Наука и технологии России

Вход Регистрация

Наука с местным колоритом

Бозон Хиггса, метаматериалы и перестановки в Академии наук. В День России мы решили отвлечься от этих научных и околонаучных тем, обычно имеющих московско-петербургскую прописку, и посмотреть, чем занимаются в научных институтах других уголков нашей родины. Оказалось, что вдалеке от двух столиц тоже немало интересных сюжетов. Нанокомпозиты из мха, эмаль пермских зубов под атомно-силовым микроскопом, солнечные циклы в башкирской погоде и многое другое. Предлагаем подборку наиболее экстравагантных тем из городов, которые 12 июня отмечают свои дни рождения и юбилеи.

Комсомольск-на-Амуре: батареи из мха и хвоща

Мох сфагнум, полевой хвощ и минерал шеелит (вольфрамат кальция CaWO4). Российские учёные из далёкого дальневосточного города, сохранившего в названии советский колорит, решили: зачем добру зря пропадать, и вполне успешно превратили эти скромные дары природы в материалы для литий-полимерных батарей.

Сначала методом пиролиза, сжигания при высокой температуре и повышенном/пониженном давлении, из мха получили аморфный углерод, который после механохимической обработки на планетарной мельнице превратился в углеродные волокна диаметром 30–40 нм. Похожими манипуляциями из полевого хвоща и шеелита получили нанодисперсный кремний и вольфрам.

А уже дальше эти зелёные наноматериалы смешивали в различных пропорциях и пытались применить на практике. Так, композит из 10% нанокремния и 90% аморфного углерода, который выступает в качестве матрицы, оказался вполне подходящим материалом для анода литий-полимерной батареи. Составленная из дальневосточного зелёного чуда и скучноватого китайского оксида кобальта LiCoO2 (катодный материал) с немецким твёрдым полимерным электролитом, она, по заверениям учёных, показала электрохимические свойства, сравнимые с коммерческими аналогами (в них в качестве анодного материала используется графит).

Институты, участвующие в проекте: Дальневосточный федеральный университет, Владивосток. Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Хабаровск. Институт химии ДВО РАН, Владивосток. Комсомольский-на-Амуре государственный технический университетru, Комсомольск-на-Амуре

Пермь: атомно-силовая микроскопия против отбеливания зубов

Для фанатов нанотехнологий есть хорошая новость: ваш рот полон нанообъектов. Во всяком случае, характерная шероховатость зубной эмали составляет 80 нанометров, что с большой натяжкой позволяет её называть наноструктурированной поверхностью. Но есть и плохая новость – пятикратное отбеливание увеличивает эту цифру до 108, а шероховатость больше 100 нанометров за нано уже не считается.

Конечно, ради научных экспериментов никто простых смертных к стоматологу идти не заставлял. Для исследования использовались неповреждённые зубы, которые были удалены из-за периодонтита – воспаления тканей, связывающих корень зуба и кость челюсти. Дальше эти экспериментальные образцы тщательно очищались, помечались небольшой царапиной и анализировались на атомно-силовом микроскопе.

Была построена карта небольшой части поверхности зубной эмали (30*30 мкм). Картинка обрабатывалась – находилась самая популярная высота, «береговая линия». Она объявлялась нулевым уровнем, от которого отсчитывались окружающие высоты и глубины. После этого зуб отбеливали, метка помогала найти уже исследованный участок, и всё начиналось заново.

Как оказалось, после отбеливания увеличивается перепад высот, появляется множество новых впадин, а в «береговую линию» вгрызаются сотни скандинавских фьордов. Всё это нельзя назвать положительными изменениями, а если добавить, что все высоты в среднем уменьшаются на 2,4 мкм (не так уж мало по сравнению с общей толщиной эмали в 2 мм), то картина становится ещё печальнее. Вот так вот: наноструктура пропадает, континенты стремительно уходят под воду, а отбеливание вредит вашим зубам.

Институты, участвующие в проекте: Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь. Пермский государственный технический университет, Пермь. Пермская государственная медицинская академия, Пермь.

Уфа: следы солнечных циклов в башкирской погоде

Вейвлет-анализ. Не будем пытаться разобраться в сложностях этого математического метода для временно-частотного анализа сигналов. Лучше скажем, что в роли сигналов в исследовании выступили данные о температуре, количестве осадков и полноводности рек, которые в течение 70 лет собирались на метеорологических станциях Башкирии. Восемь раз на дню измерялась температура, два раза осадки – и после вейвлет-анализа у нас есть полная картина всей «специфической», по словам учёных, башкирской погоды.

Оказалось, что в многогодовых изменениях температуры прослеживается несколько характерных циклов – 4-, 8-, 11- и 22-летние. Плюс циклы с менее круглыми цифрами – 2,4-летние и 2,8-летние, которые учёные соотнесли с колебаниями зональных ветров в тропической стратосфере. Эти же далёкие ветра в сочетании с не менее экзотичной Южной осцилляцией, колебаниями температуры воды в экваториальной части Тихого океана, дают доминирующие 4- и 8-летние периоды.

История с 11-летними и 22-летними циклами более запутанная. Они ярче проявляются в определённых районах Башкирии, частично угасают в данных по влажности, но главное – совпадают с динамикой засух и наводнений в Северной Америке (найдена еще в 1984 году) и ассоциируются с циклами солнечной активности. Так что даже самой переменчивой башкирской погоде не скрыться от солнечной активности и тропических ветров.

Институты, участвующие в проекте: Башкирский государственный университет, Уфа. Российский гидрометеорологический центр. Башкирский государственный аграрный университет, Уфа.

Ижевск: асимметрия агрессивного мозга

Мои ижевские знакомые не без гордости именуют родной город столицей гопников. Преувеличение, сомнительная выдумка, глуповатая легенда? Скорее всего, да. Но случайным образом статья об агрессивном поведении попалась именно с ижевской пропиской.

В ней исследовалось 26 праворуких молодых мужчин, которым предлагалось пройти нехитрый текст. Разорвать на части сначала проверочную, «бессмысленную» картинку – квадратик или прямоугольник. А после этого повторить свои действия на очень даже «осмысленном» изображении – человеческой фигуре. По итогам эксперимента испытуемые разделились на две почти равные группы. В первой оказались люди, склонные к агрессии, – они с упоением измельчали несчастного бумажного человечка на добрый десяток кусков, в то время как спокойные и уравновешенные товарищи из второй группы вполне ограничивались скромными 5–6 кусочками.

Одновременно с этими бумажными экзерсисами у испытуемых снимали ЭЭГ головного мозга. Ведь именно дисфункцию фронтальных областей коры многие исследователи связывают с патологически агрессивным и криминальным поведением. Впрочем, в этом исследовании всё оказалось более запутанно. Для полученных сигналов ЭЭГ определяли относительные коэффициенты асимметрии – величину, описывающую разницу между сигналами в аналогичных областях правого и левого полушарий.

Оказалось, что эта асимметрия для агрессивных людей сдвинута в область лобных и височных долей левого, а для людей спокойных – правого полушария головного мозга. Моделирование же агрессивного поведения, разрезание бумажных фигурок, для обеих групп смещает фокус асимметрии в правое полушарие. При этом для спокойных людей этот процесс сопровождается возникновением мозговых ритмов, которые свидетельствуют о «целостном восприятии и оценке», которые, по-видимому, и помогают сдерживать агрессию.

Институты, участвующие в проекте: Удмуртский государственный университет, Ижевск.

Красноярск: биотопливо из водохранилищ

Донные отложения российских водоёмов, можно сказать, на наших глазах становятся универсальным материалом для исследований. Ещё совсем недавно мы рассказывали, что по сохранности водорослей можно моделировать изменения древнего климата, а теперь оказывается, что многолетние донные осадки можно превратить в биотопливо. Правда, в работе красноярских учёных вместо байкальских исследовались образцы из трёх сибирских водохранилищ и солёного озера Шира.

Основой для получения биотоплива служат различные липиды и жирные кислоты. Они выделяются из донных осадков и после прохождения реакции этерификации превращаются в метиловые эфиры жирных кислот, которые можно использовать в качестве дизельного топлива.

Начальный состав липидов и жирных кислот (он определяется микрофлорой водоёма и различными антропогенными факторами) отличался от образца к образцу и задавал состав конечного биодизеля. Однако такое разнообразие не повлияло на качество топлива – получается, что никаких специальных условий для «созревания» сырья не существует.

Институты, участвующие в проекте: Институт биофизики СО РАН, Красноярск. Сибирский федеральный университет, Красноярск.

Источники информации:

  • D.V. Onishchenko, V.P. Reva, V.V. Chakov, V.G. Kuryavyi and V.V. Petrov, Promising nanocomposite materials based on renewable plant resources. Metallurgist, vol. 56, № 9–10, January, 2013.
  • I.A. Morozov, A.Yu. Belyaev, R.I. Izyumov, E.S. Erofeeva and O.S. Gileva, Impact of Whitening on the Microstructure of Human Tooth Enamel. Inorganic Materials: Applied Research, 2013, vol. 4, № 1, pp. 71–76.
  • D.Yu. Vasilev, R.L. Lukmanov, Yu.I. Ferapontov and A.N. Chuvyrov, Periodicity in the Hydrometeorological Parameters of Bashkiria. Doklady Earth Sciences, 2013, vol. 448.
  • S.P. Kozhevnikov and I.V. Pronichev, Changes in Interhemisphere Asymmetry in a Model of Aggressive Behavior. Neuroscience and Behavioral Physiology, vol. 43, № 3, March, 2013.
  • Nadezhda N. Sushchik, Anna Yu. Kuchkina, Michail I. Gladyshev, Fatty acid content and composition of sediments from Siberian eutrophic water bodies: Implications for biodiesel production. Water Research, 47, 2013.

РЕЙТИНГ

4.50
голосов: 8

Галереи

Микромир. Искусство науки - 2011

Работы участников конкурса

252 фото

Обсуждение