Швейцарские ученые впервые смогли получить золото 750-ой пробы (18 карат) на основе полимерной матрицы, которое обладает всеми необходимыми для использования в производстве свойствами. Полимерный «сплав» может вытеснить металлический в изготовлении ювелирных украшений, часов и электроники — он легче металлического почти в 10 раз, при этом достаточно прочен, чтобы не ломаться при бытовых нагрузках. Работа опубликована в журнале Advanced Functional Materials.
Ученые умеют получать облегченное золото несколькими способами. Например, можно создать нанопористое золото — материал, имеющий пенную структуру с порами величиной порядка нанометра. Однако, механические свойства таких форм драгоценного металла оказываются непригодными для практического использования.
Команда ученых из Цюриха по руководством Леони Ван Тага (Leonie van ’t Hag) выделила три основных критерия, которым обязан удовлетворять 18-каратный полимерный «сплав» золота для применения его в производстве. Материал должен обладать прочной матрицей (противостоять механическим воздействиям), малой плотностью (не выше плотности алюминия) и типичным для 18-каратного сплава золота блеском.
Прочность «сплава» и его малая плотность были обеспечены применением матрицы из латекса полистирола, в которую были интегрированы монокристаллы золота. Для выращивания монокристаллов из ионов золота ученые использовали бета-лактоглобулин — основной сывороточный белок молока. Процесс происходит в воде при температуре 60 градусах Цельсия на протяжении 16 часов. После получения кристаллов в воду добавляют полимер, затем — соль для формирования геля. Воду заменяют на спирт и производят высушивание геля углекислым газом. Обжигание латекса полистирола при 105 градусах (выше температуры стеклования) завершает процесс.
На выходе получается «пластиковое золото» плотностью 1,7 г/см3 (против примерно 15 г/см3 для металлического сплава). Но с уменьшением плотности упала и способность материала сопротивляться деформациям: модуль Юнга такого материала — 50 мегапаскалей (в несколько раз больше значения для резины, но примерно в тысячу раз меньше модуля Юнга для золота).
От редактора
Ученые утверждают, что плотность, мягкость и даже цвет создаваемого материала можно изменять в зависимости от задачи. Такая универсальность метода изготовления и малый вес материала обязательно заинтересуют производителей ювелирных украшений, наручных часов, да и просто тех, кто использует сплавы золота в своем производстве.
За последнее время произошло много интересных открытий, связанных с полимерами. Например, ученые создали три полимера с включаемой растяжением фотолюминесценцией. А до этого химики нашли прозрачный проводящий полимер без сопряженных связей.
Олег Макаров
Концентрация некоторых из них превышает максимальную для жилых помещений
Концентрация аценафтена, фенантрена, пирена и перфтороктановой кислоты в пыли, собранной внутри МКС, в разы превосходит максимальные значения этих веществ, установленные для жилых помещений в США. В то же время концентрация многих стойких органических загрязнителей укладывалась в безопасный диапазон, но многократно превосходит медианные значения. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Environmental Science & Technology Letters. Космонавты на МКС находятся в замкнутом пространстве, и для обеспечения безопасных условий работы воздух внутри станции должен быть чистым. Но даже при дыхании люди выделяют углекислый газ, аммиак, ацетон, уксусную кислоту и некоторые другие метаболиты. Из-за воздействия на организм ионизирующего излучения, невесомости, шума, вибрации, пониженного и повышенного содержания кислорода в воздухе состав и концентрации таких метаболитов не равноценны тем, что присутствуют в воздухе земных помещений. Кроме того, различные газы в воздушную среду МКС может выделять доставляемое туда оборудование, а также системы корабля, если случается их разгерметизация. Ученые под руководством Стюарта Харрада (Stuart Harrad) из Бирмингемского университета исследовали пыль, собранную из воздушной среды МКС, на присутствие в ней стойких органических загрязнителей — полибромдифениловых эфиров, новых бромсодержащих антипиренов, гексабромциклододеканов, фосфатных эфиров, полихлорированных бифенилов, полифторалкильных соединений и полиароматических углеводородов. Концентрации почти всех стойких органических загрязнителей на МКС укладывались в диапазоны, известные для жилых помещений США. При этом у многих веществ, особенно из групп полибромдифениловых эфиров и полиароматических углеводородов, они превосходили медианные значения для таких помещений на порядки. Например, концентрация полибромдифенилового эфира BDE-99 в пыли на МКС составила 27000 нанограмм на грамм, а ее медианное значение для домашней пыли США — 580 нанограмм на грамм. Концентрации таких полиароматических углеводородов как аценафтен, фенантрен и пирен в разы превосходили не только медианные, но и максимальные значения, установленные для американских домов (930 против 25, 830 против 390 и 1600 против 300 нанограмм на грамм соответственно). Аналогичная ситуация наблюдалась и для перфтороктановой кислоты, концентрация которой в пыли на МКС составила 2600 нанограмм на грамм. Медианное значение концентрации этого вещества в домах США — 140 нанограмм на грамм, максимально известное — 1960 нанограмм на грамм. Авторы отметили, что впервые обнаружили стойкие органические загрязнители во внеземной среде. Их источники невозможно установить доподлинно, но предположительно их высокое содержание может быть связано с огнезащитной обработкой поверхностей, защитой хрупких грузов с помощью пенополиуретановой пены и гидроизоляционной обработкой против грибка. С учетом того, что используемые материалы оказались не слишком устойчивыми во внеземных условиях и в больших количествах попали в воздух обитаемых помещений, исследователи предлагают выбирать другие материалы для упаковки и защитной обработки оборудования. Для токсикологического контроля МКС важно исследовать не только ее внутреннюю воздушную среду, но и состояние внешней обшивки. Ученые выяснили, что космическая пыль, прилипающая к ней, является биохимически активной средой, и обнаружили в ней жизнеспособные микроорганизмы.