёсные средства передвижения хороши, но для колёс всё-же нужны дороги. Японцы решили просто добавить к возможности ездить на колёсах, также умение преодолевать различные препятствия "пешим ходом"
  • Колесо Airtrax едет в любую сторонуКолесо Airtrax едет в любую сторону
    Перед нами погрузчики и транспортные тележки, которые могут двигаться в любом направлении, не разворачиваясь. Вращаться на месте и двигаться вперёд, вращаясь. Вы, наверняка
  • Трёхмерные образы выросли из скоростного зеркалаТрёхмерные образы выросли из скоростного зеркала
    Новое устройство, созданное в США, способно вывести средства развлечения, рекламы или работы с графикой на новый уровень. Хотите узнать, как создать полностью объёмный образ предмета
  • Создан чип для ультраточного измерения заряда батареиСоздан чип для ультраточного измерения заряда батареи
    Компания Texas Instruments (TI) создала микросхему, которая значительно точнее определяет, в течение какого времени мобильное устройство (будь то сотовый телефон
  • Космос
  • Норман Фостер нарисовал Spaceport AmericaНорман Фостер нарисовал Spaceport America
    Коммерческий космопорт Spaceport America, строительство которого ведётся властями Нью-Мексико при активном участии компании Virgin Galactic, обнародовал финальный дизайн своего главного здания
  • Астрономы изучили планету из горячего льдаАстрономы изучили планету из горячего льда
    В глубинах планеты вода находится под огромным давлением и в таком состоянии, которое на Земле получают лишь в лабораториях — в виде очень горячего (несколько сотен градусов) и очень плотного льда
  • Двойные звёздыДвойные звёзды
    В одном трактате Цицерон рассказал о двойном Солнце, которое люди вдруг узрели на небосклоне. Такое зрелище шокировало тогдашних наблюдателей. Что это было — так и не выяснилось, и явление посчитали неким знамением
  • Трёхмерная карта тёмной материи ВселеннойТрёхмерная карта тёмной материи Вселенной
    Трёхмерная карта прошлого. Звучит претенциозно, но именно такую модель астрофизики построили на этот раз. Интересно, что на эту карту они смогли нанести то, чего никто никогда не видел
019