Процедура эксперимента достаточно проста:

1. Готовим сильно концентрированный раствор повареной соли. (долго кипятим воду постепенно добавляя соль, пока она не перестанет растворяться)

2. Выбираем банку, желательно стеклянную. В идеале кристаллизатор из хим. лаборатории.

3. На дно банки насыпаем слой примерно 1 см медного купороса.

4. На слой медного купороса насыпаем слой 2 см повареной соли.

5. На слой повареной соли кладем фильтровальную бумагу так, чтобы она плотно прилегала стенкам банки, не оставляя зазоров.

6. На фильтровальную бумагу кладем лист жести, вырезанный по площади чуть меньше бумаги. (я брал просто крышку от консервов и немного обрезал края, зачистив по всей площади)

7. Заливаем сильно концентрированным раствором поваореной соли. (NaCl)

Оставляем примерно на месяц. В процессе иногда заглядывая можем увидеть формирование кристаллов, как агломераций (объединений) наночастиц меди в слоях поваренной соли или у самого листа фильтровальной бумаги.

После вырастания кристаллов нужного размера, кристалы нужно промыть спиртом, можно изопропилом. Хранить либо в колбе заполненной инертным газом, аргоном, либо покрыть сразу же при извлечении из кристаллизатора слоем защиющего лака. Например ювелирного антиокислительного.

!! Будьте осторожны!!! Если не промыть кристаллы спиртом, с высокой вероятностью он покроются высоко токсичным хлоридом меди или сульфатом меди. Из-за чего это происходит, не выяснял. И почему чистая медь опять становится сульфатом, тоже не знаю.

XRS исследование получившихся кристаллов показало, что в слоях меди присутствуют следы сульфата меди и оксида меди. Благодаря XRS также понял, что зелеными кристаллы становятся именно из-за того, что медь превращается в сульфат меди и хлорид меди.

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, представляет собой значительный прорыв в области материаловедения, позиционируя синтетические полимеры как экологически чистую и экономически выгодную замену дорогостоящим и неустойчивым минералам, традиционно используемым в производстве ключевых электронных компонентов, таких как проводники, транзисторы и диоды. Эти минералы, включая редкие металлы вроде индия, галлия и германия, часто добываются в ограниченных количествах и связаны с экологическими проблемами, такими как загрязнение окружающей среды и этические вопросы добычи. Новые полимеры, разработанные командой ученых из ведущих американских университетов, предлагают путь к более устойчивому производству электроники, потенциально снижая зависимость от дефицитных ресурсов и минимизируя углеродный след.

Проект возглавляется профессорами Ин Диао и Хоакином Родригесом Лопесом из Университета Иллинойса в Урбане—Шампейне, в тесном сотрудничестве с Жан-Люком Бредасом из Университета Аризоны, Джоном Рейнольдсом из Технологического института Джорджии и Дали Сан из Университета штата Северная Каролина. Команда объединяет экспертов в области химической инженерии, материаловедения и теоретической химии, что позволило интегрировать экспериментальные и вычислительные подходы для достижения результатов. Ин Диао, специалист по органическим полупроводникам, и Хоакин Родригес Лопес, эксперт в электрохимии, внесли ключевой вклад в дизайн и тестирование материалов, в то время как Бредас предоставил теоретические модели для понимания электронных свойств, а Рейнольдс и Сан — опыт в синтезе функциональных полимеров.

Ключевые инновационные свойства этих полимеров основаны на двух взаимосвязанных механизмах: контролируемой хиральности и химическом легировании. Хиральность — это свойство молекул не совпадать со своим зеркальным отображением, что в природе часто используется для создания сложных структур, таких как ДНК или белки. В контексте полимеров хиральность может быть достигнута путем постоянного скручивания полимерной цепи, что придает материалу спиральную форму. Это не только повышает структурную стабильность, но и позволяет направлять электрический ток более эффективно, транспортируя электроны с одинаковым направлением вращения — квантовым состоянием, известным как спин. В электронике это может привести к улучшенной проводимости и снижению потерь энергии, что критично для устройств вроде органических транзисторов или гибких дисплеев.

Легирование, второй ключевой элемент, заключается в добавлении химических веществ (добавок) для модификации свойств полупроводника. Этот процесс, давно применяемый в неорганических материалах, таких как кремний, теперь адаптирован для полимеров. Легирование повышает концентрацию носителей заряда (электронов или дырок), улучшая проводимость и стабильность. Однако в полимерных системах этот процесс был менее изучен, и команда обнаружила, что хиральность играет неожиданную роль в его усилении. "Мы были очень удивлены, обнаружив, что структурная хиральность, которая до сих пор не считалась параметром, имеющим отношение к легированию, значительно усиливает химическую реакцию, которая контролирует легирование в полимерах", — отметил Ин Диао, профессор химической и биомолекулярной инженерии в Университете Иллинойса. Это открытие предполагает, что хиральная структура полимера облегчает взаимодействие легирующих агентов с полимерной матрицей, потенциально через влияние на спин электрона, что повышает эффективность переноса заряда.

В лаборатории исследователи экспериментировали с методами обработки растворителями для скручивания полимеров, тщательно контролируя степень хиральности и, как следствие, электропроводность. Ранее проведенные исследования Диао показали, что повышенная хиральность может негативно влиять на подвижность заряда, локализуя электроны и снижая их способность к свободному перемещению, что приводит к падению проводимости. Однако в этом новом исследовании после легирования ситуация изменилась: повышенная хиральность неожиданно способствовала росту проводимости. Команда предлагает гипотезу, что хиральность влияет на спин электрона, создавая условия для более эффективного легирования и, возможно, для квантово-механических эффектов, таких как спин-зависимый транспорт. Это может открыть двери для новых типов полупроводников, где спин электрона используется для управления током, аналогично спинтронике.

Несмотря на впечатляющие результаты, ученые подчеркивают, что точный механизм остается не до конца понятым. "Необходимы дополнительные исследования, чтобы прояснить точные процессы, которые происходят, когда хиральность влияет на проводимость в легированных полимерах", — сказал Диао. Для перехода к коммерческим технологиям потребуется дальнейшая валидация, включая тестирование на масштабируемость, долговечность и интеграцию в реальные устройства. Будущая работа команды сосредоточится на научном подтверждении предложенного механизма с помощью продвинутых спектроскопических методов и компьютерного моделирования, а также на изучении практических применений — от гибкой электроники и солнечных панелей до биосовместимых сенсоров. Эти полимеры могут революционизировать отрасли, где устойчивость и стоимость критичны, способствуя переходу к "зеленой" электронике и снижая зависимость от редких минералов. Исследование не только демонстрирует потенциал органических материалов в современной науке, но и подчеркивает важность междисциплинарного сотрудничества для решения глобальных вызовов.

В мире элементов периодической таблицы немало «неудобных» гостей — тех, что поначалу приносят больше хлопот, чем пользы.

Ванадий (V) — яркий пример такой «непростой личности». История ванадия — это путь от досадной примеси в железных рудах до ключевого компонента суперсплавов и промышленных катализаторов.

Нежеланный гость в металлургии

В XIX веке ванадий был настоящей головной болью для металлургов. Он незаметно «прятался» в железных рудах, особенно в тех, что добывали в Испании и Мексике.

Проблема в том, что даже небольшие примеси ванадия делали сталь хрупкой при нагреве — а это катастрофа для кузнецов и сталеваров.

Химики долго не могли понять причину: металл выделялся сложно, его свойства изучены слабо, а влияние на сплавы казалось хаотичным.

Лишь к концу XIX века стало ясно: ванадий — не враг, а потенциальный союзник, но только если научиться им управлять.

Революция в производстве серной кислоты

В начале XX века серная кислота стала «хлебом химической промышленности»: без неё не обходились производство удобрений, красителей, взрывчатых веществ.

Но классический метод получения (контактный процесс) требовал платины в качестве катализатора. Платина дорога, дефицитна, а её активность падает из‑за примесей.

Тут‑то и пригодился ванадий. В 1910–1920‑х годах химики создали ванадиевый катализатор (обычно на основе V₂O₅) для окисления SO₂ до SO₃. Его преимущества:

• в десятки раз дешевле платины;

• устойчив к «отравлению» примесями;

• работает при температурах 400–600 °C;

• легко регенерируется.

Результат? Стоимость серной кислоты рухнула, а её производство выросло в масштабах.

Сегодня почти вся промышленная серная кислота делается с ванадиевыми катализаторами.

Крылья для авиации и космоса

1950–1960‑е годы — эпоха реактивной авиации и первых космических программ. Двигатели новых самолётов и ракет требовали сплавов, которые:

• выдерживают температуры выше 1000 °C;

• не теряют прочность при циклических нагрузках;

• устойчивы к окислению.

После долгих поисков инженеры обратили внимание на жаропрочные никелевые сплавы с ванадием. Добавка V (1–3 %):

• укрепляет границы зёрен металла;

• тормозит ползучесть при высоких температурах;

• повышает усталостную прочность.

Сегодня лопатки турбин реактивных двигателей — это сложнейшие композиты, где ванадий играет роль «невидимого каркаса». Без него невозможны ни сверхзвуковые самолёты, ни современные ракетные двигатели.

Чистота как искусство

Получить ванадий высокой чистоты — задача не из лёгких. В природе он почти всегда связан с другими элементами (железом, титаном, фосфором).

Традиционные методы (восстановление оксидов углём или алюминием) давали металл с примесями, снижающими его ценность.

Прорыв случился с развитием зонной плавки и вакуумной дистилляции. Эти технологии позволили:

• очищать ванадий до 99,9 % и выше;

• удалять критические примеси (кислород, азот, углерод);

• получать монокристаллы для исследований.

Чистый ванадий нашёл применение в:

• ядерных реакторах (как компонент отражателей);

• сверхпроводящих сплавах (при низких температурах);

• высокотехнологичных аккумуляторах.

Современные горизонты

Сегодня ванадий переживает новую волну интереса:

• Ванадиевые редокс‑батареи (VRFB) — перспективный способ хранения энергии от солнечных и ветровых станций. Их плюс — долгий срок службы и возможность масштабирования.

• Сплавы для 3D‑печати — ванадий усиливает прочность деталей, напечатанных из никелевых и титановых порошков.

• Медицина — исследования биосовместимых сплавов с ванадием для имплантатов.

Почему ванадий — особенный?

Его уникальность в гибкости:

• В малых количествах — легирующая добавка, превращающая обычную сталь в броневую или рессорную.

• В оксидах — катализатор, меняющий экономику химической промышленности.

• В чистых кристаллах — материал для высоких технологий.

История ванадия — это урок: даже «проблемный» элемент может стать ключевым, если найти к нему правильный подход.

От досадной примеси до крылатого металла — таков путь ванадия в мире технологий.