) न्यूयॉर्क युनिव्हर्सिटीच्या पॉलिटेक्निक स्कूल ऑफ इंजिनीअरिंगच्या तज्ञांसोबत मिळून एक नवीन धातूचे मिश्रण तयार केले जे इतके हलके आहे की ते पाण्यावर तरंगू शकते आणि बुडू शकत नाही.
मॅग्नेशियम मिश्र धातु मॅट्रिक्स संमिश्र एक तथाकथित सिंटॅक्टिक फोम आहे, एक प्रकारचा संमिश्र पदार्थ जो पोकळ कणांसह धातू, पॉलिमर किंवा सिरेमिक मॅट्रिक्स भरून तयार केला जातो. एटी हे प्रकरणमॅग्नेशियम मिश्र धातु मॅट्रिक्स सिलिकॉन कार्बाइड पोकळ कणांनी भरलेले आहे, डीएसटीने विकसित केले आहे. म्हणजेच हा एक प्रकारचा धातूचा फेस आहे.
शास्त्रज्ञांचा दावा आहे की याचा परिणाम म्हणजे मेटल मॅट्रिक्ससह जगातील सर्वात हलका सिंटॅक्टिक फोम. "फोम" संरचनेमुळे सामग्रीची घनता 0.92 ग्रॅम प्रति घन सेंटीमीटर, पाण्यापेक्षा कमी असू शकते, जेणेकरून सामग्री द्रवाच्या पृष्ठभागावर तरंगू शकते आणि बुडू नये.
अत्यंत मजबूत सिलिकॉन कार्बाइड बॉल प्रति चौरस सेंटीमीटर 1,757.6 किलोग्रॅम पेक्षा जास्त शक्ती सहन करण्यास सक्षम आहेत. अशा गोलाकार ऊर्जा शोषक म्हणून कार्य करून प्रभाव प्रतिरोध देखील प्रदान करू शकतात.
मॅट्रिक्समध्ये जोडल्या जाणार्‍या गोलांची संख्या बदलल्याने कंपोझिटला काही इतर गुणधर्म प्राप्त करण्यास अनुमती मिळते जी अनुप्रयोगाच्या उद्देशानुसार सानुकूलित केली जाऊ शकतात.
भविष्यात, समान सामग्री बांधकामासाठी वापरली जाऊ शकते सागरी जहाजे, जे हुलचे नुकसान झाल्यानंतरही तरंगत राहील. याव्यतिरिक्त, सामग्री इतकी दाट असल्याचे दिसून आले की त्यापासून बनविलेले जहाज समुद्राच्या कठोर परिस्थितीला तोंड देऊ शकते.
सामग्रीमध्ये उष्णता प्रतिरोधक क्षमता देखील आहे, ज्यामुळे ते हलक्या वजनाच्या पॉलिमर मॅट्रिक्स कंपोझिटसाठी एक व्यवहार्य पर्याय बनले आहे, जे अलीकडच्या वर्षांत मोठ्या प्रमाणात संशोधनाचे केंद्रस्थान बनले आहे आणि त्याचा वापर सागरी आणि ऑटोमोटिव्ह घटक (जड धातू-आधारित घटकांऐवजी) करण्यासाठी केला गेला आहे.
"हे नवीन विकाससंमिश्र सामग्रीच्या क्षेत्रात, एक अतिशय हलकी सामग्री जी तुम्हाला धातूच्या घटकांच्या निर्मितीकडे परत येऊ देईल, - अभ्यासाचे सह-लेखक, यांत्रिक आणि एरोस्पेस अभियांत्रिकीचे प्राध्यापक निखिल गुप्ता (निखिल गुप्ता) म्हणतात. "इंजिनसाठी घटक तयार केले असल्यास किंवा एक्झॉस्ट वायूंच्या संपर्कात आल्यास धातूंची उच्च तापमान सहन करण्याची क्षमता खूप मोठा फायदा होऊ शकते."
सामग्रीच्या काही संभाव्य उपयोगांमध्ये केवळ जहाजाच्या तळाशी अस्तरच नाही तर, निर्मात्यांच्या मते, ते ऑटोमोटिव्ह पार्ट्स, तरंगणारी वाहने आणि लष्करी वाहनांसाठी चिलखत तयार करण्यासाठी उपयुक्त ठरेल. शेवटचे उदाहरणयूएस आर्मी संशोधन प्रयोगशाळेच्या मदतीने डीएसटी का विकसित केले जात आहे हे स्पष्ट करते.
विकासकांच्या मते, नवीन सामग्रीपासून बनवलेल्या उपकरणांच्या प्रोटोटाइपची पुढील तीन वर्षांत चाचणी केली जाईल.
जर्नल ऑफ इम्पॅक्ट इंजिनीअरिंगमध्ये प्रकाशित झालेल्या एका वैज्ञानिक लेखात तपशील आहेत.
डेनिस झेलेनोव्ह आयोजित करण्यात मदत केली. 10 वर्षे.
उन्हाळ्यात, डेनिसने व्होल्गा-डॉन कालव्यावर पोहले. मी मोठी जहाजे कालव्यातून जाताना, लॉक चेंबरमध्ये उठताना आणि पडताना पाहिली. आणि मी विचार केला: कशामुळे त्यांना केवळ पाण्यावरच राहता येत नाही तर जड भार वाहून नेण्याचीही परवानगी मिळते?
जहाजे पाण्यावर का चालू शकतात?
अनेक कारणे आहेत.
1. घनता
अनुभव १
आपल्या सर्वांना माहित आहे की जर तुम्ही लाकडी फळी पाण्यात टाकली तर ती त्याच्या पृष्ठभागावर पडेल, परंतु त्याच आकाराची धातूची शीट लगेच बुडायला लागते.
असे का होत आहे? हे ऑब्जेक्टच्या वजनाने नव्हे तर त्याच्या घनतेने निर्धारित केले जाते. घनता म्हणजे विशिष्ट खंडात बंदिस्त पदार्थाचे वस्तुमान.
अनुभव २
आम्ही वेगवेगळ्या साहित्य - धातू, लाकूड, दगड आणि फोममधून समान आकाराचे 70x40x50 मिमीचे चौकोनी तुकडे घेतले आणि त्यांचे वजन केले. आणि आपण पाहिले की क्यूब्सचे वजन भिन्न आहे आणि परिणामी, भिन्न घनता आहेत.
पासून घन वजन:
- दगड -264 ग्रॅम.,
- पॉलिस्टीरिन - 3 ग्रॅम,
- धातू - 1020 ग्रॅम,
- झाड - 70 ग्रॅम
यावरून त्यांनी असा निष्कर्ष काढला की क्यूब्सची घनता सामग्री म्हणजे धातू, नंतर दगड, लाकूड आणि फेस.
अनुभव ३
आणि जर हे चौकोनी तुकडे पाण्यात उतरवले तर काय होईल? अनुभवावरून पाहिले जाऊ शकते, दगड आणि धातू बुडले - त्यांची घनता पाण्याच्या घनतेपेक्षा जास्त आहे, परंतु फोम आणि लाकूड नाही - त्यांची घनता पाण्याच्या घनतेपेक्षा कमी आहे. याचा अर्थ असा की कोणत्याही वस्तूची घनता पाण्याच्या घनतेपेक्षा कमी असल्यास ती तरंगते.
म्हणून, जहाज पाण्यावर तरंगण्यासाठी, त्याची घनता पाण्याच्या घनतेपेक्षा कमी असेल अशी रचना केली पाहिजे. समजा आपण ते अशा सामग्रीपासून बनवतो ज्याची घनता पाण्याच्या घनतेपेक्षा कमी आहे आणि ती बुडत नाही - उदाहरणार्थ, लाकडापासून. आपल्याला इतिहासावरून माहित आहे की लाकडापासून मनुष्याने प्रथम तराफा बनवला आणि नंतर बोटी, लाकडाचा गुणधर्म वापरून - उछाल.
आज आपण धातूपासून बनलेली अनेक जहाजे पाहतो, पण ती बुडत नाहीत. कारण त्यांच्या शरीरात हवा भरलेली असते. पाण्यापेक्षा हवा खूपच कमी दाट आहे. जहाज तयार होते, जसे की ते होते, हवा आणि धातूची एकूण घनता. परिणामी, जहाजाची सरासरी घनता, त्याच्या हुलमधील हवेच्या प्रचंड प्रमाणासह, पाण्याच्या घनतेपेक्षा कमी होते. त्यामुळे जड जहाज बुडत नाही. चला अनुभवाने याची पुष्टी करूया.
अनुभव ४
आम्ही धातूची एक सपाट शीट पाण्यात उतरवतो - ते लगेच बुडते, आणि बाजू असलेले कोणतेही भांडे तरंगते - त्यामध्ये उत्साहाचा साठा तयार होतो. तुम्ही तिथे भार टाकू शकता.
जीवन-बचत उपकरणे देखील कार्य करतात: एक बनियान किंवा एखाद्या व्यक्तीवर परिधान केलेले वर्तुळ. त्यांच्या मदतीने, बचावकर्ते येईपर्यंत तरंगत राहणे शक्य आहे.
2. उत्साह
याव्यतिरिक्त, पाण्यात बुडलेल्या शरीरावर एक उत्साही शक्ती कार्य करते. आकृतीमध्ये, आपण पाहतो की दबाव शक्ती शरीरावर सर्व बाजूंनी कार्य करतात:
क्षैतिज दिशेने कार्य करणारी शक्ती, म्हणजे. जहाजावर चढून, एकमेकांना परस्पर भरपाई द्या. खालच्या पृष्ठभागावरील दाब - तळाशी, वरून दाब ओलांडतो. परिणामी, एक ऊर्ध्वगामी उत्साही शक्ती निर्माण होते.
पुढील प्रयोगातून हे स्पष्टपणे दिसून येते.
अनुभव ५
आत हवा असलेला चेंडू, पाण्यात बुडवून, त्यातून जोराने वर उडतो.
हे बॉल बॉयंट फोर्स (आर्किमिडीज फोर्स) वर कार्य करते. त्यानंतर ती जहाज तरंगते आणि जहाजाला तरंगू देते.
1-देखभाल सक्ती; 2-बोर्डवरील पाण्याचा दाब
उत्तेजक शक्तीचा प्रभाव कशावर अवलंबून असतो?
पहिला- हे जहाजाच्या आकारमानावरून आहे आणि दुसरे - जहाज ज्या पाण्यात तरंगते त्या पाण्याच्या घनतेवरून. ही शक्ती जास्त असते, विसर्जन केलेल्या शरीराची मात्रा जास्त असते. चला हा अनुभव तपासूया.
अनुभव 6
फ्लोटिंग बोर्डवर एक लहान भार टाकूया - ते बुडतात. आणि येथे खंड आहे inflatable बोटलक्षणीयरीत्या मोठ्या, आणि ते अगदी काही लोकांना सहन करू शकते.
दुसरा- वाढत्या पाण्याच्या घनतेसह उत्साही शक्ती बदलते. त्यात भरपूर मीठ टाकून पाण्याची घनता वाढवता येते.
हे आपण पुढील प्रयोगाद्वारे सिद्ध करू.
संशोधकांच्या रशियन-अमेरिकन संघाने एक क्रांतिकारी विकास सादर केला आहे: अल्ट्रा-लाइट अॅल्युमिनियम जो पाण्यात बुडत नाही.
रशियन सदर्न फेडरल युनिव्हर्सिटी आणि युनिव्हर्सिटी ऑफ उटाह (यूएसए) च्या रसायनशास्त्रज्ञांनी अॅल्युमिनियमचा एक नवीन अल्ट्रा-लाइट स्फटिकासारखा विकसित केला आहे. ते पाण्यात बुडत नाही आणि अर्थव्यवस्थेच्या आणि उद्योगाच्या विविध क्षेत्रांमध्ये वापरले जाऊ शकते. नवीन साहित्य तयार करण्यासाठी, संगणक तंत्रज्ञानाचा वापर करून एक अभिनव दृष्टीकोन लागू केला गेला. सायन्स डेलीने या अभ्यासाचे वृत्त दिले आहे.
युटा विद्यापीठातील प्राध्यापक अलेक्झांडर बोल्डीरेव्ह, दक्षिणेकडील सहकाऱ्यांसह फेडरल विद्यापीठआण्विक स्तरावर सामान्य अॅल्युमिनियमची पुनर्रचना केली. हे करण्यासाठी, तज्ञांनी संगणक मॉडेलिंग वापरले आणि एक नवीन क्रिस्टल जाळी "एकत्रित" केली.
बोल्डीरेव्ह स्पष्ट करतात: त्याच्या टीमने डायमंड क्रिस्टल जाळीसह काम केले. त्याची रचना एक आधार म्हणून घेऊन, शास्त्रज्ञ प्रत्येक कार्बन अणू बदललेअॅल्युमिनियम टेट्राहेड्रॉन.
याचा परिणाम सर्वात हलका अॅल्युमिनियमचा एक नवीन मेटास्टेबल प्रकार होता. त्याची घनता – 0.61 ग्रॅम प्रति घन सेंटीमीटर
(तुलनेसाठी: सामान्य अॅल्युमिनियमची घनता 2.71 ग्रॅम प्रति घन सेंटीमीटर असते).
आणि याचा अर्थ असा आहे की नवीन क्रिस्टल फॉर्मसह अॅल्युमिनियम पाण्याच्या पृष्ठभागावर तरंगते
, ज्याची घनता एक ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर आहे.
या मालमत्तेमुळे नवीन धातू - तुलनेने स्वस्त आणि उत्पादनास सोपे, गंज-प्रतिरोधक पॅरामॅग्नेट वापरण्यासाठी मोठ्या संधी उघडतात. एरोस्पेस बांधकाम, औषध, इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑटोमोटिव्ह उद्योग - ही काही क्षेत्रे आहेत ज्यात अल्ट्रा-लाइट अॅल्युमिनियमचा उपयोग होईल, या कामाच्या लेखकांना खात्री आहे. खरे आहे, त्यांची अजून चाचणी व्हायची आहे नवीन साहित्यविविध परिस्थितींमध्ये, सर्व प्रथम - त्याची शक्ती तपासण्यासाठी.
"धातू" हा शब्द बर्‍याचदा जडपणाशी संबंधित असतो. हे सत्यापासून दूर आहे. सर्व धातूंचे गुणधर्म खूप भिन्न असतात. त्यातील काही इतके हलके असतात की ते पाण्यात बुडतही नाहीत. सर्वात हलका धातू कोणता आहे? त्यात कोणते गुणधर्म आहेत? चला शोधूया.
जगातील सर्वात हलके धातू
हलके धातू हे धातू असतात ज्यांची घनता कमी असते. ही काही दुर्मिळ घटना नाही. अशा वैशिष्ट्यांसह पदार्थ पृथ्वीच्या कवचाच्या वस्तुमानाच्या अंदाजे 20% बनवतात. ते सक्रियपणे उत्खनन केले जातात आणि उद्योगात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.
सर्वात हलका धातू लिथियम आहे. सर्वात लहान अणु वस्तुमानाच्या व्यतिरिक्त, त्यात सर्वात कमी घनता देखील आहे, जी पाण्यापेक्षा दोन पट कमी आहे. लिथियम नंतर पोटॅशियम, सोडियम, अॅल्युमिनियम, रुबिडियम, सीझियम, स्ट्रॉन्शिअम इत्यादींचा समावेश होतो. यामध्ये टायटॅनियमचा समावेश होतो, ज्याची ताकद धातूंमध्ये सर्वात जास्त असते.
अॅल्युमिनियम देखील हलके आणि टिकाऊ आहे. पृथ्वीच्या कवचमध्ये, ते तिसरे सर्वात सामान्य आहे. जोपर्यंत लोक ते औद्योगिकदृष्ट्या कसे मिळवायचे ते शिकले नाही तोपर्यंत धातू सोन्यापेक्षा महाग होता. आता एक किलोग्रॅम अॅल्युमिनियम सुमारे $2 मध्ये खरेदी केले जाऊ शकते. हे रॉकेट तंत्रज्ञान आणि लष्करी उद्योगात आणि अन्न फॉइल आणि स्वयंपाकघरातील वस्तूंच्या निर्मितीसाठी वापरले जाते.
लिथियम
लिथियम घटकांच्या आवर्त सारणीच्या पहिल्या गटात आहे. हे हायड्रोजन आणि हेलियम नंतर 3 व्या क्रमांकावर आहे आणि सर्व धातूंमध्ये सर्वात लहान अणू वस्तुमान आहे. एक साधा पदार्थ - लिथियम, सामान्य परिस्थितीत चांदी-पांढरा रंग असतो.
हा सर्वात हलका अल्कली धातू आहे ज्याची घनता 0.534 g/cm³ आहे. यामुळे, ते केवळ पाण्यातच नाही तर रॉकेलमध्येही तरंगते. हे सहसा पॅराफिन, गॅसोलीन, खनिज तेल किंवा पेट्रोलियम इथरमध्ये साठवले जाते. लिथियम खूप मऊ आणि लवचिक आहे, सहजपणे चाकूने कापले जाते. हे धातू वितळण्यासाठी, ते 180.54 डिग्री सेल्सियस तापमानाला गरम केले पाहिजे. ते फक्त 1340 डिग्री सेल्सियसवर उकळते.
निसर्गात, धातूचे फक्त दोन स्थिर समस्थानिक आहेत: लिथियम -6 आणि लिथियम -7. त्यांच्या व्यतिरिक्त, 7 कृत्रिम समस्थानिक आणि 2 परमाणु समस्थानिक आहेत. लिथियम हे हायड्रोजनचे हेलियममध्ये रूपांतर करण्याच्या प्रतिक्रियेतील एक मध्यवर्ती उत्पादन आहे, अशा प्रकारे तारकीय उर्जेच्या निर्मितीच्या प्रक्रियेत भाग घेते.
लिथियमसह प्रतिक्रिया
त्याचे अल्कधर्मी स्वरूप लक्षात घेता, असे गृहीत धरले जाऊ शकते की ते खूप सक्रिय आहे. तथापि, धातू त्याच्या गटातील सर्वात शांत सदस्य आहे. सामान्य खोलीच्या तपमानावर, लिथियम ऑक्सिजन आणि इतर अनेक पदार्थांसह कमकुवतपणे प्रतिक्रिया देते. तो गरम झाल्यानंतर त्याचा "वादळी स्वभाव" दर्शवतो, नंतर तो ऍसिड, विविध वायू आणि तळांसह प्रतिक्रिया देतो.
इतर अल्कली धातूंच्या विपरीत, ते पाण्यावर हळूवारपणे प्रतिक्रिया देते, हायड्रोक्साईड आणि हायड्रोजन तयार करते. कोरड्या हवेसह व्यावहारिकपणे कोणतीही प्रतिक्रिया नाही. परंतु जर ते ओले असेल तर लिथियम हळूहळू त्याच्या वायूंवर प्रतिक्रिया देते आणि नायट्राइड, कार्बोनेट आणि हायड्रॉक्साइड तयार करते.
विशिष्ट तापमानात, सर्वात हलका धातू अमोनिया, इथाइल अल्कोहोल, हॅलोजन, हायड्रोजन, कार्बन, सिलिकॉन आणि सल्फरसह सक्रिय असतो.
लिथियम मिश्र धातु
लिथियमचे गुणधर्म धातूंचे वैयक्तिक गुण वाढवतात, म्हणूनच ते बहुतेक वेळा मिश्र धातुंमध्ये वापरले जाते. ऑक्साइड, हायड्रोजन, सल्फाइडसह त्याची प्रतिक्रिया उपयुक्त आहे. गरम केल्यावर, ते त्यांच्याबरोबर अघुलनशील संयुगे तयार करतात, जे वितळलेल्या धातूंमधून काढणे सोपे आहे, त्यांना या पदार्थांपासून स्वच्छ केले आहे.
मिश्रधातूला गंज प्रतिकार आणि लवचिकता देण्यासाठी, ते मॅग्नेशियम आणि अॅल्युमिनियममध्ये मिसळले जाते. मिश्रधातूतील तांबे घनदाट आणि कमी सच्छिद्र बनते, वीज अधिक चांगल्या प्रकारे चालवते. सर्वात हलका धातू शिशाची कडकपणा आणि लवचिकता वाढवतो. हे अनेक पदार्थांचे वितळण्याचे बिंदू देखील वाढवते.
लिथियमबद्दल धन्यवाद, धातू मजबूत आणि नुकसानास प्रतिरोधक बनते. तथापि, ते त्यांचे वजन कमी करत नाही. त्यामुळेच त्यावर आधारित मिश्रधातूंचा वापर अवकाश अभियांत्रिकी आणि विमानचालनात केला जातो. कॅडमियम, तांबे, स्कॅन्डियम आणि मॅग्नेशियम असलेली मिश्रणे प्रामुख्याने वापरली जातात.
स्वभाव आणि अर्थात असणे
सर्वात हलक्या धातूमध्ये स्वतःचे सुमारे 30 खनिजे असतात, परंतु त्यापैकी फक्त 5 उद्योगात वापरली जातात: पेंटलाइट, एम्ब्लीगोनाइट, लेपिडोलाइट, झिन्वाल्डाइट आणि स्पोड्युमिन. याव्यतिरिक्त, ते मीठ तलावांमध्ये स्थित आहे. एकूण, पृथ्वीच्या कवचामध्ये या धातूचा 0.005% समावेश आहे.
लिथियमचे मोठे औद्योगिक साठे सर्व खंडांवर आढळतात. ब्राझील, ऑस्ट्रेलिया, दक्षिण आफ्रिका, कॅनडा, यूएसए आणि इतर देशांमध्ये त्याचे उत्खनन केले जाते. त्यानंतर, त्याचा उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स, धातूशास्त्र, लेसर सामग्री, अणुऊर्जा आणि अगदी औषधांमध्ये केला जातो.
आपल्या शरीरात, ते यकृत, रक्त, फुफ्फुस, हाडे आणि इतर अवयवांमध्ये आढळते. लिथियमच्या कमतरतेमुळे खराबी होते मज्जासंस्थाआणि मेंदू. हे शरीराचा रोग प्रतिकारशक्ती वाढवते, एंजाइमची क्रिया सक्रिय करते. त्याद्वारे ते अल्झायमर रोग, मानसिक विकार, स्क्लेरोसिस, तसेच विविध व्यसनांशी लढतात.
विषारीपणा
आपल्या शरीरात लिथियमची महत्त्वपूर्ण जैविक भूमिका असूनही, ते धोकादायक असू शकते. सर्वात हलकी धातू अत्यंत विषारी असते आणि त्यामुळे विषबाधा होऊ शकते. जळताना, ते श्लेष्मल झिल्लीची चिडचिड आणि सूज उत्तेजित करते. जर संपूर्ण धातूचा तुकडा त्यांच्यावर पडला तर तेच होईल.
लिथियम हातमोजेशिवाय हाताळू नये. हवेतील ओलावा किंवा त्वचेवरील ओलावा यांच्याशी संवाद साधणे, ते सहजपणे बर्न करते. वितळलेल्या धातूसह, आपल्याला आणखी सावधगिरी बाळगण्याची आवश्यकता आहे, कारण त्याची क्रिया लक्षणीय वाढते. त्याच्याबरोबर काम करताना, आपल्याला हे लक्षात ठेवणे आवश्यक आहे की ते अल्कली आहे. आपण सामान्य व्हिनेगरसह त्वचेवर त्याचा प्रभाव कमी करू शकता.
शरीरात, लिथियम रोगप्रतिकारक शक्तीचा प्रतिकार वाढवते आणि मज्जासंस्थेचे कार्य सुधारते. परंतु त्याचे प्रमाण चक्कर येणे, तंद्री, भूक न लागणे यासह आहे. धातूच्या विषबाधामुळे कामवासना कमी होते, स्नायू कमकुवत होतात आणि वजन वाढते. या प्रकरणात, दृष्टी, स्मृती आणि कोमा खराब होऊ शकतात. लिथियमसह काम करताना, नेहमी हातमोजे, संरक्षक सूट आणि गॉगल घाला.