Если верить словарям, то складка — это когда лист сложен вдвое, а морщина — это или складка, или бороздка. Вот и в случае графена морщина — это именно бороздка, а складка — это серьёзнее.

Морщинки и складки

Если верить словарям, то складка — это когда лист сложен вдвое, а морщина — это или складка, или бороздка. Вот и в случае графена морщина — это именно бороздка, а складка — это серьёзнее; разница понятна из верхней части рисунка. Итак, пусть у нас имеется графен (один, два или три слоя) на атомно-гладкой подложке SiO₂. Графен может быть получен по разным технологиям, пригодная для промышленного применения — осаждение из газовой фазы. При этом методе на графене могут образоваться дефекты — морщины и складки. Они влияют на свойства графена, но они могут и быть использованы для сознательного изменения его свойств. Если мы имеем в виду промышленное производство и практическое применение, надо выяснить, что будет происходить с этими дефектами дальше.

Вверху — строение морщины и складки, поперечное сечение, графен одно-, двух- и трёхслойный. В середине — одна морщина съедает другую. Внизу — складка съедает морщину. Иллюстрация из реферируемой статьи.

Учёные из Федерального исследовательского центра химической физики им. Н. Н. Семёнова РАН и Российского экономического университета им. Г. В. Плеханова построили модель взаимодействия морщинок и складок при свободном скольжении листа по подложке и показали, что возможны следующие варианты. Если на графене есть морщины, одна из них съедает другую. Процесс представлен на рисунке, в середине — примерно за 30 пс верхняя (на рисунке) морщина съела нижнюю, которая находилась в 30 нм от неё. Если на графене есть складка и морщина, складка съедает морщину, пример на рисунке внизу, жертва была в 25 нм, процесс шёл 50 пс. Если на графене есть две складки, они не уничтожают друг друга, но периодически обмениваются материалом.

А когда на поверхности есть точечное закрепление графена (пиннинг), могут сосуществовать и несколько морщин, но при нагреве происходит их освобождение и они сливаются, возможно, превращаясь в складку.

Савин А. В., Савина О. И. Взаимодействие морщинок и складок листа графена, лежащего на плоской подложке. ФТТ, 2024, т. 66, вып. 4, с. 615.

Клетки с дырками

Обеззараживание бывает необходимо в ситуациях двух типов — при операциях с мусором и отходами либо при работе с вполне нужными и полезными продуктами, в которых есть опасные бактерии. Чаще всего применяют нагрев или ультрафиолет, но не всегда это возможно и удобно. В частности, ультрафиолет сам по себе может быть не полезен. Есть и другие способы, например добавление к веществу микрочастиц оксидов меди CuO и цинка ZnO. Они — катализаторы процессов, при которых появляется активный кислород, он разрушает бактерии. Известны успешные попытки применения для обеззараживания сточных вод одновременно CuO и ZnO, однако при этом требуется ультрафиолет.

Сотрудники ФИАН и НИЦ «Курчатовский институт» разработали технологию изготовления плёнок ZnO/CuO, более быструю, чем известные, и без использования вредных веществ. На стеклянной подложке создавалась плёнка CuO толщиной 200 нм из нанокристаллов средним размером 35 нм, а на ней с шагом около 10 мкм кластеры ZnO диаметром 4—6 мкм и высотой 1—2 мкм, состоящие из нанокристаллов средним размером 26 нм. ZnO — полупроводник n-типа с шириной запрещённой зоны 3,37 эВ, CuO — p-типа с 2,6 эВ. Поэтому при освещении дневным светом (без применения ультрафиолета) между частицами оксидов возникает локальная напряжённость поля 10 кВ/см (для сравнения — треть пробивной прочности воздуха). В этой ситуации в оболочках клеток бактерий возникают дырки и бактерии гибнут. Исследование антибактериальных свойств было проведено при освещении светодиодной лампой со спектром излучения, близким к естественному солнечному свету, на устойчивом к антибиотикам золотистом стафилококке. Экспонирование приводит к снижению количества жизнеспособных бактерий с 800 миллионов в миллилитре (8•10⁸ КОЕ/мл) до нуля. Авторы исследовали среду после обработки и обнаружили исчезновение веществ, необходимых для жизни бактерий, и появление результатов разрушения этих веществ.

Сараева И. Н. и др. Фотоэлектрическая природа антибактериальной активности нанокомпозита ZnO/CuO. Письма в ЖЭТФ, 2024, том 120, вып. 1, с. 66.

На Марс со своей шубой

Любой прибор должен работать в некотором диапазоне температур. Если окружающая среда слишком для него холодна (в смысле и температуры, и потоков излучения), то прибор надо теплоизолировать и нагревать изнутри — или тепловыделением самого прибора, или специальным нагревателем. Если прибор должен работать в космосе, то тепловой баланс определяется в основном солнечным светом и оптическими свойствами поверхности аппарата, то есть тем, как она поглощает и излучает. И если в итоге оказывается, что нужна теплоизоляция, то хороший выбор — так называемая экранно-вакуумная теплоизоляция. Это несколько экранов, естественно, тонких и лёгких, и бесплатный вакуум между ними. Полезно, чтобы экраны поддерживались распорками, которые должны плохо проводить тепло. Вроде всё понятно, но что будет, когда наш прибор прилетит на Марс? Там, конечно, атмосфера в основном из CO₂ и давление 750 Па, в 133 раза меньше, чем на Земле, но всё же не вакуум. Как поведёт себя там экранно-вакуумная теплоизоляция?

Специалисты из Института космических исследований ответили на этот вопрос, создав специальную установку и промоделировав теплоизоляцию конкретного прибора — ИСЕМ (ISEM — Infrared Spectrometer for ExoMars). Данный прибор должен был функционировать на мачте марсохода, вдали от находящихся на марсоходе источников тепла. Оказалось, что эта теплоизоляция может работать и на Марсе, хотя удельное тепловое сопротивление экранно-вакуумной теплоизоляции снижалось в марсианской атмосфере по сравнению с вакуумом приблизительно на треть.

Конструкторам марсоходов ещё повезло, что там углекислый газ, а не гелий.

Семена Н. П. и др. Теплопроницаемость экранно-вакуумной теплоизоляции в атмосфере Марса. Приборы и техника эксперимента, 2024, № 1.

№10, 2024