Новости

22 ноября, 2017 16:08

Российские ученые создали установку для изучения самосборки микрочастиц

Источник: Газета.ru
Российские ученые из МГТУ им. Н.Э. Баумана и Института физики твердого тела РАН совместно с коллегой из Германии разработали новую экспериментальную установку для фундаментальных и прикладных исследований самоорганизации микрочастиц в растворах под действием вращающегося электрического поля. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ), результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.
Российские ученые создали установку для изучения самосборки микрочастиц
Фото: Самосборка микрочастиц. Источник: Станислав Юрченко.
Фото: Схема экспериментальной установки. Источник: Станислав Юрченко.
3 / 4
Российские ученые создали установку для изучения самосборки микрочастиц
Фото: Самосборка микрочастиц. Источник: Станислав Юрченко.
Фото: Схема экспериментальной установки. Источник: Станислав Юрченко.

Созданная в МГТУ им. Н.Э. Баумана экспериментальная установка позволяет изучать самоорганизацию коллоидных частиц, которой управляют благодаря «регулировке» взаимодействия между отдельными частицами. Самоорганизация (или самосборка) — это формирование упорядоченных структур за счет взаимодействия между частицами, без внешнего специфического воздействия, хотя оно и может оказывать стимулирующее (или подавляющее) влияние. В экспериментах на созданной учеными установке таким воздействием является внешнее вращающееся электрическое поле.

«Когда частицы в растворе оказываются во внешнем электрическом поле, вдоль линий поля возникает притяжение, а в поперечном направлении частицы начинают отталкиваться. Но если внешнее электрическое поле быстро вращается, то в результате усреднения взаимодействия между частицами остается только притяжение. Мы можем управлять этим притяжением, регулировать его, меняя магнитуду электрического поля. Таким образом, мы получаем систему, в которой видим коллоидные частицы, можем наблюдать, как они движутся, и управлять взаимодействием между ними. Вдали эти частицы притягиваются, а вблизи отталкиваются, то есть ведут себя подобно истинным молекулярным системам», — пояснил руководитель проекта РНФ, ведущий научный сотрудник МГТУ им. Н.Э. Баумана Станислав Юрченко.

Разработанная установка состоит из экспериментальной ячейки, системы электродов, расположенных вокруг нее, и оптического блока. В ячейку помещается коллоид (жидкость с нерастворимыми в ней микрочастицами), электроды создают управляющее электрическое поле, а оптический блок служит для визуализации и видеозаписи движения частиц. Самосборку частиц в кластеры и фазовые переходы в них можно наблюдать в режиме реального времени.

Российские ученые создали установку для изучения самосборки микрочастиц

Установка дает возможность проводить эксперименты, углубляющие понимание поведения материи на уровне отдельных частиц, так как позволяет наблюдать за перемещениями и взаимодействием коллоидных частиц, движения которых сходны с движениями молекул и атомов. Сами эти объекты слишком малы, чтобы их можно было визуализировать в режиме реального времени. В коллоидных суспензиях можно изучать кристаллизацию, плавление, влияние дефектов на свойства кристаллов, поверхностные явления, например, процессы переноса на поверхности раздела жидкости и газа.

Ученые также нашли оптимальные режимы работы установки для будущих фундаментальных и прикладных исследований. Благодаря возможности изменять параметры управляющих полей, их геометрию и амплитуду, можно задавать самые разнообразные условия взаимодействия между коллоидными «псевдоатомами», чтобы понять роль притяжения в фундаментальных явлениях и технологических процессах.

«Раз вы управляете притяжением, вы можете эффективно регулировать состояние, в котором пребывают коллоидные частицы (или «псевдоатомы»). Вы можете наблюдать и газ, и жидкость, и кристаллы, и явления с их участием. Все это открывает новые горизонты в исследованиях с разрешением отдельных частиц, так как взаимодействия, с которыми мы имеем дело, похожи на молекулярные, регулируются внешним полем и могут быть легко визуализированы в режиме реального времени. Можно использовать частицы разных сортов, побольше и поменьше, или, например, из разных материалов, тогда они взаимодействуют по-разному, обеспечивая аналогию с многокомпонентными системами, сплавами. Можете поместить в установку биологические клетки, например, клетки крови, создать искусственное уплотнение и изучить коллективное поведение в этом случае, можно собирать кластеры и кристаллы из клеток, которые не повреждаются электрическим полем», — описал возможности разработанной установки Юрченко.

Преимуществом созданной установки и технологии ученые также называют обратимость всех операций: электрическое поле индуцирует самосборку, благодаря чему можно собрать частицы в кластеры, но если поле отключить, то частицы «разбегутся» и система вновь станет однородной.

Российские ученые создали установку для изучения самосборки микрочастиц

28 марта, 2024
Ученые ИТМО создали более долговечные синие перовскитные светодиоды
Ученые ИТМО нашли новый способ получения синего излучения у перовскитных нанокристаллов. Он позвол...
28 марта, 2024
Ученые научились управлять мощностью электронного пучка в течение его импульса
В Институте сильноточной электроники СО РАН модернизирована уникальная научная электронно-пучковая...