Mokslininkai suglumę: medžiagą slegiant ji išsiplečia

„Galima būtų tai palyginti su akmeniu, kurį paspaudus šis tampa milžiniška kempine“, - sakė JAV Energetikos departamentui priklausančios laboratorijos chemikė Karena Chapman. „Slegiamos medžiagos paprastai tampa tankesnėmis, labiau kompaktiškomis. Tačiau šiuo atveju gavome visiškai priešingą rezultatą. Slėgio veikiamos medžiagos tankis sumažėja perpus. Tai prieštarauja intuityviam fizikos dėsnių suvokimui“, - pridūrė mokslininkė.

Būtent dėl to, kad toks elgesys mokslininkams atrodė neįmanomas, K. Chapman su kolegomis net kelerius metus atlikinėjo papildomus tyrimus, kol pradėjo tikėti tuo, kas neįtikėtina ir suprato, kaip tai, kas atrodo neįmanoma, iš tiesų tapo įmanoma. Mat kiekvieno eksperimento metu jie gaudavo rezultatus, kurie aukštyn kojomis verčia įprastinį suvokimą.

„Panaudojus slėgį visiškai persiformuoja šios medžiagos tarpmolekuliniai ryšiai. Tai visiškai nuneša stogą“, - savo nuostaba dalijasi chemikė.

Toks rezultatas ne tik privers perrašyti mokslinius vadovėlius – visai tikėtina, kad tyrimų rezultatas gerokai padidins porėtų medžiagų, naudojamų statyboje, gamyboje, sveikatos ir gamtos apsaugoje, įvairovę.

Mokslininkai tokiomis porėtomis medžiagomis naudojasi kuomet reikia surinkti, laikyti ar filtruoti tam tikras medžiagas. Tokių „kempinių“ skylučių dydį galima parinkti taip, kad jos būtų selektyvios tam tikroms molekulėms, todėl galima sukurti filtrus, kurie praleidžia tik vandenį, cheminius jutiklius, reaguojančius tik į tam tikro dydžio molekules, spaudžiamas saugyklas anglies dvideginio atskyrimui vandenilio kuro elementuose. Tiksliai modifikuodami medžiagų išskyrimo iš tokios kempinės greitį mokslininkai jas gali panaudoti ir farmacijoje, gaminant pailginto atpalaidavimo tabletes arba chemijos pramonėje, inicijuojant chemines reakcijas, kurių metu sukuriamos įvairiausios medžiagos nuo plastiko iki maistinių junginių.

„Ši medžiaga gali ne tik suteikti galimybę prigaminti naujų porėtų medžiagų – ji gali suteikti mums galimybę išplėsti selektyvumo ribas, kurti vaistus su kitokiais veikliųjų medžiagų išskyrimo greičiais“, - sakė Argonne laboratorijos chemikas Peteris Chupasas, prisidėjęs prie tyrimo.

Tyrimo rezultatai publikuoti žurnale „Journal of the American Chemical Society“.

Mokslininkai elektrolizėje naudojamą medžiagą – cinkio cianidą – pakišo po deimantiniu presu bei suspaudė tiriamąją medžiagą 0,9-1,8 GPa slėgiu (t. y., slėgiu, kuris 9000-18000 kartų didesnis už atmosferos slėgį jūros lygyje). Tokio dydžio slėgį gali atkartoti ir nemaža dalis pramoninių presų.

Naudodami skirtingus skysčius aplink tiriamąją medžiagą spaudimo metu, mokslininkai sugebėjo sukurti penkias naujas medžiagų fazes, iš kurių dvi išsaugojo porėtumą ir sumažinus slėgį iki normalaus. Porų formą lėmė tai, koks skystis buvo naudojamas slėgimo metu. Medžiagos struktūros permainos buvo tiriamos rentgeno spinduliais.

„Panaudodami slėgį sugebėjome transformuoti įprastai tankią, neporėtą medžiagą į platų spektrą įvairių naujų porėtų medžiagų, į kurias telpa dukart daugiau kitų medžiagų. Šis intuicijai prieštaraujantis atradimas tikriausiai padvigubins praktiškai naudojamų porėtų medžiagų kiekį ir išplės vaistų atpalaidavimo, medžiagų atskyrimo bei cheminių reakcijų katalizės galimybes“, - sakė chemikė K. Chapman.