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

Червеобразные ящерицы оказались обладателями уникальных половых хромосом

В отличие от млекопитающих, пол которых зависит от половых хромосом (пара X-хромосом определяет женский пол, а XY — мужской), у рептилий существуют разные механизмы определения пола. Например, пол крокодилов, черепах и некоторых ящериц зависит от температуры, при которой развивался эмбрион в яйце. У большинства чешуйчатых рептилий, к которым относятся змеи и ящерицы, пол, как и у млекопитающих, связан с набором половых хромосом. Однако, в отличие от млекопитающих, у многих рептилий одинаковыми половыми хромосомами (то есть парой XX) обладают самцы, а не самки.

Считается, что червеобразные ящерицы (Dibamidae) — одна из наиболее древних групп рептилий, которая в процессе эволюции раньше других отделилась от общего предка змей и ящериц. Ученые полагают, что эта группа могла получить от последнего общего предка всех чешуйчатых некоторые примитивные черты, в частности строение половых хромосом и механизм определения пола. В свою очередь, исследование этих признаков поможет понять их эволюцию по мере развития пресмыкающихся.

Ученые из Института проблем экологии и эволюции имени А. Н. Северцова РАН🏛, Зоологического музея МГУ, Института общей генетики имени Н. И. Вавилова РАН🏛, Карлова университета и Российско-Вьетнамского тропического научно-исследовательского и технологического центра описали систему определения пола червеобразных ящериц (Dibamus deharvengi), обитающих во Вьетнаме. Для этого авторы отловили четырех самок и двух самцов, отличающихся от женских особей наличием рудиментарных, то есть недоразвитых, задних конечностей. Исследователи проанализировали половые хромосомы отловленных особей и определили состав их генов.

Авторы показали, что самцы этого вида червеобразных ящериц имеют X и Y хромосомы, а самки — две X хромосомы, что напоминает определение пола млекопитающих, а не родственных групп рептилий. Надо сказать, что X-хромосома дибамид оказалась одной из самых крупных среди всех известных позвоночных. В ее составе ученые выделили 1515 генов, около половины из которых схожи с генами соматических (неполовых) хромосом курицы. Это говорит нам о том, что гены в половых хромосомах по-разному комбинировались в разных эволюционных линиях позвоночных животных. Y хромосома червеобразной ящерицы, напротив, оказалась слабо развитой из-за того, что в процессе эволюции лишилась части генов.

Работа опубликована в журнале 📕Journal of Evolutionary Biology (IF = 2.52)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/494
#новости

Новая теория позволит предсказать самосборку белковых наночастиц

Белковые оболочки вирусов — капсиды, являются одной из наиболее совершенных систем доставки, действующей на наноуровне. Поэтому, после соответствующих модификаций, капсиды и подобные белковые структуры используют, например, медики для доставки лекарств и разнообразных биологически активных веществ, химики для создания защитных оболочек катализаторов и материаловеды для получения функциональных наноматериалов. Для этого ученым нужны математические модели, способные описать устройство белковых оболочек, процесс их синтеза и взаимодействие с окружением.

Исследователи из Южного федерального университета🏛 предложили подход, который позволяет описать самосборку полых белковых наночастиц, напоминающих по форме вирусы. В его основе лежат теория Ландау, посвященная кристаллизации и структурным фазовым переходам в кристаллах. Подход основан на двух центральных идеях.

Во-первых, энергия представляется скалярной функцией распределения плотности вещества и не меняется при преобразованиях симметриии структуры, например симметрии куба, или двадцатигранника-икосаэдра. При этом у этой функции есть специальные коэффициенты, учитывающие такие факторы внешней среды, как температура и давление. Во-вторых, переход между начальным состоянием, когда составляющие наночастицу молекулы пока не выстроились определенным образом друг относительно друга, и уже сборкой в полноценную структуру наиболее существенно зависит лишь от одной степени свободы, называемой параметром порядка, который и определяет симметрию и структуру системы.

Так, авторы, основываясь на классических представлениях, предложили новую модель самосборки белковых наночастиц.

Работа опубликована в журнале 📕 Physical Review B (IF = 3.91)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/495
#новости

Отдел нейтронных экспериментальных станций

📍Организация: НИЦ Курчатовский институт🏛
🧑🏻‍🔬Области науки: Нейтронные исследования

Чем мы занимаемся:
На базе реактора ИР-8 сформирован современный нейтронный исследовательский комплекс, включающий в себя шесть экспериментальных станций, расположенных на выходах горизонтальных экспериментальных каналов, которые используются для проведения фундаментальных и прикладных исследований в области физики конденсированного состояния и материаловедения.

В настоящее время комплекс работает в режиме коллективного использования, и, следовательно, принимаются заявки от российских и зарубежных исследователей на проведение экспериментов с использованием оборудования комплекса. Приборная база комплекса постоянно модернизируется и расширяется.
Проводятся работы по созданию на касательном канале установки для нейтронной интроскопии в белом пучке нейтронов.

Планируется установка водородного источника холодных нейтронов с тремя суперзеркальными нейтроноводами. На этих нейтроноводах будут располагаться: прибор для изучения малоуглового рассеяния нейтронов; дифрактометр для исследования структуры микрообразцов; нейтронный рефлектометр. Ввод в эксплуатацию этих установок существенно расширит экспериментальные возможности комплекса.

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/420

#лаборатории