Наноинженеры: давление открывает нанопоры в минералах

Наноинженеры: давление открывает нанопоры в минералах

Сжимая пористое твёрдое тело, учёные неожиданно заставили его поры открыться шире, при этом впуская и захватывая в ловушку ионы европия, сообщает «WordScience.org». Учитывая сходство между ионами европия и урана, команда учёных из в университета Южной Каролины (University of South Carolina), Йонсейского университета (Yonsei University — Южная Корея) и Стэнфордского университета (Stanford University), считает, что данное открытие может представлять собой новый перспективный путь для предприятий по переработке ядерных отходов.

Основное внимание в их работе пало на натролит, один из многих примеров алюмосиликатных минералов из группы цеолитов, которые имеют крошечные, с одинаково расположенными по расстоянию порами. Цеолиты имеют более, чем 100 различных форм и состав каждого варианта определяет размер полости и следовательно, виды молекул и ионов, которые могут быть сохранены, или исключены из их пор.

В результате, цеолиты могут разделять и сортировать химические соединения: если добавить в раствор, содержащую смесь ионов, они могут выборочно сохранять только те ионы, которые могут поместиться в их поры.

Авторы основываются на ряде исследований, которые демонстрируют, как установить контроль над «гостями», которых цеолиты будут держать в своей полости. Команда использует решение, которое используется довольно редко для контроля размера полости: давление.

Работая с натролитом, природным цеолитом с «2:03:10» отношением «Al:Si:O», команда сообщила в «Angewandte Chemie», что им удалось уговорить трёхвалентные «Eu3+» ионы на обмен с «К+» ионами в наноразмерных порах материала. После того, как давление было приостановлено, иммобилизованные ионы оказывались в ловушке.

«Что касается натролита, люди всегда говорили, что вы невозможно получить «Eu3+» в его пределах. Но под давлением, это возможно», — сказал Томас Фогт (Thomas Vogt), один из соавторов, профессор на кафедре химии и биохимии в колледже искусств и естественных наук Университета Южной Каролины.

Результат парадоксален в том, что гидростатическое давление применяемое в клетке алмазной наковальни, как правило превышает 1 Гпа (больше чем 10,000 атм) — это и может заставить поры в пределах натролита расширяться в объёме. «По существу, это открывает «окно» для увеличенных ионов, чтобы мигрировать в поры и оказаться там запертыми в ловушке, после сброса давления», — сказал Вогт.

Обмен ионов европия даёт многообещающие надежды для предприятий по переработке ядерных отходов. «Радиус Eu3+ = 108,7 пиктометров, которая близка к 103 пиктометрам U4+», — сказал Вогт. «Мы доказали, что можем обмениваться Eu3+ на K+. Этот разновалентный обмен заменяет 90% калия».

Помимо этого, Фогт считает, что изучение поведения натролита под давлением может оказаться полезным для учёных, исследующих внутренние работы земной коры. «Мы создали картину того, как оказание давления приводит к не-интуитивному увеличению объёма и даже к поглощению воды», — сказал он. «Всё это — обычные материалы в земной коре. Минералогия, тектоника… — есть много областей, где данное открытие может представить особый интерес», — закончил Фогт.

Источник: wordscience.org

Похожие новости:
Ученые создадут давление, как в центре Земли
Алмазные кристаллы, имеющие специальную форму и сложную поверхность, будут использованы при создании научной установки, с помощью которой ученые могут воспроизвести постоянное давление, превышающее давление в центре Земли. Новая технология изготовления и обработки алмазных кристаллов, своего ..
2012-11-2 2360 1 Научные открытия
0
Рекордное давление открывает путь внутрь атомов
Российские физики совместно с коллегами из Европы и Америки впервые увидели взаимодействие внутренних электронов атомов осмия, помещенных под рекордное давление. Большая команда исследователей из России, Германии, Швеции, США, Нидерландов и Франции провела исследования поведения кристаллической структуры осмия ..
2015-08-27 5081 0 Научные открытия
2
Ученые впервые получили металлический водород
Ученым из Германии и США удалось сжать до состояния металла жидкий дейтерий (изотоп водорода). Это новый шаг на пути к созданию твердого металлического водорода, сообщается в журналеScience. В 1935 году Хиллард Хантингтон и Юджин Вигнер выдвинули теорию, по которой для получения металлического водорода ..
2015-07-01 7802 0 Научные открытия
1
Российские ученые объяснили природу гипертонии
Российские биологи нашли возможные причины развития гипертонии (стойкого повышения артериального давления). Соответствующее исследование опубликовано в журнале Experimental Physiology, кратко о нем сообщает Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук.Одну из возможных причин развития ..
2017-03-10 10945 0 Научные открытия
-1
Немцы разработали сверхпроводник, работающий при –70°С
Сверхпроводимость впервые была замечена в металлах, охлажденных до температуры, близкой к абсолютному нулю. Далее стараниями учёных, перебиравших почти все подряд элементы таблицы Менделеева, были найдены такие сверхпроводники, которые работали в жидком азоте (это всё ещё слишком низкая ..
2015-08-24 6137 0 Научные открытия
3
Химики объяснили исчезающие острова Титана
Химики из Университета Реймса (Франция), Мексиканского института нефти и Национального политехнического института нефти объяснили возникновение и исчезновение «островов» в морях Титана. По словам исследователей, похожие на острова объекты в действительности являются крупными пузырьками азота, поднимающимися с глубины порядка 200 метров. Повышенное ..
2017-04-19 22235 0 Научные открытия
0
Ученые раскрыли секрет выносливости верблюдов
Генетиками из Китая и Монголии был расшифрован геном двугорбого верблюда, раскрыв секрет его поразительной выносливости.Бактрианы приспособлены к жизни в наиболее тяжелых условиях сухого континентального климата. Они могут долго обходиться без воды, питаться грубой малопитательной пищей, и при этом прекрасно себя ..
2012-11-20 2609 0 Научные открытия
0
В США увидели «твердый» свет
Ученые из США и Швейцарии сумели продемонстрировать корпускулярные свойства света. «Твердый» свет, наблюдаемый специалистами в лаборатории в США, открывает большие возможности для исследований в области квантовой оптики и физической кинетики. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Reviev ..
2014-09-10 3183 0 Научные открытия
0
Ученые  привезли из Антарктиды воду реликтового озера
Отечественная наука - на пороге сенсационного открытия. Начинается исследование воды из самого загадочного в мире озера. Оно находится в Антарктиде, под российской станцией "Восток", и миллионы лет было замуровано километрами льдов, которые, наконец, удалось преодолеть российским специалистам. В Антарктиде все полярники ..
2012-02-26 3595 0 Научные открытия
0
Смертельный приговор теории относительности
Проанализированы эксперименты последних четырех лет по измерению скорости нейтрино. Показано, что все эксперименты удовлетворяют представлениям создателя классической электродинамики Хевисайда о возможности преодоления частицей светового барьера при ее быстром ускорении. Как это ни странно, сверхсветовые нейтрино не противоречат и работе Эйнштейна «К ..
2012-08-29 2377 0 Научные открытия
0
Российские ученые на пороге сенсационного открытия
Ученые приступают к исследованиям воды, привезенной из озера, которое миллионы лет было замуровано в антарктических льдах. Дорога к реликтовому водоему под станцией "Восток" длилась почти 30 лет. Метр за метром ученые подбиралось к этой капсуле времени. Исторический момент первого ..
2012-02-25 4232 1 Научные открытия
0
Музыка может буквально изменить головной мозг
Исследования, представленные на ежегодной встрече Общества неврологии (англ. Society for Neuroscience) в этом году показали, что музыкальное образование отвечает за перестройку и укрепление различных областей человеческого мозга, особенно, когда такое обучение начинается в возрасте до 7 лет, сообщает mindbrain.ru.Некоторые ..
2013-11-18 3449 0 Научные открытия
1
Черные дыры обошли теоретический предел яркости
Астрофизики из США и Австралии обнаружили, что количество энергии, которая вырабатывается веществом, падающим на черную дыру, может превышать так называемый теоретический предел Эддингтона. Исследование опубликовано в журнале Science, кратко о нем пишет New Scientist. Выводы авторов основаны на долговременных наблюдения за черной дырой ..
2014-02-28 2559 0 Научные открытия
0
Российские ученые раскрыли механизм получения природного инсектицида
С помощью квантово-химических расчетов ученые из Института органической химии имени Зелинского Российской академии наук расшифровали механизм получения важного природного инсектицида. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале PLOS ONE, а кратко о них сообщили в пресс-релизе, поступившем ..
2015-04-13 4823 0 Научные открытия
0
Модернизация  БАК открывает новые научные горизонты
Большой адронный коллайдер (БАК) был остановлен с целью проведения модернизации. Этот процесс займёт, по меньшей мере, два года. Исследователи выражают надежду на то, что эта модернизация позволит БАК достичь своей полной мощности, которая была снижена после инцидента, случившегося вскоре ..
2013-04-8 1849 0 Научные открытия
0