Рис. 1. а) Фотография аналога природного материала X – синтетического материала Y;
синтетический материал Y: б) СЭМ-изображение скола, в) и г) СЭМ и АСМ изображения поверхности;
природный материал X: д) СЭМ-изображение скола, е) СЭМ-изображение поверхности.
Человек часто создает что-то новое, подсматривая идеи у природы. Так, цветок лотоса подарил нам незагрязняющиеся покрытия, а репей стал застежкой-липучкой.
1. Как называется такой подход к поиску новых материалов? Приведите еще четыре примера его применения в нанотехнологиях. (2 балла)
Иногда для воссоздания не только микроструктуры, но и требуемых свойств природного материала приходится пошагово воспроизводить весь путь его создания. Одна из таких методик синтеза искусственного материала Y в упрощенном виде приведена на рис. 2. Внешний вид полученного продукта Y и сравнение его микроструктуры с природным прототипом X приведены на рис. 1.
Рис.2 Синтез материала Y.
а) нанесение на подложку органической тонкой гибридной пленки «полиакриловая кислота (ПАК)/поливинилпиридин (ПВП)» путем попеременного погружения образца в растворы этих полимеров;
б) формирование нанопор в пленке: погружение в слабощелочной раствор и повторная обработка ПАК;
в) образование стабилизированного аморфного покрытия, содержащего вещество Z;
г) кристаллизация неорганического вещества Z в условиях высокой влажности и температуры.
Процедуры а) - г) повторяют необходимое число раз, до достижения требуемой толщины материала.
2. Какой неорганический компонент Z составляет основу материала Y? Напишите уравнение реакции его образования. Расшифруйте материал X. К какому классу материалов относятся X и Y? (2 балла)
3. При образовании в природе материала X в его структуру включаются две основные органические компоненты – хитин и богатые аргинином гидрофильные белки. Какие механические и химические функции в структуре X они выполняют? Какой из реагентов в методике синтеза Y заменяет хитин, а какой – гидрофильные белки? Какие структурные особенности X воспроизводятся в методике получения Y? (3,5 балла)
4. Поясните, как оптические свойства и прочность материалов X и Y связаны с их структурой? Устойчивы ли они к трещинам и точечным ударам? (2 балла) Почему при отсутствии стадии «б» микроструктура материала Y выглядит как на рис. 3. (1 балл)
Рис. 3
5. Можно ли получить материал Y, если на стадии «в» (рис.2) к реакционному раствору прилить раствор карбоната аммония? Поясните. (1,5 балла)
6. Где может найти применение новый синтетический материал Y? (1 балл)
