Tag: Nanodalelės

  • Mįslingos Sudano dykumos dubenėlių šviesos paslaptis: mokslininkai rado nanodalelių pėdsaką

    Mįslingos Sudano dykumos dubenėlių šviesos paslaptis: mokslininkai rado nanodalelių pėdsaką

    Rytų Sudano dykumoje aptikti prabangios keramikos fragmentai atskleidė netikėtą technologinę paslaptį: jų auksinį, gintarinį blizgesį kūrė ne auksas, o itin plonas sidabro ir vario nanodalelių sluoksnis. Nauja cheminė ir mikroskopinė analizė rodo, kad šie indai greičiausiai buvo pagaminti toli nuo radimvietės, o tai papildo žinias apie viduramžių prekybos tinklų mastą.

    Artefaktai rasti Deraheib vietovėje, siejamoje su viduramžių miestu al-Allaqi. Ši teritorija šiandien atrodo atšiauri ir sausa, tačiau maždaug prieš 1 000 metų ji buvo svarbiose kryžkelėse, jungusiose Nilo slėnį su Raudonosios jūros pakrante, o regiono aukso ištekliai traukė pirklius ir amatininkus.

    Tyrėjai išanalizavo 20 keramikos fragmentų, datuojamų plačiai IX–XII amžiais. Tai buvo ne kasdieniai indai, o nedideli, gausiai dekoruoti dubenėliai, priskiriami vadinamajai liustrinei, arba blizgiojo dekoro, keramikai: paviršiuje matyti augaliniai ir gyvūniniai motyvai, arabiški įrašai bei dvaro kultūrai būdingos scenos.

    Kaip sukuriamas auksinis blizgesys

    Didžiausią staigmeną pateikė blizgesio kilmė. Liustrinė tapyba buvo viena pažangiausių viduramžių islamo pasaulio keramikos dekoravimo technikų: ant jau išdegto ir glazūruoto paviršiaus meistrai tepdavo sidabro bei vario junginius, o tuomet indą dar kartą degdavo sumažinto deguonies sąlygomis.

    Tokio degimo metu glazūros paviršiuje susiformuodavo itin plona metalinių nanodalelių plėvelė. Būtent ji suteikdavo auksinį, rausvai gintarinį ar švytintį efektą, nors aukso tam nereikėdavo, o rezultatas priklausydavo nuo dalelių dydžio, jų pasiskirstymo ir degimo režimo.

    Nanodalelės išliko po 1 000 metų

    Pirmiausia mokslininkai pasitelkė mikro rentgeno fluorescencijos žemėlapiavimą, leidžiantį neardant nustatyti elementų pasiskirstymą. Dekoratyvinėse, gintarinėse zonose jie užfiksavo padidėjusias sidabro ir vario koncentracijas, o vieną fragmentą vėliau ištyrė gerokai detaliau mikroskopiniais metodais.

    Daugiau nei 200 matavimų parodė, kad sidabro nanodalelių skersmens mediana siekė apie 8 nanometrus, o 90 proc. dalelių buvo maždaug 5–12 nanometrų dydžio. Tyrėjai taip pat nustatė, kad net ir po maždaug tūkstančio metų sidabras išliko metalinės būsenos, o tai rodo įspūdingą tokio sluoksnio stabilumą glazūroje.

    Kur buvo pagaminti dubenėliai

    Ne mažiau svarbus klausimas buvo kilmė. Indų stilius jau anksčiau leido įtarti mezopotamišką tradiciją, nors panašūs gaminiai buvo kuriami ir Egipte, pavyzdžiui, Fustate, dabartinio Kairo apylinkėse.

    Sprendžiamą užuominą pateikė glazūros cheminė sudėtis: lygindami tokių elementų kaip švinas, alavas ir magnis proporcijas, autoriai nustatė, kad Deraheib fragmentai labiau panašūs į Irako pavyzdžius nei į egiptietiškus. Labiausiai tikėtina gamybos vieta įvardijama Basra, tačiau pabrėžiama, kad tai nėra absoliutus patvirtinimas, nes dalis palyginamųjų duomenų gauta kitais analitiniais metodais.

    Šie rezultatai primena, kad pažangios medžiagų technologijos neatsirado vakar: viduramžių meistrai gebėjo valdyti procesus, kurie šiandien apibūdinami nanomastelio terminais. Kartu radiniai sustiprina prielaidą, kad per dykumas ir uostus driekęsi prekybos maršrutai galėjo pernešti ne tik auksą ar prieskonius, bet ir prabangos prekes bei technologines žinias tarp tolimų regionų.

  • Mokslininkai atskleidė, kodėl auksas nerūdija: paslaptis slypi atomų paviršiuje

    Mokslininkai atskleidė, kodėl auksas nerūdija: paslaptis slypi atomų paviršiuje

    Auksas vertinamas ne tik dėl retumo ar spindesio, bet ir dėl itin didelio atsparumo korozijai. Skirtingai nei geležis ar varis, jis praktiškai nerūdija ir neapsineša oksidų sluoksniu net po labai ilgo laiko.

    Ši savybė chemijoje siejama su vadinamuoju cheminiu kilnumu, kai medžiaga mažai reaguoja su aplinkoje esančiu deguonimi. Vis dėlto klausimas, kas tiksliai lemia tokį auksui būdingą inertiškumą, ilgą laiką buvo aiškinamas gana apibendrintai.

    Kas vyksta aukso paviršiuje?

    Tulane universiteto mokslininkai Santu Biswas ir Matthew M. Montemore kompiuterinėmis simuliacijomis išnagrinėjo, kaip deguonies molekulės sąveikauja su skirtingos sandaros aukso paviršiais. Tyrime daugiausia dėmesio skirta tam, ar deguonies molekulė gali „perskilti“ į du aktyvius deguonies atomus.

    Modeliuota dviem atvejais: kai paviršiaus atomai susirikiuoja į labai tankią, stabilią, šešiakampę struktūrą, ir kai susidaro laisvesnis, labiau kvadratinis motyvas. Būtent šis skirtumas, anot autorių, ir paaiškina, kodėl masyvus auksas beveik neoksiduojasi.

    Tankiame šešiakampiame tinkle deguonies molekulei tiesiog neužtenka „vietos“ patogiai suirti, todėl oksidacijos procesas beveik neprasideda. Laisvesnėje, kvadratinėje geometrijoje sąlygos priešingos, todėl deguonis daug lengviau aktyvuojamas.

    Kodėl aukso nanodalelės elgiasi kitaip?

    Mokslininkai pabrėžia, kad nanodalelių elgsena gali stipriai skirtis nuo masyvaus metalo. Mažose aukso dalelėse ne visada susiformuoja tobulai „užrakintas“ tankus paviršius, todėl atsiveria reaktyvesni plotai, kuriuose deguonies aktyvacija tampa reali.

    Tai svarbu katalizėje, kur deguonies aktyvavimas yra vienas pagrindinių žingsnių daugelyje oksidacijos reakcijų. Pavyzdžiui, norint paversti anglies monoksidą anglies dioksidu, reikalingi reaktyvūs deguonies atomai, o metalų paviršiai gali padėti deguoniui „atsiskirti“.

    Tokiuose procesuose auksas teoriškai būtų patrauklus, nes yra chemiškai stabilus ir pats nelinkęs greitai irti. Tuo tarpu aktyvesni katalizatoriai neretai sukelia nepageidaujamų šalutinių reakcijų arba laikui bėgant koroduoja.

    Kas keičiasi pramonei ir technologijoms?

    Tyrimo autoriai teigia, kad rezultatai siūlo praktinę kryptį, kaip kurti aukso pagrindu pagamintus katalizatorius: mažinti paviršiaus „susitvarkymą“ į tankią struktūrą arba stabilizuoti kvadratinius ir stačiakampius motyvus. Taip būtų galima suderinti du, iš pažiūros priešingus, tikslus: atsparumą korozijai ir didesnį katalizinį aktyvumą.

    „Tai suteikia naują supratimą, kodėl auksas toks inertiškas deguonies atžvilgiu, ir rodo, kad kvadratinės ar stačiakampės struktūros gali reikšmingai padidinti oksidacijos reakcijų katalizinį efektyvumą“, – rašė tyrėjai.

    Tyrimo išvados paskelbtos žurnale Physical Review Letters. Mokslininkų teigimu, tokie modeliavimai gali padėti tiksliau projektuoti paviršius, kurie reikalingi švaresnėms, stabilesnėms ir ilgaamžiškesnėms katalizinėms technologijoms.