Физики и математики из Австралии нашли способ максимально плотно упаковывать зерна пшеницы, вытянутые капсулы лекарств или наночастицы, последовав тем самым притче о воздаянии из Библии, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications, сообщает Радар24 radar-24.blogspot.com со ссылкой на glavnoe.ua.
Библия говорила об этом давно, но ученые только сейчас попытались решить на практике эту, казалось бы, очень малозаметную вещь из Книги Книг.
Тем не менее, признает физик, Библия поставила одну из главных и пока не решенных задач математики, физики и химии — то, как можно разместить зерна пшеницы или любые другие продолговатые структуры, чтобы они были максимально плотно и прочно упакованы. Решение этой задачи необходимо, в частности, для того, чтобы наиболее эффективно перевозить грузы, строить более прочные здания из песка и распределять наночастицы по материалам будущего.
Природа, как рассказывают ученые, давно решила эту задачу для кристаллов и сплавов — в их кристаллических решетках атомы упакованы максимально плотно. К примеру, атомы хлора и натрия в кристаллах обычной поваренной соли занимают свыше 74% пространства благодаря упаковке в так называемый гранецентрированный куб. Атомы внутри такого куба расположены так, что на каждой его стороне находится по пять ионов хлора и натрия.
Все попытки ужать зерно или наночастицы подобным образом проваливались — в лучшем случае ученым удавалось заставить их занимать примерно 64% от общего объема материала, образуя структуры случайной формы.
Саадатфар и его коллеги решили выяснить, почему зерна нельзя ужать еще сильнее, изучая манеру упаковку наночастиц из полиакрила, которые физики насыпали в емкости разных размеров и формы — в цилиндры, шарообразные и прямоугольные чаши, и утрясали при помощи генераторов вибраций.
Просвечивая эти структуры при помощи рентгена и компьютерного томографа, Саадатфар и его коллеги обнаружили, что они на самом деле носят не случайную форму, а организованы в наборы из пяти склеенных друг с другом пирамид, составленных из трех наночастиц. Структуры такого типа, как отмечают физики, не могут быть упакованы более плотно, если не заставить их превратиться в кубические кристаллы — в них неизбежно будут появляться крупные поры и полости.
Сделать это не так просто, как может показаться, так как для этого нужно приложить очень точное количество энергии, чтобы не разрушить "кристаллы" и при этом сделать их достаточно нестабильными для превращения в кубические структуры. Дальнейшие эксперименты по "утряске" и наблюдения за движением наночастиц, как надеются ученые, помогут понять, как это можно сделать.
Библия говорила об этом давно, но ученые только сейчас попытались решить на практике эту, казалось бы, очень малозаметную вещь из Книги Книг.
"В Евангелии от Луки есть следующая строчка "Давайте, и дастся вам: мерою доброю, утрясенною, нагнетенною и переполненною отсыплют вам в лоно ваше; ибо какою мерою мерите, такою же отмерится и вам". Этот стих упоминает все те вещи, которые мы делали в лаборатории: сжимали, трясли и отсыпали. Конечно, я не уверен, что авторы Библии имели в виду то же самое, что и мы", — шутит Мохаммед Саадатфар (Mohammad Saadatfar) из Национального университета Австралии в Канберре.
Тем не менее, признает физик, Библия поставила одну из главных и пока не решенных задач математики, физики и химии — то, как можно разместить зерна пшеницы или любые другие продолговатые структуры, чтобы они были максимально плотно и прочно упакованы. Решение этой задачи необходимо, в частности, для того, чтобы наиболее эффективно перевозить грузы, строить более прочные здания из песка и распределять наночастицы по материалам будущего.
Природа, как рассказывают ученые, давно решила эту задачу для кристаллов и сплавов — в их кристаллических решетках атомы упакованы максимально плотно. К примеру, атомы хлора и натрия в кристаллах обычной поваренной соли занимают свыше 74% пространства благодаря упаковке в так называемый гранецентрированный куб. Атомы внутри такого куба расположены так, что на каждой его стороне находится по пять ионов хлора и натрия.
Все попытки ужать зерно или наночастицы подобным образом проваливались — в лучшем случае ученым удавалось заставить их занимать примерно 64% от общего объема материала, образуя структуры случайной формы.
Саадатфар и его коллеги решили выяснить, почему зерна нельзя ужать еще сильнее, изучая манеру упаковку наночастиц из полиакрила, которые физики насыпали в емкости разных размеров и формы — в цилиндры, шарообразные и прямоугольные чаши, и утрясали при помощи генераторов вибраций.
Просвечивая эти структуры при помощи рентгена и компьютерного томографа, Саадатфар и его коллеги обнаружили, что они на самом деле носят не случайную форму, а организованы в наборы из пяти склеенных друг с другом пирамид, составленных из трех наночастиц. Структуры такого типа, как отмечают физики, не могут быть упакованы более плотно, если не заставить их превратиться в кубические кристаллы — в них неизбежно будут появляться крупные поры и полости.
Сделать это не так просто, как может показаться, так как для этого нужно приложить очень точное количество энергии, чтобы не разрушить "кристаллы" и при этом сделать их достаточно нестабильными для превращения в кубические структуры. Дальнейшие эксперименты по "утряске" и наблюдения за движением наночастиц, как надеются ученые, помогут понять, как это можно сделать.
Публікації
Ви саме там і читаєте що потрібно вам
Немає коментарів:
Дописати коментар