Xumikwho

В этом тексте я пролью свет на то, как работы витебчанина привели к созданию тех самых ярких светодиодов, которые освещают нашу жизнь днем и ночью!

Речь идет о Жоресе Ивановиче Алферове, который в 2000 году получил Нобелевскую премию по физике за «разработку полупроводниковых гетероструктур и создание быстрых опто- и микроэлектронных компонентов».

Вот собственно он в молодости.

Несмотря на очень сложную формулировку (ими славится Нобелевский комитет), суть его работы проста – он подобрал два вещества (слово гетероструктура как раз и говорит о двух и более материалах) и способ их соединения так, чтобы на их основе можно было создавать яркие, дешевые и небольшие светодиоды (оптоэлектроника). За основу он взял полупроводники, причем, их использование как составной части солнечных батарей к тому моменту было довольно широко. Но переход электричество-свет (обратный процессам в солнечной батарее) долгое время не имел практического применения. В первую очередь потому, что он происходит на границе двух материалов, а химия и физика гетероконтактов до сих пор является очень перспективным направлением. Да и материалы требовались настолько чистые, что до 1970х годов стоимость светодиодов достигала 200 долларов за штуку. Именно Жоресу Алферову удалось найти два вещества (соединения мышьяка с алюминием и мышьяка с галлием), которые, будучи достаточно дешевыми в производстве, очень хорошо между собой сочетались. Ну и конечно это открытие прекрасный пример того, как потенциально ядовитые вещества служат очень добрую службу человечеству.

Именно с него серийное производство светодиодов. Следующей задачей было получение синего светодиода (большинство веществ, которые излучали синий свет очень неэффективны) – за ее решение дали Нобелевскую премию по химии в 2014 году.

У светодиодов всегда задан цвет (есть прямая зависимость между материалом светодиода и тем, как он светит) и в этом они противоположны белому свету (и, в том числе, обычным лампочкам накаливая). Тогда вопрос – откуда берутся белые светодиоды в современных лампочках?

Существует два способа получения белых светоизлучателей – в одну большую капсулу помещается три маленьких светодиода – зеленый, красный и синий. Подбором интенсивности излучения (это тоже непросто) можно создать белый свет. Второй вариант более распространен – на синий или фиолетовый светодиод наносят смесь веществ, которые могут поглощать часть света и переводить ее в зеленый, красный или желтый (так называемые люминофоры). Получаемая смесь цветов и будет белым светом. В зависимости от состава люминофора можно получать теплый или холодный свет.

Его исследования положили начало в том числе и использованию оптоволокна (да, без него не было бы котиков в интернете и мемасиков).

Больше вы не плутаете в потемках своих знаний по этой теме, надеюсь я пролила на ее свет и ваши светлые головы пополнились знаниями и вы увидели свет в конце тоннеля!

Вероятно, все из нас видели (хотя бы на фотографии) тест на беременность. Надеюсь, никому не приходилось встречаться с тест-полосками на наркотики_или проваливать допинг-тесты. И, скорее всего, все читали или смотрели экранизацию “Двенадцати стульев”, где Ипполит Матвеевич Воробьянинов, желая получить «радикальный черный цвет» волос, остался с шевелюрой всех цветов радуги, которую пришлось в итоге сбрить.
Удивительно, но процессы, которые лежат в основе всех примеров – одни и те же. На этих же процессах основан один из очень распространенных методов разделения и определения веществ – так называемая тонкослойная хроматография. Термин тонкослойная» всего лишь означает, что она проводится на слое_толщиной в миллиметр (по сравнению с объемной хроматографией, где толщина вещества-основы может составлять до сантиметра), а вот о том, что же такое «хроматография», стоит рассказать подробнее. В 1903 году русский ученый Михаил Цвет представил на суд ученых новый способ разделения веществ, из которых состоит хлорофилл – зеленый краситель в листьях – и назвал его «цветописью» или хроматографией. Забавное совпадение: человек_по фамилии Цвет работает с красителями и называет новый метод почти в свою честь. Основан этот метод был на отличиях в силах взаимодействия разных молекул с веществом-основой. В качестве последнего в опытах Цвета выступал мел, но сейчас чаще всего используют силикагель (маленькие шарики, которые можно найти в пакетиках с обувью при покупке) или оксид алюминия. Цвет засыпал мелкий порошок мела в вертикальную стеклянную трубку, утрамбовал его, осторожно залил водой (так, чтобы весь мел намок, но не «поплыл») и сверху залил немного раствора хлорофилла. Далее он добавлял воду, а ее избыток вытекал снизу. Постепенно зеленая полоска продвигалась вниз и разделялась на три – светло-зеленую, темно-зеленую и желтоватую. Когда каждая из полосок оказывалась внизу трубки, экспериментатор собирал вытекающую жидкость в отдельный стакан. Оказалось, что хлорофилл состоит из трех разных веществ –их потом назвали хлорофилл А, хлорофилл Б и лютеин. Именно из-за насыщенности цветов метод получит такое название. Почти сразу ученые поняли, что таким образом можно разделять и другие вещества. Сначала опыты ставились на смесях красителей, чтобы было проще определять, когда следует собирать вытекающую жидкость, потом научились работать и с бесцветными веществами, подсвечивая трубку ультрафиолетом, или добавляя реагенты, которые окрашивали соединения. Далее оказалось, что вместо воды можно использовать другие жидкости, и тогда список разделяемых веществ значительно увеличился. С дальнейшим развитием техники научились разделять газы, здесь в качестве жидкости используются азот или благородные газы, а длина трубки может достигать целых 150 м, поэтому ее нужно сворачивают в кольцо. Этот метод стал незаменимым помощником химиков-органиков для очистки получаемого вещества, потому что особенностью органического синтеза является огромное количество разных примесей, и выделение продукта та еще задача; биохимиков, так как один из видов хроматографии – почти единственный способ разделения белков; и химиков-криминалистов для определения состава чернил и доказательства подлинности документа или, например, определения состава наркотических смесей
Вернемся именно к тонкослойной хроматографии – ее можно провести очень быстро (до получаса – обычное время такого анализа, по сравнению с несколькими часами обычной хроматографии), прямо на месте (из оборудования – пластинка с силикагелем, стаканчик с жидкостью и пипетка, а не огромные установки, как для разделения газов) и без химического образования – нужно лишь капнуть образец на край пластинки и аккуратно поставить ее в стакан. За нас все сделают капиллярные силы – растворитель сам будет подниматься вверх. В конце нужно либо опустить пластинку в раствор-проявитель, либо, если вещества с самого начала были цветными, просто посмотреть на нее. Обычно на пластинку ставят две точки – образец (смесь веществ, в которой надо определить наличие чего-либо) и чистое вещество, которое мы ищем. Если на хроматограмме (так называется итоговая картина) образца окажется пятнышко на том же месте, где и на хроматограмме чистого вещества – значит, оно есть в смеси. Все очень просто и доступно даже ребенку. Кстати о детях – если в качестве пластинки использовать прямоугольный или круглый кусочек рыхлой бумаги (в идеале – фильтровальной), то можно разделить пигменты в черном фломастере. Оказывается, черный цвет – это смесь многих цветов, а не единый пигмент. Этот опыт хотя и очень простой, но и очень красивый. При возможности настоятельно рекомендую попробовать! В случае же Кисы Воробьянинова в качестве пластинки выступили его волосы (разные вещества в краске для волос по-разному осели на волосах), и при смывании произошло их разделение. Нерешенным вопросом остались тесты на беременность, допинг и наркотики. Тут тоже все просто – на эти полоски нанесены вещества, которые проявляют окраску только при наличии наркотиков, допинга или гормона ХКЧ (его количество у беременных гораздо больше) в моче. Аналогично, кстати, работают тест-полоски на сифилис, вирус иммунодефицита человека и даже на наличие в образце крови (это очень важно для криминалистов). И, естественно, тест-полоски на коронавирус, если такие появятся в широком доступе, будут основаны именно на продвижении вещества по полоске за счет капиллярных сил.
Вот и получается, что событие, которое было описано в 1928 году, детские эксперименты и современные экспресс-тесты основаны на одном физико-химическом процессе.