Нефть Brent
$73.30
+3.08%
13
МОСКВА, 23 декабря Физики из Тюменского государственного университета научились исследовать микрочастицы жидкости в момент левитации, а также формировать нужные по размеру кластеры из упорядоченных микрокапель. Работа имеет фундаментальное значение для понимания процессов распространения загрязнений в окружающей среде и последующего предотвращения природоохранных катастроф. Статья с исследованием опубликована в авторитетном научном дневнике The Journal of Physical Chemistry Letters.
В 2003 году ученые Тюменского государственного университета обнаружили явление самоорганизации капель имы в упорядоченные кластеры. Капли левитируют над поверхностью воды за счет восходящих потоков воздуха и находятся в стабильном состоянии до нескольких минут. Как только капля увеличивается в размерах за счет конденсации, она сковывается все более тяжелой, анабатические потоки уже не могут ее держать, капля падает в воду и кластер распадается. Все это происходит в тысячные доли секунды, и затрагивает сотни капель одновременно.
Ученые ТюмГУ научились удерживать капельные кластеры в течение нескольких часов, облучая их инфракрасным светом. Кроме такого, теперь они умеют связываться не только с горячими жидкостями (50-60 °C), но и с более холодными (27-30 °C), что открывает способность изучения субстанций, связанных с жизнедеятельностью организмов.
Поясняет заведующий лабораторией микрогидродинамических технологий ТюмГУ, доктор технических наук Александр Федорец: Мы создали разработку, которая позволяет исследовать процессы в каплях в лабораторных условиях. Условно говоря, мы можем каждой сгенерированной нами капельке аэрозоля присвоить номер, завязать на нее паспорт и наблюдать за ней длительно. В природных аэрозолях, которым, например, является обычный туман, такое наблюдение невозможно, потому, что вы никогда не отследите поведение отдельно взятой капельки.
Аэрозолями называют не смешивающиеся и не реагирующие друг с другом химически (дисперсная система) взвешенные мелкие частицы. В природе из аэрозолей состоят облака, туман, дым (свободнодисперсные аэрозоли), пыль (грубодисперсные аэрозоли) и так далее. Аэрозоли образуются при механическом измельчении и распылении твёрдых тел или жидкостей: при дроблении, истирании, взрывах, горении, распылении в пульверизаторах. Поэтому ученым так важно сама понимать, особенности химических и биологических процессов, протекающих в микрокаплях аэрозолей, эти знания дадут возможность спрогнозировать естественные явления и минимизировать загрязнение окружающей среды.
Капельки аэрозолей работают как химические реакторы микроскопических размеров с уникальными характеристиками. В этих реакторах происходят интереснейшие процессы: преобразование одних веществ в другие, опасных в безопасные и наоборот. Если внушить микроскоп на обычный туман, то можно увидеть совершенно хаотичную картину: капельки беспорядочно носятся, поэтому невозможно оценить, что происходит в отдельно прихваченной капле.
Уникальность технологии ТюмГУ в том, что ученые могут получить практически такие же капли, как в природном аэрозоле, но полностью контролировать их поведение. То есть эти капли могут быть подведены в поле зрения микроскопа и исследованы там. Это позволяет изучить естественные процессы на совершенно новом статусе.
Последние достижения ученых ТюмГУ связаны с разработкой технологии сборки кластеров из заданного количества капелек. Это принципиально новые возможности управления процессом.
Мы давно умели сами создавать кластеры, но они собирались из произвольного числа капелек, как получится, так и получится, объясняет Александр Федорец. Сейчас же мы можем собирать кластеры из любого нужного нам количества. Такие кластеры проявили себя очень интересно. Классический кластер, который мы изучали, имел гексагональную структуру. Малые кластеры оказались гораздо разнообразнее. И каждый раз они формируются одинаково, каждая капля как будто бы знает свое место. Но, конечно же, это происходит не по волшебным законам, в воде нет носителя информации или воображаемого робота, который раскорячивает эти капельки в нужные структуры… Все происходит сообразно законам физики и геометрии пространства.
Формы, которые принимает кластер, замечательным с точки зрения физики пространства. Таким образом обеспечивается самая плотная упаковка и стабильная структура кластера. Поэтому эти видимости воспроизводятся автоматически.
На данный момент разработка удержания и изучения микрокапель с возможностью формировать нужные кластеры существует только в Тюменском государственном университете.
Тюменский государственный университет причастник государственной программы поддержки крупнейших знаменитых вузов Проект 5-100, которая была запущена Министерством образования и науки в соответствии с указом президента О мерах по реализации государственной политики в области возникновения и науки для обеспечения современного прорыва по повышению конкурентоспособности ведущих российских университетов.
