0 просмотренных постов скрыто
Использование огня для получения наночастиц может произвести революцию в различных отраслях промышленности!
Огонь, безусловно, является одним из величайших открытий человечества. Он сыграл ключевую роль в развитии общества, став основой для многих из самых трансформирующих изобретений — от приготовления пищи и ковки оружия до генерации энергии и работы автомобильных двигателей внутреннего сгорания.
Сегодня огонь продолжает открывать двери к самым передовым нанотехнологиям, которые разрабатываются для лечения рака и создания дыхательных сенсоров для раннего выявления диабета и других метаболических заболеваний.
Нанотехнологии проникают практически во все аспекты нашей повседневной жизни. Например, я ранее писал о нанотехнологиях, использованных в мРНК-вакцинах, которые помогли нам преодолеть пандемию, и участвовал в обсуждениях о том, как нанотехнологии влияют на наше вино, здоровье кишечника и климат.
К примеру, газовые датчики, содержащие наночастицы, созданные с помощью огня, могут использоваться для проверки отсутствия метанола в алкогольных напитках. Метанол — это крайне токсичный спирт, который стал причиной многочисленных отравлений по всему миру.
Огонь — это способ, с помощью которого производятся наиболее широко используемые наночастицы и, следовательно, нанотехнологии. Например, треть веса автомобильной шины составляет углеродные наночастицы, которые создаются с использованием огня. Эти наночастицы помогают укрепить шину. Белая краска, которую мы используем для стен, и покрытия на некоторых таблетках содержат наночастицы титана, полученные в результате горения. Аналогично, фумигированный кремний — необходимый для оптоволоконных систем связи и интернета — также создается в огне.
Как производятся нанотехнологии?
Но как же образуются наночастицы, которые в 80-100 тысяч раз меньше толщины человеческого волоса, внутри пламени?
Я специализируюсь на производстве наночастиц в огне, используя технологию под названием пиролиз с распылением в пламени.
В ходе моих исследований я сжигаю горючие химические вещества, содержащие целевые металлические элементы, чтобы сформировать свои наночастицы. Во время сгорания все окисляется: углерод превращается в CO2, водород — в водяной пар, а металлические элементы — в металлические оксиды.
В течение миллисекунд, которые эти частицы металлического оксида проводят в огне, они сталкиваются и вырастают в нано- или микрочастицы. Я собираю эти частицы на фильтре, установленном над пламенем. Важные свойства, такие как размер и кристаллическая структура получаемых наночастиц, зависят от времени, проведенного частицами в огне.
Чем больше времени частицы проводят в кузнечном огне, тем крупнее они становятся. Мы также можем создавать сложные частицы, состоящие из нескольких элементов, сжигая смесь различных химических веществ. Этот процесс одновременно универсален и масштабируем — позволяя производить миллионы тонн наночастиц каждый год.
Преодоление ограничений!
Способность массово производить наночастицы стала одной из самых больших проблем в производстве нанотехнологий в больших масштабах. Это связано с тем, что большинство наночастиц, используемых в нанотехнологиях, можно создать только с помощью «мокрой химии» или с использованием жидкостей.
Процесс получения наночастиц из жидкостей в колбах может занимать часы: смешивание, нагрев, отделение и центрифугирование для получения лишь крошечных количеств материала. Эти процедуры зачастую слишком затратны и опасны для масштабирования, необходимого для жизнеспособной коммерциализации.
Например, квантовые точки (наночастицы, созданные из полупроводниковых материалов, обладающих как оптическими, так и электрическими свойствами) — открытие, отмеченное Нобелевской премией по химии в 2023 году. Эти наночастицы имеют потенциал революционизировать множество технологий, включая солнечные элементы, улавливание углерода и контрастные агенты, используемые в медицинской визуализации.
Тем не менее, квантовые точки практически не применяются в этих технологиях на большом масштабе, поскольку их производство с использованием мокрой химии может обойтись в колоссальные 45 000 долларов за грамм.
Однако в отличие от мокрой химии, огонь является простым, дешевым, масштабируемым и, что удивительно, безопасным процессом. Поэтому, когда разрабатываются методы, позволяющие производить высокоценные наночастицы, такие как квантовые точки, с помощью огня, затраты резко снижаются, и они становятся немедленно масштабируемыми и интересными для промышленности.
Тем не менее, огонь также может производить вредные частицы и побочные продукты.
Например, если вы положите салфетку перед выхлопом вашего автомобиля, на ней накопится черный налет. Этот черный осадок — сажа, образующаяся в результате горения внутри двигателя. Аналогично, курение сигарет приводит к образованию сажи и ее накоплению в легких курильщика, что часто вызывает рак.
Сажа также, по некоторым оценкам, является третьим по величине источником глобального потепления после углекислого газа и метана. Однако эти оценки могут недооценивать истинный вклад сажи в парниковые эффекты.
Технология пиролиза с распылением в пламени также использовалась для моделирования условий горения, чтобы более точно изучить влияние образующейся сажи, а также протестировать изменения процесса, которые могли бы практически исключить выбросы сажи. Например, одно из исследований показало, что инъекция воздуха после сгорания реактивного топлива может снизить выбросы сажи более чем на 90 процентов. Пиролиз с распылением в пламени может оставаться полезным инструментом для исследования воздействия загрязнений.
Будущее наночастиц.
Однако не все наночастицы могут быть произведены с помощью огня. Поэтому исследования, направленные на поиск новых рецептов и процессов для создания высокоценного материала, который в настоящее время невозможно получить с помощью огня, могут оказать значительное влияние.
Например, одной из основных задач моей текущей работы является исследование возможности использования огня для производства графена. Графен — это самый прочный материал, известный на наноуровне. Мои предыдущие работы показывают, что с помощью ультрафиолетового света графен может быть преобразован в прочные макроскопические структуры, что, возможно, позволит использовать его в 3D-печати.
Кроме того, существует огромный неиспользованный потенциал в наномедицине для интеграции наночастиц, которые уже можно производить с помощью огня. В настоящее время лишь около 30 типов наночастиц одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США — например, те, которые используются в вакцинах против COVID-19, а также железосодержащие наночастицы, применяемые для лечения анемии и заболеваний почек.
Все одобренные наномедикаменты вводятся инъекционно. Это оставляет много возможностей для исследования преимуществ неорганических наночастиц в медицине, особенно в области перорально применяемых терапий.
Показать полностью
Загадочные обитатели без огня: существуют ли современные люди которые не используют огонь?
В современном мире существуют племена, которые до сих пор не используют огонь. Самое известное из них – сентинельцы, живущие на Северном Сентинельском острове Андаманского архипелага. Они находятся в изоляции около 30-60 тысяч лет и сохранили примитивный образ жизни.
Сентинельцы не разводят огонь самостоятельно, но могут использовать естественные источники, такие как лесные пожары, сохраняя угли в глиняных сосудах. Их питание состоит из фруктов, корней, морепродуктов и добычи охоты. Первое упоминание о племени датируется 1867 годом, когда его заметил хранитель андаманских островов Иеремия Хомфрей.
Попытки контакта обычно заканчиваются неудачно. Трагический случай произошел в 2018 году, когда американский миссионер Джон Чау был убит стрелами местных жителей. Враждебность объясняется длительной изоляцией и негативным опытом предыдущих контактов.
Международное сообщество придерживается политики неприкосновенности для таких изолированных групп, считая важным сохранить их культуру и традиции. Изучение этих племен помогает понять ранние стадии развития человечества и показывает, что человек может адаптироваться к различным условиям без некоторых базовых изобретений цивилизации.
Показать полностью
Как правильно зажигать и тушить спиртовку
Видео для школьников 8-11классов
Проверка огнем на иллюзии
Задавшись вопросом физического плана
Почему кончики пальцев при нахождении в воде размокают как мокрая бумага, а другая кожа нет?
1.Почему суперклей исчезает с кончиков пальцев внезапно когда его перестаещь ощущать? Но при этом ткань и кожу склеивает намертво и прочнее на разрыв чем сам материал.
2.Почему при обморожениях очень быстро отключаются нервные окончания в кончиках пальцев ладоней, но практически никогда на кончиках пальцев на ногах.Отваливается нос - но не кожа лица?
3.Почему при нахождении живого человека в воде, длительное время(дни и недели)- его кожа не гниет и не разлагается.А при смерти в воде - тело человека сразу и очень быстро разлагается и становится мягким?
Некое несоотвествие физической теории - фактам.
Изучив некоторое количество источников о том как распознать иллюзии в реальном мире пришел в личному выводу который работает у всех.
Просьба подтвердить вашим личным опытом.
Нужно увеличительное стекло (очки с диоптриями).Пламя свечи или зажигалка, спички.
1.Взять стекло с диоптриями(увелительное)
2.Поднести пламя перед стеклом.
3.Смотреть глазами( правым, левым, и мифическим третьим глазом( те центром лба), для теста)
4.Важно менять фокус взгляда или желания посмотреть сквозь или через.Не залипать на свете огня , смотреть полупрозрачную часть.
Личный опыт.
1.Поднеся и смотря глазами на свои кончики пальцев, предметы можно увидеть - что через огонь видно либо четкий вид своих частей тела(предметов) либо что то размывающиеся или аморфоное( возможно сероватое, как будто в дымке,нечеткость через огонь).При перемещении будет видно будто масштаб скачет, взгляд перескакивает).
Смотря в зеркало тоже можно увидеть разные эффекты.
Особый эффект можно рассмотреть смотря через огонь через несколько увеличительных стекол , но смотря в отражение в увеличительном стекле за огнем.
Показать полностью
1
Ученые Пермского Политеха разработали огнезащитное покрытие для деревянных конструкций
Пропитанный образец во время воздействия огня
Деревянные конструкции активно применяются в строительстве. Из дерева изготавливают перекрытия, стены, декоративные покрытия. Его применение имеет свои преимущества и недостатки. Например, древесина меньше весит по сравнению с бетоном или камнем и легко обрабатывается. Но деревянные конструкции обладают высокой горючестью, поэтому для их эффективного и безопасного использования важно уделять большое внимание противопожарной защите. Неверно выбранный состав или технология применения могут причинить вред жизни и здоровью людей или привести к материальному ущербу. Для предупреждения возгораний можно использовать эффективные, недорогие и экологичные огнезащитные материалы – антипирены. При этом важно изучить еще и методы их нанесения. Технология, которая подойдет для одного вида древесных конструкций, не будет эффективна для другого. Поэтому разработка состава и подбор технологии его нанесения является актуальной задачей. Ученые ПНИПУ разработали экологичный и безопасный для человека антипиральный состав, сравнили его с антипиреном, представленным на розничном рынке, и разработали методику нанесения для нового вещества.
Разработка представлена на Бизнес-инкубаторе «Динамика роста», целью которого является содействие развитию инновационной экосистемы ПНИПУ созданием благоприятных условий и вовлечением обучающихся и сотрудников в реализацию стартап-проектов, стимулированием разработки перспективных технологий, повышением престижа науки.
Самый эффективный способ огнезащиты деревянных конструкций – модифицирование дерева с помощью покрытия материалами, которые предотвращают нагрев. Суть действия антипиренов состоит в том, что при достижении определенной концентрации внутри детали, они препятствуют горению. Этот эффект основывается на плавлении веществ, которые образуют на поверхности пленку. Из-за этого в конструкцию не попадает кислород, а тепло уходит на плавление антипирена. Сам состав разлагается при нагревании и выделяет негорючие вещества. Степень защищенности дерева определяется величиной поглощения антипирена и глубиной его проникновения. На это влияют многие факторы, такие как влажность древесины, ее вид, пропитываемая часть (ядро, заболонь), особенности строения и т. д. Составы, которые используются для пропитки сейчас, ограничены в своих свойствах и длительности действия.
Ученые ПНИПУ разработали экологичный, дешевый и эффективный состав пропитки и испытали его на образцах из ели. Для этого политехники смешали клей ПВА, 5% раствор канифоли в дибутилфталате и жидкое стекло. Клей использовали в качестве пленкообразователя для защиты от влаги, раствор канифоли необходим для улучшения проникаемости состава и сцепления с поверхностью, а жидкое стекло увеличивает время сопротивления горению.
– Полученный состав мы наносили кистью на поверхность дерева в один слой, затем сушили в течение 24 часов. Часть образцов выдерживалась при температуре около 23⁰С, а часть – до 50⁰С. Далее обработанные элементы испытывали – обжигали газовой горелкой в течение минуты. Во время проведения испытания было видно, что готовый материал образует на поверхности защитное покрытие, которое рассеивает пламя. Образец не горел, лишь немного покрылся нагаром, – рассказывает резидент бизнес-инкубатора «Динамика роста» ПНИПУ, магистр кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ Никита Пахоруков.
Далее ученые ПНИПУ провели дополнительные испытания при различных пропорциях компонентов в пропитке. В результате политехники выбрали наилучшее соотношение, которое позволило добиться подходящей плотности и при этом обеспечило огнезащитные свойства обрабатываемого материала.
Чтобы подтвердить эффективность нового состава, был взят покупной огнезащитный пропиточный состав Неомид. Он имеет хорошую проникающую способность и за счет своей меньшей плотности лучше подходит для сравнения режимов пропитки. Действие обоих составов схоже – при контакте с огнем защитный слой антипирена вспучивается, образуя огнестойкий теплоизоляционный слой, перекрывающий доступ кислорода к поверхности и не дающий древесине достигнуть температуры воспламенения.
– Мы пропитали образцы двумя составами при разных условиях: высокая температура, ультразвуковое воздействие, увеличение времени пропитки. Выяснилось, что ультразвук улучшает огнезащитные свойства древесины с новым составом примерно на 30% по сравнению с выдержкой в горячей ванне, и на 50% – при комнатной температуре. Использовать Неомид для пропитки древесины экономически выгоднее только при комнатной температуре около 23⁰C и не дольше часа. В итоге мы получили пропитку, которая не уступает привычному составу. По данным из экспериментов мы выяснили, что эффективнее всего проводить обработку в ультразвуковой ванне при начальной температуре 20⁰С -25⁰С в течение часа, – объясняет и.о. заведующего кафедрой, доцент кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ Павел Писарев.
Ученые ПНИПУ разработали экологичный и безопасный для человека антипиральный состав. В перспективе планируется использовать его не только для дерева, но и для иных композиционных материалов. Кроме совершенствования состава и технологии его нанесения в дальнейшем планируется проведение испытаний на морозостойкость, устойчивость к ультрафиолетовому и механическому воздействию.
Показать полностью
1
Защита от огня
Ученые сделали щит из стекловолокна, пропитанного кремнеземным аэрогелем, который выдерживает струю пламени огнемета температурой 2000°C.