) заедно със специалисти от Политехническото училище по инженерство към Нюйоркския университет създадоха нов метален композит, който е толкова лек, че може да се носи по вода и да не потъва.
Матричен композит от магнезиева сплав е така наречената синтактична пяна, вид композитен материал, създаден чрез запълване на метална, полимерна или керамична матрица с кухи частици. AT този случайматрицата от магнезиева сплав е пълна с кухи частици от силициев карбид, разработени от DST. Тоест, това е вид метална пяна.
Учените твърдят, че резултатът е най-леката в света синтактична пяна с метална матрица. Структурата на "пяната" позволява на материала да има плътност от 0,92 грама на кубичен сантиметър, по-малка от водата, така че материалът да може да плува на повърхността на течност и да не потъва.
Изключително здравите топки от силициев карбид са в състояние да издържат над 1757,6 килограма сила на квадратен сантиметър. Такива сфери могат също така да осигурят устойчивост на удар, като действат като абсорбатори на енергия.
Промяната на броя на сферите, които се добавят към матрицата, позволява на композита да придобие някои други свойства, които могат да бъдат персонализирани в зависимост от целта на приложението.
В бъдеще подобен материал може да се използва за строителство морски кораби, който ще остане на повърхността дори след получаване на повреда на корпуса. Освен това материалът се оказал достатъчно плътен, за да може изработеният от него плавателен съд да издържи на суровите морски условия.
Материалът също така може да се похвали с топлоустойчивост, което го прави жизнеспособна алтернатива на леките полимерни матрични композити, които са били в центъра на много изследвания през последните години и са били използвани за производство на морски и автомобилни компоненти (вместо по-тежки метални компоненти).
"Това ново развитиев областта на композитните материали, много лек материал, който ще ви позволи да се върнете към производството на метални компоненти, - казва професорът по механично и космическо инженерство Никхил Гупта (Nikhil Gupta), съавтор на изследването. „Способността на металите да издържат на по-високи температури може да бъде огромно предимство, ако компонентите са направени за двигател или трябва да влязат в контакт с отработените газове.“
Някои от потенциалните употреби на материала включват не само облицовка на дъното на кораб, но също така, според създателите, той ще бъде полезен за създаване на автомобилни части, плаващи превозни средства и броня за военни превозни средства. Последен примеробяснява защо DST се разработва с подкрепата на изследователската лаборатория на армията на САЩ.
Според разработчиците прототипите на устройства, направени от новия материал, ще бъдат тествани през следващите три години.
Подробности са в научна статия, публикувана в Journal of Impact Engineering.
Помогна за провеждането на Денис Зеленов. 10 години.
През лятото Денис плува по канала Волга-Дон. Гледах как големите кораби преминават през канала, издигат се и падат в шлюза. И си помислих: какво им позволява не само да стоят на водата, но и да носят тежки товари?
Защо корабите могат да се движат по вода?
Има няколко причини.
1. Плътност
Опит 1
Всички знаем, че ако хвърлите дървена дъска във водата, тя ще легне на повърхността й, но метален лист със същия размер веднага започва да потъва.
Защо се случва това? Това се определя не от теглото на обекта, а от неговата плътност. Плътността е масата на веществото, затворено в определен обем.
Опит 2
Взехме кубчета с еднакъв размер 70х40х50 мм от различни материали - метал, дърво, камък и дунапрен и ги претеглихме. И видяхме, че кубовете имат различни тегла и, следователно, различни плътности.
Тегло на куб от:
- камък -264гр.,
- полистирол - 3 гр.,
- метал - 1020 гр.,
- дърво - 70 гр.
От това те заключиха, че най-плътният материал на кубовете е металът, след това камъкът, дървото и пяната.
Опит 3
И какво се случва, ако тези кубчета се спуснат във вода? Както се вижда от опита, камъкът и металът се удавиха - тяхната плътност е по-голяма от плътността на водата, но пяната и дървото не - тяхната плътност е по-малка от плътността на водата. Това означава, че всеки обект ще плава, ако плътността му е по-малка от плътността на водата.
Следователно, за да може един кораб да плава по вода, той трябва да бъде направен така, че плътността му да е по-малка от плътността на водата. Да предположим, че го правим от материал, който има плътност по-малка от плътността на водата и не потъва - например от дърво. От историята знаем, че именно от дървото човекът е направил първо салове, а след това и лодки, използвайки свойството на дървото - плаваемостта.
Днес виждаме много кораби, направени от метал, но те не потъват. Причината е, че тялото им е пълно с въздух. Въздухът е много по-малко плътен от водата. Корабът се формира, така да се каже, общата, обща плътност на въздуха и метала. В резултат на това средната плътност на кораба, заедно с огромния обем въздух в корпуса му, става по-малка от плътността на водата. Ето защо тежък кораб не потъва. Нека потвърдим това с опит.
Опит 4
Спускаме плосък метален лист във водата - той веднага потъва и всеки съд със страни остава на повърхността - в него се образува резерв от плаваемост. Можете дори да поставите товар там.
Работи и спасително оборудване: жилетка или кръг, облечен върху човек. С тяхна помощ е възможно да се задържи на повърхността до пристигането на спасителите.
2. Плаваемост
Освен това върху тяло, потопено във вода, действа подемна сила. На фигурата виждаме, че силите на натиск действат върху тялото от всички страни:
Силите, действащи в хоризонтална посока, т.е. на борда на кораба взаимно се компенсират. Налягането върху долната повърхност - на дъното, надвишава налягането отгоре. В резултат на това се генерира възходяща плаваща сила.
Това ясно се вижда от следния експеримент.
Опит 5
Топка с въздух вътре, потопена във вода, излита със сила от нея.
Това действа върху плаващата сила на топката (силата на Архимед). След това тя поддържа кораба на повърхността и позволява на кораба да плава.
1-Сили за поддръжка; 2-Налягане на водата на борда
От какво зависи действието на подемната сила?
Първо- това е от обема на кораба, а второто - от плътността на водата, в която плава корабът. Тази сила е толкова по-голяма, колкото по-голям е обемът на потопеното тяло. Нека проверим този опит.
Опит 6
Да поставим малък товар върху плаваща дъска - те потъват. И ето го обемът надуваема лодказначително по-голям и дори може да издържи няколко души.
Второ— силата на плаване се променя с увеличаване на плътността на водата. Плътността на водата може да се увеличи чрез добавяне на много сол към нея.
Ще докажем това чрез следния експеримент.
Руско-американски екип от изследователи представи революционна разработка: ултралек алуминий, който не потъва във вода.
Химици от Руския южен федерален университет и Университета на Юта (САЩ) разработиха нова свръхлека кристална форма на алуминий. Не потъва във вода и може да се използва в различни сектори на икономиката и индустрията. За създаването на нов материал е приложен иновативен подход с помощта на компютърни технологии. Проучването съобщава Science Daily.
Професор Александър Болдирев от университета на Юта, заедно с колеги от Юга федерален университетпреструктуриран обикновен алуминий на молекулярно ниво. За да направят това, експертите използваха компютърно моделиране и "сглобиха" нова кристална решетка.
Болдирев обяснява: екипът му е работил с диамантената кристална решетка. Вземайки неговата структура за основа, учените замени всеки въглероден атомалуминиев тетраедър.
Резултатът беше нова метастабилна форма на най-лекия алуминий. Плътността му – 0,61 грама на кубичен сантиметър
(за сравнение: обикновеният алуминий има плътност 2,71 грама на кубичен сантиметър).
А това означава, че алуминият е с нова кристална форма ще изплува на повърхността на водата
, чиято плътност е един грам на кубичен сантиметър.
Това свойство отваря огромни перспективи за използването на нов метал - сравнително евтин и лесен за производство, устойчив на корозия парамагнетик. Аерокосмическото строителство, медицината, електрониката, автомобилната индустрия - това са само част от областите, в които ултралекият алуминий ще намери приложение, уверени са авторите на разработката. Вярно, тепърва ще се тестват нов материалпри различни условия, преди всичко - да се провери неговата здравина.
Думата "метал" често се свързва с тежест. Това далеч не е вярно. Всички метали имат много различни свойства. Някои от тях са толкова леки, че дори не потъват във вода. Кой е най-лекият метал? Какви свойства притежава? Нека разберем.
Най-леките метали в света
Леките метали са метали с ниска плътност. Това в никакъв случай не е рядко явление. Веществата с такива характеристики съставляват приблизително 20% от масата на земната кора. Те се добиват активно и се използват широко в индустрията.
Най-лекият метал е литий. Освен най-малката атомна маса, тя има и най-ниската плътност, която е два пъти по-ниска от тази на водата. След лития идват калий, натрий, алуминий, рубидий, цезий, стронций и др. Те включват титана, който има най-високата якост сред металите.
Алуминият също е лек и издръжлив. В земната кора той е третият по разпространение. Докато хората не се научиха как да го добиват индустриално, металът беше по-скъп от златото. Сега килограм алуминий може да се купи за около $2. Използва се както в ракетната техника и военната индустрия, така и за производството на хранително фолио и кухненски артикули.
литий
Литият е в първата група на периодичната таблица на елементите. Той стои под номер 3 след водорода и хелия и има най-малката атомна маса от всички метали. Едно просто вещество - литий, при нормални условия има сребристо-бял цвят.
Това е най-лекият алкален метал с плътност 0,534 g/cm³. Поради това той плува не само във вода, но и в керосин. Обикновено се съхранява в парафин, бензин, минерални масла или петролев етер. Литият е много мек и пластичен, лесно се реже с нож. За да се разтопи този метал, той трябва да се нагрее до температура от 180,54 °C. Ще заври само при 1340 °C.
В природата има само два стабилни изотопа на метала: литий-6 и литий-7. В допълнение към тях има 7 изкуствени изотопа и 2 ядрени изомера. Литият е междинен продукт в реакцията на превръщане на водорода в хелий, като по този начин участва в процеса на образуване на звездна енергия.
Реакции с литий
Като се има предвид неговата алкална природа, може да се приеме, че е много активен. Метълът обаче е най-спокойният представител на своята група. При нормална стайна температура литият реагира слабо с кислорода и много други вещества. Той проявява своя "бурен нрав" след нагряване, след което реагира с киселини, различни газове и основи.
За разлика от други алкални метали, той реагира леко с вода, образувайки хидроксид и водород. На практика няма реакция със сух въздух. Но ако е мокър, тогава литият бавно реагира с неговите газове, образувайки нитрид, карбонат и хидроксид.
При определени температури най-лекият метал е активен с амоняк, етилов алкохол, халогени, водород, въглерод, силиций и сяра.
литиеви сплави
Свойствата на лития повишават индивидуалните качества на металите, поради което той често се използва в сплави. Полезна е реакцията му с оксиди, водород, сулфиди. При нагряване той образува с тях неразтворими съединения, които лесно се извличат от разтопени метали, след като са ги почистили от тези вещества.
За да се придаде устойчивост на корозия и пластичност на сплавта, тя се смесва с магнезий и алуминий. Медта в сплав с нея става по-плътна и по-малко пореста, провежда по-добре електричество. Най-лекият метал увеличава твърдостта и пластичността на оловото. Той също така повишава точката на топене на много вещества.
Благодарение на лития, металът става здрав и устойчив на повреди. Това обаче не им тежи. Ето защо сплавите на негова основа се използват в космическата техника и авиацията. Използват се предимно смеси с кадмий, мед, скандий и магнезий.
Битие в природата и смисъл
Най-лекият метал има около 30 собствени минерала, но само 5 от тях се използват в промишлеността: пенталит, амблигонит, лепидолит, цинвалдит и сподумен. Освен това се намира в солени езера. Общо земната кора съдържа 0,005% от този метал.
Големи индустриални запаси от литий има на всички континенти. Добива се в Бразилия, Австралия, Южна Африка, Канада, САЩ и други страни. След това се използва в електрониката, металургията, лазерните материали, ядрената енергетика и дори медицината.
В нашето тяло се намира в черния дроб, кръвта, белите дробове, костите и други органи. Липсата на литий води до неизправности нервна системаи мозък. Повишава устойчивостта на организма към заболявания, активира активността на ензимите. С него се борят с болестта на Алцхаймер, психични разстройства, склероза, както и различни зависимости.
Токсичност
Въпреки важната биологична роля на лития в нашето тяло, той може да бъде опасен. Най-лекият метал е доста токсичен и може да причини отравяне. При изгаряне провокира дразнене и подуване на лигавицата. Ако върху тях попадне парче цял метал, ще се случи същото.
Не трябва да се работи с литий без ръкавици. Взаимодействайки с влагата във въздуха или влагата върху кожата, той лесно причинява изгаряне. С разтопения метал трябва да бъдете още по-внимателни, тъй като неговата активност се увеличава значително. Когато работите с него, трябва да запомните, че той е алкален. Можете да намалите ефекта му върху кожата с обикновен оцет.
В организма литият повишава устойчивостта на имунната система и подобрява функционирането на нервната система. Но излишъкът му е придружен от замаяност, сънливост, загуба на апетит. Отравянето с метал води до намалено либидо, мускулна слабост и наддаване на тегло. В този случай зрението, паметта и комата могат да се влошат. Когато работите с литий, винаги носете ръкавици, защитен костюм и очила.