Российские ученые представили инновационное устройство, способное анализировать тепловые эффекты и микроструктуру материала за несколько миллисекунд. Для проведения тестов необходимы образцы весом от одного нанограмма. Эта новейшая технология открывает широкие перспективы для оптимизации синтеза медицинских препаратов и моделирования производственных процессов в полимерной промышленности. Устройство также может быть использовано для безопасного изучения реакций горения и взрыва, что делает его важным инструментом для обеспечения безопасности исследований в данной области. Сочетание различных методов анализа в этом устройстве позволяет ученым увидеть новые перспективы в исследовании материалов и развитии науки в целом. Об этом пишет портал comandir.com.
О каком приборе идет речь?
Ученые из Университета МИСИС добились важного научного прорыва, представив лабораторную установку, способную изучать мельчайшие частицы вещества с невероятной точностью – всего одной нанограмма. Этот инновационный комплекс приборов позволяет специалистам исследовать теплоемкость материалов, наблюдать тепловые явления при их быстром нагреве или охлаждении, а также изучать микроструктуру материала.
Уникальность данного изобретения заключается в том, что анализ происходит почти мгновенно – всего за несколько миллисекунд. Этот невероятно быстрый процесс дает ученым возможность увидеть, как материал реагирует на изменение температуры на тысячи градусов в секунду.
Один из создателей приборного комплекса, руководитель лаборатории «Структурные и термические методы исследования материалов» Дмитрий Иванов, подчеркнул, что такие скорости нагрева сопоставимы с взрывом и могут быть воспроизведены в лаборатории благодаря минимальному количеству энергии, потребляемому установкой. Эти «нановзрывы» не представляют угрозы для исследователей, что делает эксперименты безопасными и эффективными.
Ученый раскрыл важную информацию о новой измерительной ячейке, которая представляет собой тонкую мембрану на основе кремния. Эта мембрана выполняет двойную функцию: она служит как подложка для образца, так и как микросхема, в которой содержится необходимая электроника. Инновационный чип позволяет одновременно контролировать нагрев образца и проводить измерения тепловых эффектов и структурных параметров.
По мнению ученого, это разработанное устройство представляет интерес как для фундаментальной, так и для прикладной науки. В отличие от зарубежных аналогов, эксперименты с использованием этой новой технологии требуют значительно меньше времени. Кроме того, она расширяет возможности выбора типов экспериментов для определения тепловых свойств материалов.
Ученый выделяет одну из основных проблем – возможное наличие скрытого программного кода в зарубежном оборудовании, что может затруднять доступ к исходным данным исследования. Тем не менее, новое устройство открывает перспективы для более эффективного и безопасного проведения исследований в области тепловых характеристик вещества.
Что интересно узнали ученые
Разработка нового способа исследования материалов представляет собой перспективное направление, способное значительно упростить работу ученых в различных отраслях, где требуются материаловедческие исследования. Дмитрий Иванов подчеркивает, что данная технология окажется особенно полезной на полимерном производстве, позволяя воспроизводить условия изготовления продукции на малом объеме вещества.
Этот инновационный метод также обещает стать актуальным в фармацевтике, где специалисты смогут синтезировать и изучать фармакологическую активность препаратов. Кроме того, установка предоставит возможность эффективного изучения свойств биополимеров.
Одним из ключевых применений новой разработки является изучение процессов горения материалов. С помощью этой технологии ученые смогут безопасно исследовать механизмы цепных реакций, происходящих во время взрывов, на микроскопических образцах.
Открытый дизайн разработки позволяет интегрировать ее с различным научным оборудованием, таким как рентгеновский аппарат, электронный или оптический микроскоп, что открывает возможности для проведения комплексных исследований. Алексей Мельников, ведущий инженер проекта, отмечает, что благодаря этому ученые смогут добиться значительных результатов.
В настоящее время опубликована серия статей, демонстрирующих эффективность новой технологии. Одна из недавних работ подтверждает, что даже простой оптический микроскоп, оснащенный сверхбыстрой видеокамерой и совмещенный с новой установкой, может обеспечить результаты, сопоставимые с установками класса мегасайенс, открывая новые перспективы для научных исследований и обещая значительные прорывы в науке.
Установка, разработанная специалистами, открывает новую эру в развитии приборостроения, позволяя собирать научные комплексы из отдельных аппаратов и изучать неизвестные материалы при помощи разнообразных методов за короткий срок. Этот подход, как отмечает Алексей Мельников, не только предоставляет возможность для более глубокого понимания физических процессов, включая термодинамику, но и расширяет знания школьников и студентов в этой области.
Ученые сообщили о разработке программы и методических материалов для внедрения новых методов в учебный процесс в передовых образовательных учреждениях. Эти новые приборы помогут учащимся углубленно изучать термодинамику и кинетику химических реакций.
Особенности обсуждаемого метода включают быстрый анализ, полную информацию о структуре и теплофизических свойствах материалов, высокую чувствительность к образцу и возможность работы с малыми количествами вещества. Это критически важно для исследований, где количество образцов ограничено, как, например, из-за дороговизны синтеза новых препаратов.
Комбинирование различных методов позволяет получать ранее недоступные результаты. Возможность анализа термодинамически неустойчивых систем, подчеркивает Азалия Ахкямова, имеет важное значение для химической промышленности, фармацевтики и других отраслей, и может привлечь внимание российских исследователей.
Ольга Тарасова подчеркивает, что для успешного внедрения установки необходимо уделить внимание технологичности ее конструкции. Это обеспечит отладку производства приборов в серийном масштабе и обеспечит удобство использования в научных лабораториях. Однако этот процесс может занять значительное время.
