МОСКВА, 28 ноя - РИА Новости. Физики при помощи ультрафиолета и раствора уксусной кислоты превратили цельный кусок полистирола с включениями органического стекла в нанофильтр, опубликовав свои выводы в статье в журнале Nature Materials.
Группа ученых под руководством Исана Сивании (Easan Sivaniah) из Кэмбриджского университета (Великобритания) использовала оргстекло и уксусную кислоту крайне оригинальным способом: эти соединения стали "запалом" и "взрывчатым веществом" микровзрывов, возникших внутри бруска полистирола благодаря эффекту так называемого осмотического шока.
Осмотический шок возникает в растворе, части которого разделены мембраной, пропускающей одни молекулы и задерживающей другие. Повышенная концентрация какого-либо вещества в одной из половин емкости создает разницу в давлениях между половинами. Это заставляет раствор выравнивать концентрацию путем перемещения "лишних" молекул растворителя из второй половины в часть с высокой концентрацией вещества, в результате чего эта часть емкости раздувается и лопается.
Рассчитывая добиться подобного эффекта, Сивания и его коллеги подготовили небольшой брусок пластика из двух типов полимера - полистирола и оргстекла.
Ученые залили прямоугольную форму раствором двойного полимера, извлекли брусок и осветили его жестким ультрафиолетовым излучением. Лучи ультрафиолета "склеили" параллельные слои полистирола между собой и разбили длинные молекулы из оргстекла на олигомеры (цепочки из нескольких десятков звеньев).
Следующим шагом физики поместили заготовку в раствор уксусной кислоты. В этом случае полистирол выступает в роли мембраны, пропускающей молекулы растворителя, уксусной кислоты, и не пропускающей само вещество - олигомеры органического вещества.
Как и ожидали ученые, молекулы уксусной кислоты проникли внутрь бруска из полистирола и начали "раздувать" цепочки молекул органического стекла. Через некоторое время оргстекло "взорвалось" и его олигомеры покинули брусок вместе с уксусной кислотой.
Физики просушили полученный материал и изучили его структуру при помощи электронного микроскопа. Оказалось, что брусок состоит из множества пористых слоев полистирола толщиной в 65 нанометров, которые соединялись друг с другом "лесом" из полимерных "колонн".
К удивлению ученых, на поверхности пленки отсутствовали крупные поры, заметные для электронного микроскопа. Тем не менее, пленка хорошо пропускала воду и другие виды жидкости, что указывает на наличие микропор на ее поверхности. По расчетам авторов статьи, верхний слой бруска был покрыт мельчайшими отверстиями диаметром в 1-2 нанометра.
Исследователи проверили эффективность своего изобретения, пропуская через "бутерброд" из пленки пористого материала и ультрафильтрующей мембраны растворы двух популярных красителей - малахитового зеленого и метилового оранжевого. Оказалось, что такое комбинированное устройство фильтрует воду примерно от 250 до 2 тысяч раз лучше, чем одна ультрафильтрующая мембрана.
Исследователи отмечают, что схожие методы могут использоваться и для производства неорганических материалов на основе металлов и других веществ. Подобные структуры могут также применяться для исследований в области фотоники и оптоэлектроники.
"На текущий момент наше устройство представляет собой весьма эффективную систему фильтрации, которая может быть найти свое место в странах с плохим доступом к чистой питьевой воде. Кроме того, она может быть использована для очистки почвенных вод от тяжелых металлов и продуктов промышленного производства", - заключает Сивания.
