Частицы Януса слиплись полюсами

Материаловедение в сфере создания функциональных материалов и наноматериалов развивается в последние годы динамично благодаря усовершенствованию методов исследования таких объектов. В 2009 году ученые рапортовали о создании нового типа коллоидных частиц, на разных сторонах которых находятся молекулы с разным химическим составом. Они получили название сфер Януса – по имени древнеримского бога, обладавшего двумя лицами. Предполагаемые применения таких частиц находятся в стадии разработки, например, в медицине они позволят маркировать разные части клеток с помощью разных частей поверхности. Теперь ученым удалось создать более крупные трехмерные структуры из частиц Януса. Материаловеды из университета Иллинойса разработали простой воспроизводимый способ создания таких самоорганизующихся сложных структур.

Их работам посвящены две статьи – в сегодняшнем Nature и в Science на прошлой неделе.

Материаловеды смогли получить филигранные кристаллические решетки из наноразмерных объектов – коллоидных частиц, сфер Януса.

«Это большой шаг в направлении создания нетривиальных структур из очень простых частиц. В макромире мы хорошо оперируем такими действиями – строим дома из кирпичей, например, однако ученые и инженеры до сих пор мало что умеют строить из небольших частиц. Вместе с тем, коллоидные частицы сильно отличаются от молекул. Они больше, они более жесткие и они уже обладают рядом свойств макрообъектов, кооперативных свойств материала», – отметил Стив Грэник, профессор Университета Иллинойса, который руководил исследованиями.

«Строительство» из коллоидных частиц чаще всего ограничивалось компьютерными расчетами, которые моделировали дизайн сложных структур из сложных частиц. Экспериментальные работы с такими объектами обычно встречали на своем пути большие трудности.

В противоположность этому работу с трехблочными (то есть состоящими из трех разных химически различных фрагментов) сферами Януса отличает изящная простота. Она же и приближает их к практическому использованию.

Группа Грэника давно занимается частицами Януса. Сначала они создавали «классические» частицы «с двумя лицами», однако затем пришла идея создать уже три полосы поверхностей с разными свойствами.

Центральная полоса (проходящая через «экватор» частицы) ионизирована, то есть содержит заряженные частицы, а шапки, полюса частицы гидрофобны, то есть отталкивают воду и имеют большее сродство к органическим гидрофобным же растворителям.

Таким образом, в водно-солевом растворе гидрофобные сегменты «слипаются», чтобы обеспечить минимальную площадь соприкосновения со средой. В результате сферы самостоятельно формируют сложную решетку, подобную кристаллу, в которой полюса частиц связаны один с другим, а размер их достаточно велик, чтобы формировать окружение из трех других.

%Таким образом, сферы Януса располагаются в виде высокосимметричной шестиконечной звезды, каждая из которых внедрена в общий «паркетный» слой.

Эти пористые листы, являющиеся одновременно и гидрофобными, и гидрофильными, могут быть полезны в качестве специализированных фильтров.

«Мы получили некоторое усовершенствованное мыло. Мыло хорошо растворяет и (гидрофобные) жиры, и водорастворимые вещества. Наша «кружевная» поверхность тоже может фильтровать как водорастворимые, так и жирорастворимые вещества», – отметил Грэник.

Теперь материаловеды создают из этих «элементарных слоев» более сложные плоские структуры. Меняя размер сферы или пропорции полос на них, можно варьировать симметрию получаемых структур и размер пор. Кроме того, разработанная технология самоорганизации частиц может послужить, например, созданию микрочипов.

«Электро-Л» пожары наблюдать не будет»

В четверг в 15.29 мск с космодрома Байконур был произведен успешный пуск ракеты космического назначения «Зенит-3SБ» с разгонным блоком «Фрегат-СБ» и российским космическим аппаратом «Электро-Л».

В первую очередь этот космический аппарат должен поставлять данные для анализа и прогноза погоды — о гидрометеорологической и гелиогеофизической обстановке в околоземном космическом пространстве. Побочной задачей спутника является ретрансляция сигналов от аварийных радиобуев системы КОСПАС (Космическая система поиска аварийных судов), которая разработана для оповещения о бедствии и местоположении координат персональных радиобуев и радиобуев, установленных на судах и самолётах в случае аварийных ситуаций.

«Спутник «Электро-Л» запускается для работы Росгидромета, — пояснил «Газете.Ru» Олег Румянцев, заместитель директора по производству ГУ «НИЦ космической гидрометеорологии «Планета». — Сейчас есть зарубежные аналогичные спутники — европейский Meteosat, японский GMS, американские спутники, которые работают много лет.

Спутник, подобный нынешнему, «Электро» № 1, у нас был, но с 1998 года он не работает.

Нынешний спутник предназначен для дистанционного зондирования Земли и ее атмосферы. С его помощью мы получим много разных данных, например, перемещение облачности, вертикальные профили температур в атмосфере, определение температуры поверхностей морей и океанов. В частности, эти данные будут использоваться для анализа и прогноза погоды в региональном и глобальном масштабах. Спутник будет решать чисто метеорологические задачи.

То есть, к примеру, исследования очагов лесных пожаров с его помощью проводиться не будут, для этого будут использоваться данные с других спутников».

Масса «Электро-Л» составляет около 1500 кг. Спутник будет запущен на геостационарную орбиту, то есть один оборот вокруг Земли он будет совершать точно за такое же время, что Земля совершает один оборот вокруг своей оси.

Таким образом, «Электро-Л» буквально будет висеть над одной и той же точкой поверхности Земли.

Эта точка находится на экваторе и на меридиане 76 градусов восточной долготы.

«Электро-Л» будет вести съемку полушария Земли в видимом и инфракрасном диапазонах с разрешением один и четыре километра. Поэтому основным инструментом аппарата является специальный сканер МСУ-ГС — многозональное сканирующее устройство гидрометеорологического обеспечения. Штатная периодичность съемки составляет полчаса, но в случае необходимости специальными командами с Земли наблюдения стихийных явлений могут быть проведены с периодичностью съемки 10—15 минут.

Планируется, что «Электро-Л» должен проработать на орбите не менее 10 лет.

Для разгонного блока «Фрегат-СБ» запуск «Электро-Л» стал первым в рамках его летно-конструкторских испытаний. Кроме того, нынешний спутник является первым аппаратом, который запущен на унифицированном модуле служебных систем «Навигатор». Эта платформа разрабатывается для создания и других космических аппаратов НПО им. С. А. Лавочкина.

В частности, такой же модуль является основой для космического радиоинтерферометра «Радиоастрон».

Если метеоспутник будет работать нормально, то запуск «Радиоастрона» произойдет, как и запланировано, в мае этого года.

Как известно, спутник «Электро-Л» изначально планировалось запустить в 2006 году, а работа над «Радиоастроном» ведется уже более 25 лет.