Капли воды могут расщеплять материалы на наночастицы

Исследователи из Индийского технологического института в Мадрасе (IIT-M) представили новаторский метод расщепления обычных минералов на наночастицы с использованием микрокапель воды. Это замечательное открытие знаменует собой важную веху, поскольку это первая исследовательская работа IIT-M, опубликованная в уважаемом журнале Science.

Исследование показывает, что, казалось бы, простое действие микрокапель воды может эффективно разрушать минералы, что приводит к созданию наночастиц. Это нововведение открывает новые возможности в области нанотехнологий и материаловедения, подчеркивая потенциал устойчивых и экономически эффективных методов производства.

Публикация этого исследования в журнале Science подчеркивает глобальную актуальность и влияние результатов и выводит ИИТ-Мадрас на мировую арену передовых научных исследований.

Капли атмосферной воды, например, в облаках и тумане, могут приобретать заряд из-за присутствия ионных частиц и посредством контактной электризации. Когда минералы распадаются, они создают зарождающиеся поверхности, на которых могут происходить различные типы катализа, образующие новые молекулы. Эти процессы могут играть значительную роль в зарождении жизни.

Исследователи предполагают, что «микрокапельные дожди», содержащие наночастицы и молекулы, падающие на Землю, могут существенно повлиять на химическую и биологическую эволюцию планеты.

Science — рецензируемый академический журнал Американской ассоциации содействия развитию науки, старейшей и крупнейшей в мире общенаучной организации. Основанная в 1880 году на стартовый капитал изобретателя Томаса Эдисона, она была в авангарде значительных научных открытий. Его статьи, широко признанные одним из ведущих академических журналов в мире, неизменно входят в число самых цитируемых в мире.

Исследование возглавил профессор Талаппил Прадип, профессор кафедры химии ИИТ Мадраса и лауреат премии Падма Шри. Б.К. Спорти, первый автор исследовательской работы, недавно защитил докторскую диссертацию в ИИТ Мадраса.

Профессор Талаппил Прадип, профессор химического факультета ИИТ-М, сказал: «Известно, что микрокапли усиливают химические реакции, и в результате образуются новые химические связи. Мы подумали, что можно также разорвать химические связи в микрокаплях, что и привело к этому открытию».

«Наука, о которой мы сообщили, если она произойдет в природе, может стать очень важным способом преобразования горных пород в природные наночастицы, которые являются активными ингредиентами почвы. Проще говоря, мы нашли способ делать песок из почвы. Заглядывая в будущее, я мог бы сказать, что при наличии достаточных ресурсов мы можем помочь пустыням расцвести».

Обсуждая важные применения этого исследования, Спорти объяснил, что это открытие обеспечивает новаторский метод почвообразования, быстро ускоряющий естественные процессы выветривания: с тех, которые длились столетиями, до происходящих за считанные секунды.

Б.К. Спорти сказал: «Помимо своих экологических преимуществ, этот метод продвигает нанотехнологии и материаловедение, обеспечивая устойчивое и эффективное производство наночастиц с широким промышленным применением. Их эксперимент показал, что кусочки твердых минералов, таких как речной песок, рубин и оксид алюминия, заключены в крошечные заряженные частицы. Капли воды самопроизвольно распадаются, образуя наночастицы за миллисекунды».

Койендрила Дебнатх проводил вычислительную работу под руководством профессора Умеша В. Вагмаре из Центра перспективных научных исследований имени Джавахарлала Неру (JNCASR) в Бангалоре, который также является президентом Индийской академии наук. Результаты были опубликованы в журнале Science Journal от 31 мая 2024 года (DOI: 10.1126/science.adl3364).

Профессор Умеш Вагмаре сказал: «Это явление включает в себя сложные процессы, присущие микрокаплям воды, и понимание его механизма будет стимулировать множество фундаментальных научных исследований».

Процесс быстрого выветривания может играть существенную роль в почвообразовании, особенно с учетом обилия заряженных аэрозолей в атмосфере. Почва формируется в результате выветривания горных пород, на этот процесс влияют множество факторов. Обычно требуется 200–400 лет, чтобы произвести один сантиметр почвы с частицами разного размера. Наночастицы минералов, таких как кремнезем, необходимы для роста таких культур, как рис и пшеница.

Источник: https://www.alcircle.com/news/iit-madras-discovers-water-droplets-can-break-minerals-into-nanoparticles-111063