eur:
411.36
usd:
392.55
bux:
0
2024. november 25. hétfő Katalin
Nyitókép: Pixabay.com

Lepkékkel a szennyező anyagok ellen?

Az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont (EK) Műszaki Fizikai és Anyagtudományi, valamint Energia- és Környezetbiztonsági Intézetének kutatói kísérletekkel igazolták, hogy bizonyos lepkefajok szárnyának cink-oxiddal történő bevonásával környezetkímélő módon és olcsón állíthatók elő fotonikus nanoszerkezetek, amelyek lehetővé teszik a napenergia közvetlen hasznosítását kémiai folyamatok előidézésére. Az eredmények új távlatokat nyithatnak többek között a vízben oldott szennyező anyagok – például festékek, gyógyszermaradványok, mikroműanyagok – káros hatásainak csökkentését célzó vízkezelés terén.

A napfényt a jövő elsődleges megújuló energiaforrásaként tartjuk számon, amelynek egyik közvetlen felhasználási formája a fotokatalízis. Ennek során a napenergiát közvetlenül hasznosítják kémiai folyamatok előidézésére, ami sokkal hatékonyabb, mintha előbb elektromos energiává alakítanák – például napelemek segítségével –, majd az így nyert energiát használnák fel a kémiai folyamatokban – olvasható az ELKH oldalán.

Mint írják, egyes félvezető anyagok, mint például a cink-oxid (ZnO) és a titán-dioxid (TiO2) képesek ilyen kémiai változásokat előidézni. Elnyelik a rájuk eső fényt, és ezzel olyan gerjesztések keletkeznek bennük, amelyek a különféle, vízben oldott nemkívánatos anyagokban – például festékekben, gyógyszermaradványokban, mikroműanyagokban – kémiai változásokat idéznek elő, ezzel csökkentve azok káros hatásait. Megjegyzik, tulajdonságaik révén sajnos mind a cink-oxid, mind a titán-dioxid leginkább az ultraibolya fényt tudják hasznosítani fotokatalízis céljára, ami jelentősen bonyolítja és költségessé teszi felhasználásukat a vízkezelésben. Igen előnyös lenne, ha fokozni lehetne fotokatalitikus aktivitásukat a látható fény tartományában, hiszen akkor számos átlátszó műanyag és az üveg is használhatóvá válna, így olcsóbb lenne alkalmazásuk.

Ennek egyik lehetséges módja a tudomány által fotonikus kristályokként ismert, a fény terjedését befolyásolni képes különleges nanoszerkezetek használata. A fotonikus kristályok két fényáteresztő, de optikai tulajdonságaikban jelentősen eltérő anyagból felépülő nanokompozitok (1. ábra), amelyekben az egyes alkotó anyagok elhelyezkedése szabályosan, a fény hullámhosszával összemérhető skálán váltakozik a térben. Emiatt adott hullámhosszúságú fény nem képes a fotonikus nanoarchitektúrákban terjedni, és visszaverődik azok felszínéről.

Periodikus fotonikus kristályszerkezetek vázlatos rajza (a) egy, (b) két és (c) három dimenzióban. A sárga tartományok a kisebb, a pirosak a nagyobb törésmutatójú komponenst jelképezik, amelyek periodicitása a látható fény hullámhossztartományába esik.
Periodikus fotonikus kristályszerkezetek vázlatos rajza (a) egy, (b) két és (c) három dimenzióban. A sárga tartományok a kisebb, a pirosak a nagyobb törésmutatójú komponenst jelképezik, amelyek periodicitása a látható fény hullámhossztartományába esik.

Ilyen nanokompozitok mesterséges előállítása ugyan lehetséges, azonban drága és időigényes, képzett szakembereket igényel, és káros anyagok alkalmazására is szükség lehet. Ezeket a nanoszerkezeteket ugyanakkor sok millió évvel ezelőtt már a biológiai evolúció is „felfedezte” – hívják föl a figylmet. Például számos lepkefaj hímjeinek szárnyain előfordulnak fotonikus kristály jellegű ‒ kitinből és levegőből felépülő ‒ nanoarchitektúrák, amelyek a lepkék szexuális kommunikációjában játszanak meghatározó szerepet. A lepkék hernyói növényevők, sok esetben a mezőgazdaságban termesztett növények leveleivel táplálkoznak.

Az EK kutatói közönséges vagy Ikarusz boglárka lepkéket (Polyommatus icarus) tenyésztenek, amelyek lehetővé teszik fotonikus nanoarchitektúrák környezetkímélő és olcsó előállítását. A laboratóriumi körülmények között nevelt lepkék esetében egyetlen szaporodó párnak hat-hétszász utódja is lehet.

Az Ikarusz boglárka (Polyommatus icarus) hím példányának fotója.
Az Ikarusz boglárka (Polyommatus icarus) hím példányának fotója.

A nanoszerkezet egyik összetevője a levegő, ezért a lepkék szárnyain előforduló fotonikus nanoarchitektúrák fajlagos felszíne igen nagy. Mivel a folyadék és a szilárd anyag kölcsönhatása így sokkal nagyobb felületen érvényesül, mint egy sík anyagon – például üvegen –, ez további előnyökkel jár.

Modern anyagtudományi eljárásokkal, például atomi rétegleválasztással (Atomic Layer Deposition, ALD) lehetséges a kitinalapú fotonikus nanoarchitektúra konformális beborítása néhány nanométer vastagságú cink-oxid réteggel, mely réteg vastagságának változtatásával a visszavert fény színe is hangolható – olvasható.

Optikai mikroszkópos felvételek Morpho sulkowskyi (A–E) és Hypochrysops polycletus (F–J) hímek szárnyairól természetes állapotban (A és F) és a konformális ZnO réteg leválasztása után: (B), (G) 10 nm, (C), (H) 15 nm, és (D), (I) 20 nm. A színek változásának megfelelő fényvisszaverési spektrumokat az (E) és (J) mutatja.
Optikai mikroszkópos felvételek Morpho sulkowskyi (A–E) és Hypochrysops polycletus (F–J) hímek szárnyairól természetes állapotban (A és F) és a konformális ZnO réteg leválasztása után: (B), (G) 10 nm, (C), (H) 15 nm, és (D), (I) 20 nm. A színek változásának megfelelő fényvisszaverési spektrumokat az (E) és (J) mutatja.

A kísérletekhez a kutatók különböző fajoktól származó, néhány nanométer vastagságú cink-oxid réteggel borított lepkeszárnyakat alkalmaztak. Kimutatták, hogy a fotokatalitikus hatás annál jobban fokozódik, minél nagyobb az átfedés a látható fény tartományában a cink-oxiddal borított lepkeszárny fényvisszaverése és a tesztanyagként alkalmazott, vízben oldott rodamin B festék fényelnyelése között. Ezzel igazolták, hogy a megfelelően nanostrukturált cink-oxid a látható tartományban is rendelkezik fotokatalitikus hatással, továbbá hogy ennek nagysága a fotonikus nanoarchitektúra jellegű biológiai szubsztrát optikai jellemzőinek változtatásával hangolható.

A rodamin B fény indukálta bomlásának kísérletileg mért sebessége a cink-oxiddal borított lepkeszárny fényvisszaverésének és a rodamin B fényelnyelésének átfedése függvényében. Minél nagyobb az átfedés, annál nagyobb a cink-oxiddal borított lepkeszárny fotokatalitikus aktivitása.
A rodamin B fény indukálta bomlásának kísérletileg mért sebessége a cink-oxiddal borított lepkeszárny fényvisszaverésének és a rodamin B fényelnyelésének átfedése függvényében. Minél nagyobb az átfedés, annál nagyobb a cink-oxiddal borított lepkeszárny fotokatalitikus aktivitása.

A kutatást bemutató tanulmány a Royal Society Open Science című rangos szakfolyóiratban jelent meg.

Címlapról ajánljuk
Mráz Ágoston Sámuel a német-magyar kapcsolatokról: nem lélekemelő a helyzet, de megvan az újrakezdés esélye

Mráz Ágoston Sámuel a német-magyar kapcsolatokról: nem lélekemelő a helyzet, de megvan az újrakezdés esélye

Idén is elkészítették a Német-Magyar Barométer elnevezésű tanulmányt. A hazai felmérést végző Nézőpont Intézet igazgatója az InfoRádióban elmondta: az elmúlt években sokat romlottak a kétoldalú kapcsolatok, társadalmi szinten azonban megmaradt az egymás iránti tisztelet. Mráz Ágoston Sámuel szerint új helyzetet teremthet, ha a várakozások szerinti eredmény születik a februári előre hozott német választáson.
VIDEÓ
inforadio
ARÉNA
2024.11.25. hétfő, 18:00
Nagy Márton
nemzetgazdasági miniszter
Menesztettek egy vezető orosz tábornokot, nagy kéréssel fordult Zelenszkij a Nyugathoz – Háborús híreink hétfőn

Menesztettek egy vezető orosz tábornokot, nagy kéréssel fordult Zelenszkij a Nyugathoz – Háborús híreink hétfőn

Az orosz hadsereg vezetésében jelentős változások történtek az ukrajnai fronton: a hírek szerint egy magas rangú tábornokot eltávolítottak pozíciójából, miután félrevezető jelentéseket adott a harcok alakulásáról. Az orosz média és háborús bloggerek beszámolói szerint Gennagyij Anascsin vezérezredest, a déli csoportosulás parancsnokát váltották le tisztségéből. Volodimir Zelenszkij ukrán elnök vasárnap esti videóüzenetében hatékonyabb légvédelmi rendszereket kért szövetségeseitől. Megjegyezte, már elemzik az Ukrajnára néhány napja kilőtt Oresnyik orosz rakétát. Cikkünk folyamatosan frissül az ukrajnai háború legújabb eseményeivel.

EZT OLVASTA MÁR?
×
×
×
×
×