) Нью-Йорк университетінің Политехникалық инженерлік мектебінің мамандарымен бірге суда қалқып, батпайтындай жеңіл жаңа металл композициясын жасады.
Магний қорытпасының матрицалық композиті - бұл синтаксистік көбік деп аталатын, металл, полимер немесе керамикалық матрицаны қуыс бөлшектермен толтыру арқылы жасалған композициялық материал түрі. AT бұл жағдаймагний қорытпасының матрицасы DST әзірлеген кремний карбиді қуыс бөлшектермен толтырылған. Яғни, бұл металл көбіктің бір түрі.
Ғалымдар нәтижесінде металл матрицасы бар әлемдегі ең жеңіл синтаксистік көбік пайда болды деп мәлімдейді. «Көбік» құрылымы материалдың сұйықтықтың бетінде қалқып, батып кетпеуі үшін судан аз, текше сантиметрге 0,92 грамм тығыздыққа ие болуға мүмкіндік береді.
Өте күшті кремний карбидті шарлар бір шаршы сантиметрге 1757,6 килограмм күшке төтеп бере алады. Сондай-ақ мұндай сфералар энергияны сіңіргіш ретінде әрекет ете отырып, соққыға төзімділікті қамтамасыз ете алады.
Матрицаға қосылатын сфералар санын өзгерту композитке қолданбаның мақсатына байланысты теңшеуге болатын кейбір басқа қасиеттерді алуға мүмкіндік береді.
Болашақта ұқсас материалды құрылыс үшін пайдалануға болады теңіз кемелері, ол корпусқа зақым алғаннан кейін де суда қалады. Сонымен қатар, материал өте тығыз болып шықты, одан жасалған ыдыс теңіздің қатал жағдайларына төтеп бере алады.
Материал сонымен қатар ыстыққа төзімділігімен мақтана алады, бұл оны жеңіл полимерлі матрицалық композиттерге өміршең балама етеді, олар соңғы жылдары көптеген зерттеулердің назарында болды және теңіз және автомобиль компоненттерін жасау үшін пайдаланылды (ауыр металл негізіндегі компоненттердің орнына).
«Бұл жаңа дамукомпозициялық материалдар саласында металл құрамдас бөліктерін өндіруге қайта оралуға мүмкіндік беретін өте жеңіл материал, - дейді механикалық және аэроғарыштық инженерия профессоры Никхил Гупта (Никхил Гупта), зерттеудің бірлескен авторы. «Металдардың жоғары температураға төтеп беру қабілеті, егер компоненттер қозғалтқыш үшін жасалған болса немесе пайдаланылған газдармен байланыста болса, үлкен артықшылық болуы мүмкін».
Материалды пайдаланудың кейбір ықтимал мүмкіндіктері кеменің түбін қаптауды ғана емес, сонымен қатар жасаушылардың пікірінше, ол автомобиль бөлшектерін, жүзетін көліктерді және әскери көліктерге арналған бронь жасау үшін пайдалы болады. Соңғы мысалАҚШ армиясының зерттеу зертханасының қолдауымен DST неліктен әзірленіп жатқанын түсіндіреді.
Әзірлеушілердің айтуынша, жаңа материалдан жасалған құрылғылардың прототиптері алдағы үш жылда сынақтан өтеді.
Толық мәліметтер Journal of Impact Engineering журналында жарияланған ғылыми мақалада берілген.
Денис Зеленовке дирижерлік етуге көмектесті. 10 жыл.
Жазда Денис Еділ-Дон каналында жүзді. Мен үлкен кемелердің канал арқылы өтіп бара жатқанын, құлыптау камерасында көтеріліп, құлағанын көрдім. Мен ойладым: оларға суда қалуға ғана емес, сонымен қатар ауыр жүктерді көтеруге не мүмкіндік береді?
Неліктен кемелер суда жүре алады?
Мұның бірнеше себептері бар.
1. Тығыздық
Тәжірибе 1
Ағаш тақтайшаны суға лақтырсаңыз, оның бетінде жататынын бәріміз білеміз, бірақ бірдей өлшемдегі металл қаңылтыр бірден батып кете бастайды.
Неліктен бұл болып жатыр? Бұл заттың салмағымен емес, оның тығыздығымен анықталады. Тығыздық - белгілі бір көлемде қоршалған заттың массасы.
Тәжірибе 2
Біз әртүрлі материалдардан - металдан, ағаштан, тастан және көбіктен 70x40x50 мм өлшемдегі текшелерді алып, оларды өлшеп алдық. Және біз текшелердің салмағы әртүрлі, демек, әртүрлі тығыздықтарға ие екенін көрдік.
Текше салмағы:
- тас -264 гр.,
- полистирол - 3 г.,
- металл - 1020 гр.,
- ағаш - 70 гр.
Осыдан олар текшелердің ең тығыз материалы металл, содан кейін тас, ағаш және көбік болып табылады деген қорытындыға келді.
Тәжірибе 3
Ал егер бұл текшелерді суға түсірсе не болады? Тәжірибеден көрініп тұрғандай, тас пен металл батып кетті - олардың тығыздығы судың тығыздығынан үлкен, бірақ көбік пен ағаш жоқ - олардың тығыздығы судың тығыздығынан аз. Бұл кез келген заттың тығыздығы судың тығыздығынан аз болса қалқып жүретінін білдіреді.
Сондықтан кеме суда жүзуі үшін оны оның тығыздығы судың тығыздығынан аз болатындай етіп жасау керек. Біз оны судың тығыздығынан төмен тығыздығы бар және батпайтын материалдан жасадық делік - мысалы, ағаштан. Адамның ағаштан әуелі сал, сосын ағаштың қалқығыш қасиетін пайдаланып қайық жасағанын тарихтан білеміз.
Бүгінде біз металдан жасалған көптеген кемелерді көреміз, бірақ олар суға батпайды. Себебі, олардың денесі ауаға толы. Ауаның тығыздығы судан әлдеқайда аз. Кеме ауа мен металдың жалпы, жалпы тығыздығы сияқты қалыптасады. Нәтижесінде кеменің орташа тығыздығы оның корпусындағы ауаның үлкен көлемімен бірге судың тығыздығынан аз болады. Сондықтан ауыр кеме суға батпайды. Мұны тәжірибемен растайық.
Тәжірибе 4
Біз жалпақ металды суға түсіреміз - ол бірден батып кетеді, ал бүйірлері бар кез келген ыдыс суда қалады - онда қалқымалылық қоры қалыптасады. Ол жерге тіпті жүк түсіруге де болады.
Құтқару құралдары да жұмыс істейді: кеудеше немесе адамға киінген шеңбер. Олардың көмегімен құтқарушылар келгенше суда қалуға болады.
2. Қалқымалылық
Сонымен қатар суға батырылған денеге қалқымалы күш әсер етеді. Суретте қысым күштері денеге барлық жағынан әсер ететінін көреміз:
Көлденең бағытта әрекет ететін күштер, яғни. кеменің бортында бір-бірін өзара өтейді. Төменгі беттегі қысым - төменгі жағында, жоғарыдан келетін қысымнан асып түседі. Нәтижесінде жоғары көтерілу күші пайда болады.
Бұл келесі тәжірибеден анық байқалады.
Тәжірибе 5
Ішінде ауасы бар, суға батырылған доп одан күшпен жоғары ұшады.
Бұл шардың қалқымалы күшіне әсер етеді (Архимед күші). Содан кейін ол кемені суда ұстап, кеменің жүзуіне мүмкіндік береді.
1-Қызмет көрсету күші; 2- Борттағы су қысымы
Қалқымалы күштің әсері неге байланысты?
Бірінші- бұл кеменің көлемінен және екіншісі - кеме жүзетін судың тығыздығынан. Бұл күш неғұрлым үлкен болса, соғұрлым батырылған дененің көлемі үлкен болады. Осы тәжірибені тексерейік.
Тәжірибе 6
Қалқымалы тақтаға кішкене жүк салайық - олар батып кетеді. Міне, көлемі үрлемелі қайықайтарлықтай үлкенірек және ол тіпті бірнеше адамға төтеп бере алады.
Екінші— судың тығыздығы артқан сайын қалқымалы күш өзгереді. Судың тығыздығын оған көп мөлшерде тұз қосу арқылы арттыруға болады.
Мұны келесі тәжірибе арқылы дәлелдейміз.
Ресей-американдық зерттеушілер тобы революциялық дамуды ұсынды: суға батпайтын өте жеңіл алюминий.
Ресейдің Оңтүстік федералды университеті мен Юта университетінің (АҚШ) химиктері алюминийдің жаңа ультра жеңіл кристалды түрін жасап шығарды. Ол суға батпайды және экономика мен өнеркәсіптің әртүрлі салаларында қолданылады. Жаңа материалды жасау үшін компьютерлік технологияны қолдану арқылы инновациялық тәсіл қолданылды. Зерттеу туралы Science Daily хабарлайды.
Юта университетінің профессоры Александр Болдырев оңтүстіктен келген әріптестерімен бірге федералды университетмолекулярлық деңгейде қайта құрылымдалған қарапайым алюминий. Ол үшін мамандар компьютерлік модельдеуді қолданып, жаңа кристалдық торды «жинақтады».
Болдырев былай түсіндіреді: оның командасы алмаз кристалдық тормен жұмыс істеді. Оның құрылымын негізге ала отырып, ғалымдар әрбір көміртегі атомын ауыстырдыалюминий тетраэдр.
Нәтижесінде ең жеңіл алюминийдің жаңа метатұрақты түрі пайда болды. Оның тығыздығы – текше сантиметрге 0,61 грамм
(салыстыру үшін: қарапайым алюминийдің тығыздығы текше сантиметрге 2,71 грамм).
Ал бұл жаңа кристалдық пішіні бар алюминий дегенді білдіреді су бетінде қалқып шығады
, оның тығыздығы текше сантиметрге бір грамм.
Бұл қасиет жаңа металды - салыстырмалы түрде арзан және оңай жасалатын, коррозияға төзімді парамагнетикті пайдаланудың үлкен перспективаларын ашады. Аэроғарыш құрылысы, медицина, электроника, автомобиль өнеркәсібі - бұл өте жеңіл алюминий қолданылатын салалардың кейбірі ғана, жұмыс авторлары сенімді. Рас, олар әлі сыналған жоқ жаңа материаләртүрлі жағдайларда, ең алдымен - оның беріктігін тексеру.
«Металл» сөзі жиі ауырлықпен байланысты. Бұл шындықтан алыс. Барлық металдар өте әртүрлі қасиеттерге ие. Олардың кейбіреулерінің жеңілдігі сонша, олар тіпті суға батпайды. Ең жеңіл металл қандай? Оның қандай қасиеттері бар? Анықтап көрейік.
Дүние жүзіндегі ең жеңіл металдар
Жеңіл металдар - тығыздығы төмен металдар. Бұл сирек кездесетін жағдай емес. Мұндай сипаттамаларға ие заттар жер қыртысының массасының шамамен 20% құрайды. Олар белсенді түрде өндіріледі және өнеркәсіпте кеңінен қолданылады.
Ең жеңіл металл - литий. Ең кіші атомдық массадан басқа, оның тығыздығы ең аз, ол судан екі есе төмен. Литийден кейін калий, натрий, алюминий, рубидий, цезий, стронций, т.б. келеді. Бұларға металдар арасында беріктігі жоғары титан жатады.
Алюминий сонымен қатар жеңіл және берік. Жер қыртысында ол үшінші орын алады. Адамдар оны өнеркәсіптік жолмен алуды үйренгенше, металл алтыннан қымбат болды. Енді бір келі алюминийді шамамен 2 долларға сатып алуға болады. Ол зымырандық технологияда да, әскери өнеркәсіпте де, тамақ фольгасы мен ас үй бұйымдарын жасау үшін де қолданылады.
Литий
Литий элементтердің периодтық жүйесінің бірінші тобында. Ол сутегі мен гелийден кейін 3-ші орында тұр және барлық металдардың атомдық массасы ең аз. Қарапайым зат - литий, қалыпты жағдайда күміс-ақ түсті болады.
Бұл тығыздығы 0,534 г/см³ ең жеңіл сілтілі металл. Осының арқасында ол суда ғана емес, керосинде де жүзеді. Ол әдетте парафинде, бензинде, минералды майларда немесе мұнай эфирінде сақталады. Литий өте жұмсақ және икемді, пышақпен оңай кесіледі. Бұл металды балқыту үшін оны 180,54 °C температураға дейін қыздыру керек. Ол тек 1340 °C температурада қайнатылады.
Табиғатта металдың тек екі тұрақты изотопы бар: литий-6 және литий-7. Олардан басқа 7 жасанды изотоптар және 2 ядролық изомерлер бар. Литий сутегін гелийге айналдыру реакциясының аралық өнімі болып табылады, осылайша жұлдыздық энергияның түзілу процесіне қатысады.
Литиймен әрекеттесуі
Оның сілтілі табиғатын ескере отырып, ол өте белсенді деп болжауға болады. Дегенмен, металл өз тобының ең сабырлы мүшесі болып табылады. Қалыпты бөлме температурасында литий оттегімен және басқа да көптеген заттармен әлсіз әрекеттеседі. Ол қыздырғаннан кейін өзінің «дабырлы мінезін» көрсетеді, содан кейін ол қышқылдармен, әртүрлі газдармен және негіздермен әрекеттеседі.
Басқа сілтілік металдардан айырмашылығы ол сумен жұмсақ әрекеттеседі, гидроксид пен сутегі түзеді. Құрғақ ауамен іс жүзінде реакция жоқ. Бірақ егер ол ылғалды болса, онда литий оның газдарымен баяу әрекеттеседі, нитрид, карбонат және гидроксид түзеді.
Белгілі бір температурада ең жеңіл метал аммиакпен, этил спиртімен, галогендермен, сутегімен, көміртегімен, кремниймен және күкіртпен белсенді.
литий қорытпалары
Литийдің қасиеттері металдардың жеке қасиеттерін арттырады, сондықтан оны қорытпаларда жиі қолданады. Оның оксидтермен, сутегімен, сульфидтермен реакциясы пайдалы. Қыздырған кезде олармен ерімейтін қосылыстар түзеді, оларды осы заттардан тазартып, балқытылған металдардан оңай алуға болады.
Қорытпаға коррозияға төзімділік пен икемділік беру үшін оны магний мен алюминиймен араластырады. Онымен қорытпадағы мыс тығызырақ және аз кеуекті болады, электр тогын жақсы өткізеді. Ең жеңіл металл қорғасынның қаттылығы мен иілгіштігін арттырады. Сонымен қатар көптеген заттардың балқу температурасын жоғарылатады.
Литийдің арқасында металл берік және зақымға төзімді болады. Дегенмен, бұл оларға салмақ түсірмейді. Сондықтан оның негізіндегі қорытпалар ғарыш техникасында және авиацияда қолданылады. Негізінен кадмий, мыс, скандий және магний бар қоспалар қолданылады.
Табиғатта болу және мағынасы
Ең жеңіл металдың өзіне тән 30-ға жуық минералы бар, бірақ олардың 5-еуі ғана өнеркәсіпте қолданылады: пенталит, амблигонит, лепидолит, цинвальдит, сподумен. Сонымен қатар, ол тұзды көлдерде орналасқан. Жалпы алғанда, жер қыртысында бұл металдың 0,005% бар.
Литийдің ірі өнеркәсіптік қоры барлық континенттерде кездеседі. Бразилияда, Австралияда, Оңтүстік Африкада, Канадада, АҚШ-та және басқа елдерде өндіріледі. Осыдан кейін ол электроникада, металлургияда, лазерлік материалдарда, атом энергетикасында және тіпті медицинада қолданылады.
Біздің денемізде ол бауырда, қанда, өкпеде, сүйектерде және басқа органдарда кездеседі. Литийдің жетіспеушілігі ақауларға әкеледі жүйке жүйесіжәне ми. Ол ағзаның ауруға төзімділігін арттырады, ферменттердің белсенділігін белсендіреді. Оның көмегімен олар Альцгеймер ауруымен, психикалық бұзылулармен, склерозбен, сондай-ақ әртүрлі тәуелділіктермен күреседі.
Уыттылық
Литийдің біздің денеміздегі маңызды биологиялық рөліне қарамастан, ол қауіпті болуы мүмкін. Ең жеңіл металл өте улы және улануды тудыруы мүмкін. Жану кезінде ол шырышты қабықтың тітіркенуін және ісінуін тудырады. Егер олардың үстіне тұтас металдың бір бөлігі түссе, дәл солай болады.
Литийді қолғапсыз өңдеуге болмайды. Ауадағы ылғалмен немесе терідегі ылғалмен әрекеттесу оңай күйік тудырады. Балқытылған металмен сіз одан да мұқият болуыңыз керек, өйткені оның белсенділігі айтарлықтай артады. Онымен жұмыс істегенде оның сілті екенін есте сақтау керек. Оның теріге әсерін кәдімгі сірке суымен азайтуға болады.
Ағзада литий иммундық жүйенің қарсылығын арттырады және жүйке жүйесінің жұмысын жақсартады. Бірақ оның артық болуы бас айналу, ұйқышылдық, аппетит жоғалтуымен бірге жүреді. Металл улану либидоның төмендеуіне, бұлшықет әлсіздігіне және салмақтың өсуіне әкеледі. Бұл жағдайда көру, есте сақтау және кома нашарлауы мүмкін. Литиймен жұмыс істегенде әрқашан қолғап, қорғаныс костюмі және көзілдірік киіңіз.