Наночастинки – це кристалічні структури, розмір яких становить лише кілька нанометрів, тобто одну мільярдну метра. Вони мають унікальні фізичні та хімічні властивості, які роблять їх цінними для широкого спектру застосувань, включаючи медицину, виробництво та довкілля.
Однак наночастинки настільки малі, що їх неможливо побачити неозброєним оком. Для того, щоб їх вивчити, необхідно використовувати спеціальне обладнання, наприклад, електронні мікроскопи. Це може ускладнювати навчання нанонауки студентам, які не мають доступу до такого обладнання.
Енн Бентлі, професор хімії в Коледжі Льюїса і Кларка в Портленді, штат Орегон, розробила інноваційний спосіб вирішення цієї проблеми. Вона створила 3D-моделі найпростіших геометричних форм, які утворюють наночастинки. Ці моделі роблять невидиме видимим, дозволяючи студентам візуалізувати структуру наночастинок і розуміти, як вона впливає на їхні властивості. “Я вважаю, що хімія – це дуже важлива галузь, – каже Бентлі. – Але багато хімічних речовин знаходиться за межами того, що люди можуть взяти в руки. Ви можете отримати докази того, що відбувається, але ви все одно досліджуєте щось, що має занадто малий масштаб для ваших очей. Все, що ви можете зробити для збільшення масштабу, буде корисним”.
Бентлі та її команда розробили моделі кубів, октаедрів і ромбічних додекаедрів – найпростіших геометричних форм, які можуть утворювати наночастинки. Моделі виготовлені з PLA, біорозкладного пластику, який є безпечним для використання в навчальних закладах. Вони доступні для завантаження безкоштовно на веб-сайті Бентлі. “Я хотіла створити щось, що було б доступним для всіх, – каже Бентлі. – Я хотіла, щоб кожен, хто зацікавлений у вивченні нанонауки, міг це зробити”. Бентлі вважає, що 3D-моделі є ефективним способом навчання нанонауки. Вони дозволяють студентам:
– розуміти структуру наночастинок;
– порівнювати різні форми наночастинок;
– вивчати, як форма впливає на властивості наночастинок.
“3D-моделі роблять навчання більш інтерактивним і захоплюючим, – каже Бентлі. – Вони допомагають студентам краще зрозуміти складні концепції нанонауки”. Бентлі також використовує 3D-моделі у своїй власній лабораторії. Вона та її студенти працюють над маніпуляціями з атомами золота у пробірках з рідиною, щоб контролювати форму наночастинок. “3D-моделі допомагають нам зрозуміти, як різні умови впливають на форму наночастинок, -каже Бентлі. – Це може допомогти нам розробити нові матеріали з унікальними властивостями”.
Одним із прикладів таких матеріалів є наночастинки золота, які можна використовувати для перетворення вуглекислого газу на паливні матеріали. Бентлі та її команда виявили, що 12-гранні ромбічні додекаедри є найбільш ефективною формою наночастинок для цієї реакції.
“Це схоже на переробку, – каже Бентлі. – Наночастинки не лише дозволяють дослідникам вилучати вуглекислий газ з атмосфери, але й перетворювати його назад у певний вид палива, який можна використовувати. Тож якщо ми зможемо вирощувати частинки, які мають лише цю грань, це буде справжньою перевагою”. 3D-моделі, розроблені Бентлі, є цінним ресурсом для студентів, викладачів та дослідників, які вивчають нанонауку. Вони роблять невидиме видимим і допомагають краще зрозуміти складні концепції цієї галузі.
