Интересные факты о сверхпрочных материалах
Если вдуматься, то пауки — одни из первых настоящих инженеров природы. Они делают самые прочные нити, которые только можно найти на нашей планете. Шелк, который пауки используют для плетения паутины, прочнее стали. Они используют его, чтобы свисать с потолка в наших домах и преследовать нас в кошмарах. Их шелк очень эластичен. Если учесть его эластичность и количество силы, которое нужно приложить, чтобы его разорвать, то это сочетание показывает, что шелк в три раза прочнее, чем кевлар.
Кевлар — это синтетический материал, используемый для изготовления шин и других резиновых изделий — защитных перчаток или огнеупорных барьеров. Его используют и для спортивного снаряжения. Например, в производстве кроссовок, что помогает максимально увеличить выработку энергии. Благодаря кевлару обувь становится устойчивой к повреждениям и легче. Он чрезвычайно прочный — в пять раз прочнее стали, и очень легкий. Шелк драглайна — это особенно прочный вид паучьего шелка. Драглайн соединяет паука с его паутиной. Это как страховка на случай падения, и она должна быть очень прочной, чтобы выдерживать вес паука. Каждая нить состоит из белковых молекул. Прядь паучьего шелка в тысячу раз тоньше, чем человеческий волос! Вот почему ее можно легко разорвать, даже несмотря на прочность. Но каждая нить прочнее стали. Нужно просто взять сталь такой же толщины, чтобы по-настоящему их сравнить.
Ученые считают, что если бы мы могли изготовить шелк драглайна толщиной с карандаш и длиной тридцать километров, то получился бы материал такой прочности, что он мог бы остановить реактивный лайнер прямо в середине полета. Конечно, вряд ли бы это понравилось пассажирам. Когда ветер или легкий бриз подхватывает прочный драглайн паука, он ловит воздух и превращается в своего рода открытый парашют. И для паука начинается приключение — его драглайн изгибается и растягивается. Таким образом, паук может улететь очень далеко, на многие сотни километров. Прочность паучьего шелка вдохновила исследователей на создание нового материала под названием эластомер. Этот материал имеет структуру, подобную паутине, что делает его прочным и позволяет равномерно распределять нагрузку. Как и паучий шелк, он исключительно прочный и неломкий.
Неломкие материалы могут подвергнуться большому напряжению, прежде чем их удастся деформировать, а прочные материалы могут поглощать много энергии. Например, стекло жесткое, но не прочное. Когда дело доходит до коммерческих материалов, приходится идти на компромисс — с высокой прочностью приходит более низкая ударная вязкость, и наоборот. Тот факт, что эластомер обладает обоими этими свойствами, делает его еще круче! Есть и другие чрезвычайно твердые материалы, которые были открыты или изобретены недавно. Например, появился новый тип стекла, которое тверже алмазов. Алмаз — это самый твердый из всех природных материалов. Но теперь ученые создали новый тип углерода, который они назвали AM-III. Это самый прочный аморфный материал в мире, то есть он не имеет кристаллической структуры, как резина, стекло, воск и пластмассы.
Алмазы такие прочные и долговечные благодаря своей правильной структуре. Думаете, этот новый и более прочный материал тоже имеет структуру как у алмаза? На самом деле он больше похож на стекло. Некоторые люди считают, что стекло — это жидкость. Это не так, но его нельзя отнести и к твердым материалам. Это своеобразный аморфный материал. Его молекулы не так дезорганизованы, как в жидкости, но они и не находятся в строгом порядке, как в твердом теле. AM-III хорошо проводит электричество. Это значит, что его можно было бы использовать для получения, скажем, солнечной энергии. Этот материал пригодился бы для пуленепробиваемых окон, которые в сто раз прочнее, чем современные технологии.
Массовое производство этого материала, безусловно, будет дорогостоящим, к тому же придется провести еще много тестов. Однако это новое стекло с желтым оттенком мы определенно будем часто видеть в будущем. Следующий минерал — вюртцитный нитрид бора. Он тверже алмаза на восемнадцать процентов, что немало, и в то же время он аморфен. Он встречается крайне редко, потому что образуется только во время извержения вулкана! А еще есть лонсдейлит. Допустим, у нас есть метеорит, полный углерода, который также содержит немного графита. Он проходит через атмосферу Земли и сталкивается с нашей планетой. Вы, наверное, думаете, что метеорит будет горячим. На самом деле разогреваются только его внешние слои, а внутренняя часть остается прохладной на протяжении большей части его путешествия к нашей планете.
Когда этот метеорит падает на поверхность Земли, давление в его недрах становится невероятно большим. Это сильнее, чем любой другой естественный процесс, который может повлиять на форму графита или какого-либо другого материала. Например, если его сжать или попытаться придать ему нужную форму с помощью любой технологии, это не будет равно силе, которая была бы эквивалентна давлению во время этого удара. Из-за этого графит в метеорите сжимается, получает кристаллическую структуру и становится на пятьдесят восемь процентов тверже алмаза! На данный момент графит, который тверже алмаза, — лишь научная теория. Ученые давно изучают образцы графита и его формы. Но пока в этих материалах содержится много других элементов, которые делают этот материал мягче, чем алмазы. Но если бы к нам прилетел особый метеорит из чистого графита и ударился о поверхность, то это, без всякого сомнения, создало бы материал тверже любого алмаза, который мы когда-либо находили.
А как насчет ткани Дайнема? Это самое прочное волокно в мире в пятнадцать раз прочнее стали. А еще оно на сорок процентов прочнее арамидных волокон — например, кевлара. Ткань Дайнема легче воды, но она отлично подходит для канатов и буксирных тросов для судоходства, рыболовных сетей и защитных перчаток для металлообработки. Это называется стеклом из микросплава палладия. Как мы уже говорили ранее, у всех материалов есть две очень важные особенности. Первый из них — сила. Это то, какую силу может выдержать материал, прежде чем его удастся деформировать. Вторая — это прочность. Это означает, сколько требуется энергии, чтобы его сломать. Керамика жесткая, но не очень прочная. Эластичные материалы вроде резины могут удерживать много энергии, но ее легко деформировать. И они не прочные.
Более десяти лет исследователи создавали новое стекло с комбинацией пяти элементов, которое в итоге стало более прочным материалом, чем все виды стали. Это стекло скорее деформируется, чем разобьется. На самом деле это самый твердый материал, который не содержит углерода. Итак, знакомьтесь — бакипейпер! В конце двадцатого века была найдена особая форма углерода, опять-таки тверже алмазов. Это углеродные нанотрубки. Если связать углерод в форму, отличную от алмазной, то получится структура, намного более стабильная, чем любая другая, о которой мы знаем. При соединении этих углеродных нанотрубкок получается этот самый бакипейпер — невероятно прочный, но в то же время очень тонкий лист. Он практически ничего не весит, но в то же время в сотни раз прочнее стали.
Кевлар — это синтетический материал, используемый для изготовления шин и других резиновых изделий — защитных перчаток или огнеупорных барьеров. Его используют и для спортивного снаряжения. Например, в производстве кроссовок, что помогает максимально увеличить выработку энергии. Благодаря кевлару обувь становится устойчивой к повреждениям и легче. Он чрезвычайно прочный — в пять раз прочнее стали, и очень легкий. Шелк драглайна — это особенно прочный вид паучьего шелка. Драглайн соединяет паука с его паутиной. Это как страховка на случай падения, и она должна быть очень прочной, чтобы выдерживать вес паука. Каждая нить состоит из белковых молекул. Прядь паучьего шелка в тысячу раз тоньше, чем человеческий волос! Вот почему ее можно легко разорвать, даже несмотря на прочность. Но каждая нить прочнее стали. Нужно просто взять сталь такой же толщины, чтобы по-настоящему их сравнить.
Ученые считают, что если бы мы могли изготовить шелк драглайна толщиной с карандаш и длиной тридцать километров, то получился бы материал такой прочности, что он мог бы остановить реактивный лайнер прямо в середине полета. Конечно, вряд ли бы это понравилось пассажирам. Когда ветер или легкий бриз подхватывает прочный драглайн паука, он ловит воздух и превращается в своего рода открытый парашют. И для паука начинается приключение — его драглайн изгибается и растягивается. Таким образом, паук может улететь очень далеко, на многие сотни километров. Прочность паучьего шелка вдохновила исследователей на создание нового материала под названием эластомер. Этот материал имеет структуру, подобную паутине, что делает его прочным и позволяет равномерно распределять нагрузку. Как и паучий шелк, он исключительно прочный и неломкий.
Неломкие материалы могут подвергнуться большому напряжению, прежде чем их удастся деформировать, а прочные материалы могут поглощать много энергии. Например, стекло жесткое, но не прочное. Когда дело доходит до коммерческих материалов, приходится идти на компромисс — с высокой прочностью приходит более низкая ударная вязкость, и наоборот. Тот факт, что эластомер обладает обоими этими свойствами, делает его еще круче! Есть и другие чрезвычайно твердые материалы, которые были открыты или изобретены недавно. Например, появился новый тип стекла, которое тверже алмазов. Алмаз — это самый твердый из всех природных материалов. Но теперь ученые создали новый тип углерода, который они назвали AM-III. Это самый прочный аморфный материал в мире, то есть он не имеет кристаллической структуры, как резина, стекло, воск и пластмассы.
Алмазы такие прочные и долговечные благодаря своей правильной структуре. Думаете, этот новый и более прочный материал тоже имеет структуру как у алмаза? На самом деле он больше похож на стекло. Некоторые люди считают, что стекло — это жидкость. Это не так, но его нельзя отнести и к твердым материалам. Это своеобразный аморфный материал. Его молекулы не так дезорганизованы, как в жидкости, но они и не находятся в строгом порядке, как в твердом теле. AM-III хорошо проводит электричество. Это значит, что его можно было бы использовать для получения, скажем, солнечной энергии. Этот материал пригодился бы для пуленепробиваемых окон, которые в сто раз прочнее, чем современные технологии.
Массовое производство этого материала, безусловно, будет дорогостоящим, к тому же придется провести еще много тестов. Однако это новое стекло с желтым оттенком мы определенно будем часто видеть в будущем. Следующий минерал — вюртцитный нитрид бора. Он тверже алмаза на восемнадцать процентов, что немало, и в то же время он аморфен. Он встречается крайне редко, потому что образуется только во время извержения вулкана! А еще есть лонсдейлит. Допустим, у нас есть метеорит, полный углерода, который также содержит немного графита. Он проходит через атмосферу Земли и сталкивается с нашей планетой. Вы, наверное, думаете, что метеорит будет горячим. На самом деле разогреваются только его внешние слои, а внутренняя часть остается прохладной на протяжении большей части его путешествия к нашей планете.
Когда этот метеорит падает на поверхность Земли, давление в его недрах становится невероятно большим. Это сильнее, чем любой другой естественный процесс, который может повлиять на форму графита или какого-либо другого материала. Например, если его сжать или попытаться придать ему нужную форму с помощью любой технологии, это не будет равно силе, которая была бы эквивалентна давлению во время этого удара. Из-за этого графит в метеорите сжимается, получает кристаллическую структуру и становится на пятьдесят восемь процентов тверже алмаза! На данный момент графит, который тверже алмаза, — лишь научная теория. Ученые давно изучают образцы графита и его формы. Но пока в этих материалах содержится много других элементов, которые делают этот материал мягче, чем алмазы. Но если бы к нам прилетел особый метеорит из чистого графита и ударился о поверхность, то это, без всякого сомнения, создало бы материал тверже любого алмаза, который мы когда-либо находили.
А как насчет ткани Дайнема? Это самое прочное волокно в мире в пятнадцать раз прочнее стали. А еще оно на сорок процентов прочнее арамидных волокон — например, кевлара. Ткань Дайнема легче воды, но она отлично подходит для канатов и буксирных тросов для судоходства, рыболовных сетей и защитных перчаток для металлообработки. Это называется стеклом из микросплава палладия. Как мы уже говорили ранее, у всех материалов есть две очень важные особенности. Первый из них — сила. Это то, какую силу может выдержать материал, прежде чем его удастся деформировать. Вторая — это прочность. Это означает, сколько требуется энергии, чтобы его сломать. Керамика жесткая, но не очень прочная. Эластичные материалы вроде резины могут удерживать много энергии, но ее легко деформировать. И они не прочные.
Более десяти лет исследователи создавали новое стекло с комбинацией пяти элементов, которое в итоге стало более прочным материалом, чем все виды стали. Это стекло скорее деформируется, чем разобьется. На самом деле это самый твердый материал, который не содержит углерода. Итак, знакомьтесь — бакипейпер! В конце двадцатого века была найдена особая форма углерода, опять-таки тверже алмазов. Это углеродные нанотрубки. Если связать углерод в форму, отличную от алмазной, то получится структура, намного более стабильная, чем любая другая, о которой мы знаем. При соединении этих углеродных нанотрубкок получается этот самый бакипейпер — невероятно прочный, но в то же время очень тонкий лист. Он практически ничего не весит, но в то же время в сотни раз прочнее стали.
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.
