Полимерный материал заставили гнуться за лучом света
Загрузка галереи
Американские ученые создали полимерный наноструктурный материал, способный как растение изгибаться в сторону источника света. За счет разницы температур в стержне из нового материала, вызванной локальным нагревом светочувствительных наночастиц, он гнется до тех пор, пока не будет направлен в сторону падения луча. Новый материал может в четыре раза повысить эффективность устройств преобразования энергии света, говорится в исследовании, опубликованном в Nature Nanotechnology.
Многие живые организмы способны двигаться под действием вешних факторов среды: клетки и бактерии, например, могут мигрировать в сторону повышения концентрации питательных веществ, а растения ориентируют свои органы перпендикулярно падающему свету для большей эффективности получения энергии.
Ученые уже искусственно создавали чувствительные к свету материалы, однако изменения формы определялись различием ориентаций молекул в материале, а не расположением источника света. Деформации сильно зависели от температуры, интенсивности света и других внешних факторов, что усложняло контроль над движениями материала.
Сяоши Цянь (Xiaoshi Qian) с коллегами из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе создали искусственные фототропные стержни из различных фоточувствительных полимеров. Аналогично механизму, который используется растениями (удлинение клеток в затемненных участках стебля), авторы использовали материалы, которые сжимались при попадании света и увеличении температуры так, что стержень асимметрично деформировался.
Для демонстрации принципа ученые исследовали поведение четырех материалов: термочувствительного гидрогеля с наночастицами золота или восстановленного оксида графена в качестве фоторецепторов; сополимера этого гидрогеля с полиакриламидом и светочувствительным полипироллом; другого гидрогеля с полианилином в качестве поглотителя света; а также жидкокристаллического эластомера с красителем индиго.
Загрузка галереи
Искусственный фототропизм происходил благодаря нескольким физическим процессам: преобразование энергии фотонов в тепловую, диффузия веществ под действием тепла и механическая деформация. Свет вызывал в нанофотопоглотителях плазмонный резонанс и точечный нагрев освещенных участков гидрогеля, в результате чего они сжимались и стержень поворачивался до тех пор, пока не исчезала разница температур, то есть пока он не оказывался направлен в сторону падения света. Когда освещение прекращалось, стержень возвращался в исходное недеформированное положение, а при падении нового луча снова быстро (на один градус за три сотые секунды) реагировал на изменение его угла.
Фотографии реакции нескольких полимерных микростержней на падающий свет
Xiaoshi Qian et al. / Nature Nanotechnology, 2019
Несколько таких стержней, расположенных на одной поверхности, могли отклоняться от оси в сторону падения света на 84 градуса, обеспечивая в четыре раза большую возможность преобразования энергии света в тепловую, чем статичные фотопреобразователи.
Авторы исследования продемонстрировали принцип на четырех материалах. По их словам, подобным образом могут себя вести и другие гидрогели, жидкокристаллические эластомеры и полимеры на основе азобензола или спиропирана.
Приводить в движение под действием света можно не только полимеры. Например, группа гонконгских химиков создали из кремния, платины и оксида титана микропловцов, управляемых светом. Их перемещение обеспечивалось взаимодействием зарядов в них с полем, которое возникало в результате фотохимической реакции.
Алина Кротова
Она оказалась в молекулярном облаке
Астрономы впервые достоверно обнаружили в молекулярном облаке Млечного Пути угольную кислоту. Это первая межзвездная молекула, содержащая три атома кислорода, и третья карбоновая кислота, обнаруженная на данный момент в космосе. Статья опубликована в The Astrophysical Journal. Карбоновые кислоты представляют собой разновидность сложных органических молекул, широко распространены в природе и считаются предшественниками многих важных для существования жизни пребиотических молекул, таких как аминокислоты и липиды. Однако к настоящему моменту в межзвездной среде были достоверно обнаружены лишь два таких соединения — муравьиная и уксусная кислоты. Группа астрономов во главе с Мигелем Санс-Ново (Miguel Sanz-Novo) из Испанского астробиологического центра сообщила, что впервые нашла в межзвездной среде угольную кислоту (HOCOOH). Эта молекула играет важную роль в различных биологических и геохимических процессах, ранее ее наличие предсказывалось для ледяных спутников планет-гигантов, а также Меркурия и Марса. Наблюдения велись за молекулярным облаком G+0.693—0.027, расположенным в направлении центра Млечного Пути, при помощи 40-метрового радиотелескопа Обсерватории Йебеса и 30-метрового радиотелескопа IRAM в период с марта 2021 по март 2022 года и с 1 по 18 февраля 2023 года. Исследователи обнаружили в облаке цис-транс конформер угольной кислоты со значением колонковой плотности 6,4×1012 молекул на квадратный сантиметр. Более стабильный цис-цис конформер угольной кислоты обнаружен не был, предполагается, что он может быть довольно многочисленным в межзвездном пространстве, хотя его практически невозможно обнаружить радиоастрономическими методами. Ученые считают, что угольная кислота способна образовываться в холодных плотных молекулярных облаках на поверхности ледяных пылинок, в ходе реакций между угарным газом и гидроксильным радикалом или в ходе облучения заряженными частицами смесей водяного и углекислотного льдов. Ранее мы рассказывали о том, как комету Виртанена уличили в перевыработке спирта при сближении с Солнцем.