Российские химики придумали пластик с глиняными нанотрубками

Изображение галлуазитных нанотрубок, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа

Изображение: Wikipedia Commons

Группе российских и китайских ученых удалось найти широкий спектр применений единственному известному природному минералу, который почти на 95 процентов состоит из нанотрубок. Материал называется галлуазитом и представляет собой свернутые в нанотрубки слои алюмосиликатной глины. Обзорная работа опубликована в журнале Advanced Materials, краткий пресс-релиз доступен на сайте EurekAlert.org.

Одно из найденных авторами перспективных применений — улучшение механических и адгезивных свойств полимеров. Ученые доказали, что при добавлении 5-10 весовых процентов галлуазита в различные пластмассы, их прочность на растяжение может увеличиваться на 50 процентов, а модель упругости — почти втрое. Кроме того, авторы предложили модифицировать их различными наполнителями, которые можно поместить во внутреннюю или на внешнюю поверхности трубок, — антибиотиками, металлами, магнетиками, ингибидорами коррозии, разными солями и другими соединениями. Таким способом авторам удалось создать антибактериальные, огнезащитные, лекарственные, антикоррозийные, проводящие и магнитные пластики.

Ученые использовали уникальные свойства галлуазитных нанотрубок для создания методик, позволяющих внедрять наполнители во внутреннюю полость.Поверхность нанотрубок обладает противоположными химическими свойствами: внутренняя, состоящая из оксида алюминия, преимущественно «притягивает к себе» отрицательно заряженные частицы, в то время как внешняя, из оксида кремния, имеющие положительный заряд.Это открывает возможности сочетать различные свойства в одном и том же материале. Например, для создания «магнитно-антибактериальных» пластмасс.


Один из самых простых способов заполнения — вакуумная откачка. Нанотрубки и наполнитель помещали в сосуд с водой, а затем в системе создавали низкий вакуум. Внутри полости нанотрубок тоже содержится воздух, и во время откачки в образовавшееся пустое пространство «затягивало» воду и наполнитель.

Для создания еще одного метода, ученые скопировали процессы, происходящие в живых клетках. Авторы помещали внутрь нанотрубок различные белки, например, фермент уреазу, который «перерабатывает» раствор хлорида кальция и мочевины в карбонат кальция. Ученые доказали, что полученный карбонат кристаллизуется исключительно внутри поверхности нанотрубок.

Галлуазит — биосовместимый природный минерал, состоящий из водного силиката алюминия Al2Si2O5(OH)4 · n H2O, как и белая глина. Но глина имеет слоистую структуру, наподобие графита, в то время как в галлуазите эти слои закручены в многослойный «рулет». Большинство возможных способов применения трубчатых наноструктур уже было найдено при работе с углеродными нанотрубками. Однако галлуазит имеет ряд преимуществ перед своими аналогами. Во-первых, он биосовместим, что подтверждается многочисленными экспериментами с живыми клетками и червями. Во-вторых, поверхность нанотрубок обладает различными химическими свойствами: внутренняя, состоящая из оксида алюминия, преимущественно «притягивает к себе» отрицательно заряженные частицы, в то время как внешняя, из оксида кремния, имеющие положительный заряд.И в-третьих, этот «наноминерал» чрезвычайно дешев.

Екатерина Козлякова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.