Медная добавка сделала "умные" материалы для имплантатов эластичнее

Пористые материалы на основе никелида титана (TiNi) широко применяются для создания имплантатов костей: они безопасны для организма, устойчивы к коррозии, износостойкие, а их структура похожа на структуру костей. Вместе с тем достаточно сложно придать им необходимую форму и тем более проблематично «подправить» ее потом.

Ученым удалось выяснить, что добавление меди в состав TiNi открывает возможности управления физико-механическими свойствами материала, позволяет регулировать температурный интервал проявления эффекта памяти формы. При этом необходимо соблюдать строгие пропорции в составе материала для имплантатов, поскольку легирование (добавка) Cu в литых сплавах системы TiNi свыше 10 атомных процентов меди снижает его технологичность и повышает хрупкость.

Кроме того, медь помогла увеличить износостойкость литых сплавов при температурах от 37 °C до 250 °C, а также повысить сопротивление коррозии, а значит, и обеспечить его долгую службу.

Важным открытием стало также определение диапазона оптимальных концентраций меди — он лежит в районе 3–6 ат.%. В этом случае для пористых сплавов вместе с широким температурным интервалом проявления обратимых деформаций характерно низкое значение напряжения мартенситного сдвига. Мартенситный сдвиг — это уровень напряжения, при котором накопление деформации идет не за счет пластического механизма, который является дефектным, а благодаря мартенситному превращению, то есть изменению взаимного расположения атомов в структуре сплава.

По мнению исследователей, работа имеет большую практическую ценность, поскольку позволит точнее моделировать объемные и сложные по конфигурации имплантаты, которые соответствуют структуре дефектов живой ткани.

Работа опубликована в журнале 📕Metals (IF = 2.70)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/484
#новости

Машинное обучение помогло подобрать условия синтеза высокоэнтропийного карбида

Высокоэнтропийные карбиды — уникальные материалы на основе углерода и 4–6 переходных металлов IV и V групп, устойчивые к очень высоким (свыше 2500 градусов) температурам и в целом достаточно стабильные. Атомы сразу нескольких элементов в эквимолярном соотношении составляют кубическую, как у поваренной соли, кристаллическую решетку, и из-за того, что все они «главные», обеспечивают достаточно сильный беспорядок, то есть высокую энтропию.

Электродуговые плазменные методы позволяют быстро достичь высоких температур, а потому рассматриваются как перспективные подходы к получению высокоэнтропийных карбидов. Чтобы выяснить, при каком именно нагреве получится однофазный материал, сотрудники Томского политехнического университета, Сколковского института науки и технологий и Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова решили использовать машинное обучение.

Сначала авторы оценили полную энергию решетки из атомов углерода и металлов (в данной работе — титана, циркония, ниобия, гафния и тантала) в разных положениях. Для описания межатомных взаимодействий использовали одну из разновидностей машиннообучаемых потенциалов межатомного взаимодействия (low-rank potentials) на наборе значений энергий различных конфигураций (расположения атомов металла в структуре), полученных методом теории функционала электронной плотности. Далее исследователи рассчитали, структуры с каким распределением металлических атомов в структуре карбида будут энергетически выгодны, а значит, и с большей долей вероятности образуются в диапазоне температур от 227 до 1727°C.

В результате авторы смогли выяснить, какие фазы при каких температурах формируются в системе (Ti, Zr, Nb, Hf, Ta)C. Проведенные эксперименты по синтезу этого карбида методом безвакуумного электродугового плазменного спекания показали, что при минимальной температуре материал распадается на несколько фаз, вероятно, из-за разной скорости диффузии металлов. Затем, по мере увеличения нагрева, все больший вклад вносят энтропийные процессы, свыше 927°C однородность структуры возрастает и при максимальной изученной температуре уже происходит образование однофазного карбида. Авторы подтвердили свои расчеты, изучив рентгенограммы экспериментальных материалов.

Работа опубликована в журнале 📕npj Computational Materials (IF = 12.26)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/485
#новости

Сегодня каналу ИОНХ РАН 🏛 исполнился ровно один год, и мы всей нашей командой хотим подзравить их 🎊

Если вы еще не подписаны и интересуетесь химией или работаете в науке, то рекомендуем подписаться!

Желаем каналу еще больше интересных постов, а сотрудникам института высокорейтинговых публикаций 👍

https://t.me/chemrussia/2092

Сочетание оксидов и углеродных нанотрубок поможет улучшить суперконденсаторы

Ученые СПбГУ🏛 разработали новые способы повышения эффективности суперконденсаторов за счет использования комбинации многослойных нанотрубок и оксидов переходных металлов. Один из подходов заключается в увеличении площади поверхности, обеспечивающей энергетическую эффективность электрода. Обычно в качестве основы электродов промышленных суперконденсаторов используют различные виды углерода, обладающие высокой удельной площадью поверхности.

В последнее время для повышения энергоэффективности и стабильности суперконденсаторов ученые разрабатывают гибридные материалы, которые накапливают энергию как за счет двойного электрического слоя, так и благодаря обратимым электрохимическим процессам, протекающим на поверхности электродов при наличии, например, оксидов переходных металлов, таких как оксиды кобальта, ванадия, рутения и других.

Во время эксперимента ученые наносили на поверхность нанотрубок слои оксида марганца, затем проводили температурные обработки для кристаллизации и формирования наночастиц. Это позволило увеличить удельную емкость более чем в два раза, однако данный показатель быстро снижался. Повысить электрохимические свойства удалось за счет оптимальной температуры обработки композита и последующего добавления оксида переходного металла рения. Как показали эксперименты, оксид рения закреплялся преимущественно вблизи наночастиц марганца и позволил увеличить долю электрохимически активного оксида марганца MnO2 путем доокисления MnOх.

Благодаря этому ученым удалось сделать материал более стабильным при циклических испытаниях заряда-разряда. Результат обусловлен сочетанием свойств оксидов и углеродных нанотрубок. С одной стороны, это приводит к увеличению вклада обратимых электрохимических процессов в удельную емкость, с другой — позволяет заметно увеличить вклад двойного электрического слоя при накоплении заряда.

Работа опубликована в журнале 📕Applied Sciences (Switzerland) (IF = 2.84)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/486
#новости

Лаборатория перспективных материалов энергетической отрасли

📍Организация: Национальный Исследовательский Томский Политехнический Университет🏛
🧪Области науки: Альтернативная энергетика, Материаловедение, "Зеленые" технологии

Чем мы занимаемся:
Лаборатория занимается вопросами синтеза как востребованных в энергетической отрасли материалов, так и созданием новых соединений электродуговым методом, а также задачами плазменной утилизации отходов. Работа лаборатории построена на оригинальном, разработанном сотрудниками подразделения, плазменном безвакуумном реакторе. Ведутся исследования в области синтеза карбидов, боридов металлов, в том числе высокоэнтропийных, исследования возможностей их применения в качестве компонентов катализаторов в процессах получения водорода и утилизации углекислого газа. Также ведутся исследования в области вовлечения в процесс синтеза материалов низкосортного сырья и отходов.

🔬Направления исследований:

— Плазменная переработка отходов с получением полезных продуктов

— Электродуговой синтез высших боридов металлов

— Электродуговой синтез каталитических материалов

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/411

#лаборатории

Оптические сенсоры помогут предотвратить аварии на нефтепереработке

Отслеживание состояния инфраструктуры — одна из важнейших производственных задач, которая позволяет обеспечить бесперебойную работу, не допустить материальных издержек, а также предотвратить опасные производственные ситуации вплоть до аварий, затрагивающих огромные территории. Один из перспективных подходов — установка разнообразных датчиков, которые могут фиксировать даже небольшие утечки опасных веществ, перепады давлений внутри приборов, критические повышения температуры и так далее.

Оптические сенсоры лучше всего подходят для систем охраны периметра и для мониторинга протяженных инфраструктурных объектов, таких как ЛЭП и газопроводы, а также сооружений для хранения и переработки нефти — электроника в них неприменима из-за опасности возгорания и взрыва.

Исследователи из Сколтеха🏛 и Харбинского института технологий разработали систему оптических сенсоров с алюминиевым покрытием для мониторинга состояния промышленных конструкций. В частности, сенсоры способны выдержать агрессивную среду дистилляционной башни — сооружения, в котором нефть разделяется на фракции: бензин, керосин и прочие. Непрерывно собирая информацию о состоянии объекта, система поможет предотвратить аварию и вовремя выполнить точечную починку вместо масштабных работ по ремонту и очистке всей башни. 

📑Работа опубликована в журнале Optics Letters (IF = 3.56)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/487
#новости

Создан прототип магнитных аэрогелей для сенсоров и катализаторов

Новые магнитные материалы пользуются большим спросом для создания устройств хранения информации с высокой плотностью, быстрой записи, высокопроизводительных вычислений, сенсорных или каталитических приложений. Наибольшее внимание привлекли одноионные магниты (ОИМ), в которых намагниченность сохраняется в отдельных ионах. Чтобы избежать магнитного обмена между ними, они должны быть пространственно разделены диамагнитной средой.

Недавно металлоорганические каркасы (MOF) были признаны отличной платформой для разработки материалов на основе ОИМ. Так можно достаточно точно подбирать пористость, осуществлять различные химические модификации и, наконец, вводить большое количество магнитных комплексов в диамагнитную матрицу. Однако ранее не было сообщений о создании подобных конструкций.

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН 🏛, Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова 🏛, Петербургского института ядерной физики и Института химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН🏛 предложили и успешно синтезировали принципиально новые высокопористые твердофазные материалы, проявляющие свойства молекулярных магнетиков. В основе — аэрогель из аморфного кремнезема, модифицированный ионами кобальта (II). Чтобы закрепить ионы на матрице, авторы проводили реакцию, в результате которой на кремнеземе получались этилендиаминовые группы, а аэрогели образовывались в ходе надкритической сушки в углекислом газе.

Полученные аморфные аэрогели имели пористость 60–78% и оказались достаточно однородными. При комнатной температуре во всех образцах отсутствовали сигналы электронного парамагнитного резонанса, что в случае высокоспиновых ионов кобальта могло говорить о слишком быстрой магнитной релаксации. Однако уже при охлаждении до -268°C такие сигналы появились, более того, образцы показали медленную магнитную релаксацию при приложении внешнего магнитного поля.

Таким образом, исследователи получили первые прототипы одноионных магнитов на основе аэрогеля. Поскольку ионы кобальта чувствительны к различным ароматическим молекулам, разработанные материалы очень перспективны в качестве компонентов сенсоров.

Работа опубликована в журнале 📕Molecules (IF = 4.93)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/488
#новости

#конференции

📌XIII Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии

🏛Место проведения — Москва, ИОНХ им. Н.С. Курнакова РАН🏛;
🗓Даты проведения — 3-7 апреля 2023;
⏰Сроки регистрации — до 1 февраля 2023;
👥Способ проведения — офлайн;
🔗Подробнее — по ссылке

Ударные волны не обязательно рождают новые звезды

Звезды, масса которых превышает массу Солнца в десятки и даже сотни раз, очень яркие и достаточно редко встречаются в нашей галактике. Как правило, они находятся на расстояниях в несколько тысяч световых лет от Земли, что сильно затрудняет их изучение. Один из самых известных примеров массивных звезд — Эта Киля, которая была описана астрономами еще в XVII столетии. Совокупная светимость этой двойной звезды превышает солнечную в пять миллионов раз.

Массивные звезды оказывают огромное влияние на эволюцию галактик. Как правило, они окружены горячими областями ионизованного водорода (HII), которые расширяются со временем, что приводит к возникновению ударных волн. Ударные волны распространяются по межзвездной среде и сжимают холодный молекулярный газ, что теоретически может запустить процесс звездообразования. Однако несмотря на то, что эта теория была предложена еще в середине ХХ века, увидеть ударную волну вокруг области HII, непосредственно сжатый ею газ и подтвердить теорию до сих пор не удавалось.

Российские астрофизики представили доказательства против теории, что ударные волны в облаках молекулярного газа запускают процесс образования новых звезд. Для этого они провели наблюдения расширяющейся области ионизованного водорода RCW 120 в 4,3 тысячи световых лет от Земли.

Принимая во внимание результаты теоретического моделирования, ученые провели наблюдения одной из реальных газовых структур в RCW 120. Они показали, что толщина слоя, сжатого ударной волной, составила 20-30 астрономических единиц. Плотность газа в нем оказалась примерно в 100 раз выше, чем в молекулярном облаке, которое окружает RCW 120.

При этом анализ полученных данных показал, что протозвезды, которые наблюдаются в выбранной для наблюдений области, находятся вне сжатого ударной волной слоя, хотя и близко к нему. Именно поэтому ранее считалось, что эти протозвезды были сформированы из-за действия ударной волны. По всей видимости, они сформировались спонтанно несколько сотен тысяч лет назад и существовали еще до того, как ударная волна сжала молекулярный газ вблизи них, что опровергает предложенную ранее теорию звездообразования.

Работа опубликована в журнале 📕Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (IF = 5.24)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/489
#новости

Составлен атлас регуляторных последовательностей, связанных с болезнями сердца

Сердечно-сосудистые заболевания являются одной из главной причин смерти людей во всем мире. У пациентов с подобными диагнозами иначе начинают работать гены, кодирующие разнообразные белки в клетках сердца. Не последнюю роль в этом играют регуляторные последовательности, среди которых — промоторы (их узнают ферменты РНК-полимеразы как точку начала синтеза нуклеиновой кислоты) и энхансеры (стимуляторы считывания информации с гена). Экспрессия каждого гена регулируется взаимодействием нескольких регуляторных элементов. Из-за специфичности работы клеток разных тканей и изменчивой активности генов (в том числе в патологии) до сих пор недостаточно хорошо изучено точное расположение промоторов и энхансеров.

Сотрудники Казанского (Приволжского) федерального университета🏛, Института белка РАН, Института общей генетики имени Н. И. Вавилова РАН🏛, Сеченовского университета и ФГБУ «НМИЦ эндокринологии» Минздрава России вместе с зарубежными коллегами использовали кэп-анализ экспрессии генов (CAGE) для идентификации и количественной оценки активности транскрибируемых регуляторных элементов во всех четырех камерах сердца здоровых и больных людей.

В результате авторы идентифицировали 17 668 промоторов и 14 920 энхансеров, связанных с активностью 14 519 генов в желудочках и предсердиях. Им удалось выявить конкретные регуляторные элементы, чья активность изменилась при поражении миокарда (кардиомиопатии). Например, в случае ишемической формы, возникающей из-за недостатка кислорода у тканей, сильнее были затронуты регуляторы генов разных метаболических путей, а в случае неишемической (из-за мутаций, инфекций и так далее) — иммунные.

Анализ также показал, что предсердия более чувствительны к сердечной недостаточности с точки зрения экспрессии генов, а еще у них чаще наблюдаются перерождения миоцитов в «желудочковый» тип при патологии. Процесс можно отследить на ранних этапах по активности генов и их регуляторов. Аналогичные связи с болезнью авторы установили и для других последовательностей.

Все данные исследования находятся в открытом доступе, и исследователи надеются, что их работа позволит кардиологам лучше разобраться в генетических особенностях развития болезней сердца и сосудов. Результаты также могут помочь в разработке новых препаратов и методов ранней диагностики.

📑Работа опубликована в журнале 📕 Nature Cardiovascular Research

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/490
#новости

#конференции

📌2023 IEEЕ Ural-Siberian Conference on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology

🏛Место проведения — Екатеринбург, Институт радиоэлектроники и информационных технологий🏛;
🗓Даты проведения — 15-17 мая 2023;
⏰Сроки регистрации — до 1 февраля 2023;
👥Способ проведения — офлайн;
🔗Подробнее — по ссылке

Композиты из сосновой коры стали основой для суперконденсаторов

Кора хвойных деревьев, обладающая высокой зольностью, из-за сложности ее переработки остается основным отходом деревообрабатывающей промышленности. В то же время она может быть ценным сырьем при производстве электродных материалов, где минеральная составляющая коры может играть роль природного катализатора в электрохимических процессах.

Ученые из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» разработали углеродосодержащие материалы из модифицированной сосновой коры. Они обладают хорошими энергетическими характеристиками и могут использоваться в качестве электродов для суперконденсаторов — современных накапливающих энергию устройств.

Отходы сосновой коры измельчали и смешивали с водными растворами, содержащими хлорид цинка, гидрокарбонат натрия или пероксид углерода, затем подвергали термической обработке. В результате ученые получали пористые углеродосодержащие материалы с различными добавками.

После анализа характеристик синтезированных материалов специалисты Красноярского научного центра определили, что наилучшими кандидатами на роль материала для создания электрода подойдут композиты, изготовленные из смеси сосновой коры с добавлением хлорида цинка. Они отличаются высокой пористостью и способностью к накоплению электрического заряда благодаря наличию в структуре наночастиц оксидов металлов, а также «неоднородной электронной проводимости».

Работа опубликована в журнале 📕Wood Science and Technology (IF = 2.90)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/491
#новости

Биологи обнаружили необычные вирусы симбионтов беломорских мшанок

Мшанки — колониальные беспозвоночные животные, обитающие на морском дне и встречающиеся также в пресных и солоноватых водах. Свое название эти животные получили за сходство со мхами, покрывающими камни и другие поверхности. Как и колонии кораллов, мшанки состоят из множества идентичных модулей — зооидов, каждый размером меньше миллиметра. Из-за неподвижного образа жизни их строение упрощено, однако у нескольких видов было обнаружено сложное взаимодействие с микроорганизмами, живущими в специальных органах — фуникулярных телах. Последние включают внутреннюю полость, окруженную двумя или более слоями клеток, и служат инкубатором для бактериальных скоплений.

Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН🏛 вместе с коллегами из Санкт-Петербургского государственно университета🏛 исследовали структуру этих органов, их бактериальное «население» и открыли новые вирусоподобные частицы, которые оказались не похожими на все известные ранее вирусы-бактериофаги.

Работа опубликована в журнале 📕 Scientific Reports (IF = 5.00)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/492
#новости

Химики разработали новый полуручной метод обработки данных

Сотрудники кафедры органической химии химического факультета МГУ🏛 с коллегами из Северного (Арктического) Федерального Университета применили новый подход обработки данных для масштабного анализа загрязнителей снега. Совмещение ручной обработки с хемометрическими подходами позволило выявить характеристические загрязняющие вещества, а также оценить сходство и различие образцов снега, собранного на разных участках Архангельска, и выявить вероятные источники загрязнений.

Изначально авторы проверили снег на присутствие 78 загрязняющих веществ из стандартного списка, особенно полиароматические углеводороды. Далее провели нецелевой поиск и нашли другие предполагаемые или совсем неожиданные вещества в пробе. Следующим стал важнейший этап — хемометрическая обработка массива полученных данных, который еще называют методом химических «отпечатков пальцев».

Для исследователей представляет особый интерес поиск причин, по которым образцы снега из разных частей города схожи или различны по содержанию загрязнителей окружающей среды. Для выявления этих причин можно использовать автоматическую обработку данных с помощью программных пакетов, находящихся в открытом доступе. Но при выборе набора параметров в этой программе нельзя повлиять на способ обработки данных. Это приводит к тому, что программа распределяет образцы согласно предположениям исследователя. Поэтому полученное группирование не всегда объективно отражает ситуацию.

Как отмечают исследователи, метод применим не только для объектов окружающей среды, но и для любых других больших массивов данных.

Работа опубликована в журнале 📕Analytical and Bioanalytical Chemistry (IF = 4.48)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/493
#новости

Лаборатория дизайна материалов

📍Организация: Сколковский институт науки и технологий 🏛
🧑🏻‍🔬Области науки: Кристаллография, Материаловедение, Химия высоких давлений

Чем мы занимаемся:
Наша лаборатория разрабатывает новые методы компьютерного дизайна материалов и применяет их к широкому кругу научных проблем. Наши сотрудники – талантливые молодые ученые, отбираемые со всего мира в жёстком конкурсе. Мы используем очень мощные суперкомпьютеры и у нас даже есть свой собственный. Мы разработали уникальные вычислительные алгоритмы и используем новейшие инструменты визуализации кристаллических структур. Каждый год у нас проходят стажировку исследователи и студенты со всего мира.

🔬Направления исследований:

— Разработка методов дизайна материалов

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/414

#лаборатории