Самый скользкий материал в мире
Российские ученые открыли новый материал, ставший научным феноменом — Российская газета
Выбор жюри престижного форума на первый взгляд может показаться неожиданным. На самом же деле он только подтверждает, что победителем назван наиболее достойный.
- Московский салон изобретений собрал огромное число очень интересных разработок, - заявил, ознакомившись с экспозицией, руководитель минобрнауки Андрей Фурсенко. Здесь было представлено все лучшее, что создано учеными и изобретателями более чем из 600 организаций России, а также из 16 зарубежных стран, в том числе США, Германии, Италии, Венгрии. За высший приз прежде всего конкурировали эффектные, "смотрибельные" экспонаты: самолеты на шасси на воздушной подушке, способные садиться на любую поверхность, плавучий атомный комплекс, телеуправляемый подводный робот, космические тренажеры, автомобили на водороде и т. д.
И тем не менее предпочтение отдано вроде бы скромному полимерному материалу, на который подавляющее большинство посетителей вряд ли обратило внимание. Зато специалистам достаточно знать, сколько фторпласта использует та или иная страна, чтобы оценить уровень ее технологического развития. Итак, США - 35 процентов, Западная Европа - 31, Япония - 11, остальной мир - 23, куда попадает и Россия с ее двумя процентами.
- У этого материала богатая история, - говорит доктор физико-математических наук Сергей Хатипов, заведующий лабораторией ФГУП "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова". - Он получен около 50 лет назад. В свое время попал в Книгу рекордов Гиннесса как самый скользкий из всех твердых полимеров. Он эффективно борется с трением там, где нельзя применять жидкие смазки. А вообще фторпласт по набору свойств не имеет себе в мире равных. Он абсолютный чемпион по химической стойкости и диэлектрической проницаемости, выдерживает очень высокие температуры.
Такой набор свойств делает материал настоящим универсалом. Например, в каждой иномарке более восьми процентов деталей и прежде всего гидравлики - это фторпласт. Он самый лучший из всех известных уплотнителей, а потому счет изделий из него для насосов, компрессоров, трубопроводов, стиральных машин, квартирных шаровых кранов и прочей техники идет на сотни миллионов. Проще назвать отрасли, которые обслуживает фторпласт: химия, электроника, оборонка, авиация, машиностроение, энергетика, строительство и т. д. Словом, от земли, воды и до неба.
- Но даже у такого уникального материала есть три серьезных изъяна, - говорит Хатипов. - Он деформируется даже при малой нагрузке, если она действует длительное время. При трении быстро разрушается и, наконец, он плохо "держит" даже слабую радиацию.
Образно говоря, фторпласт - гигант с ахиллесовой пятой. Как сгладить эти минусы? Во многих лабораториях мира придумывают разные ухищрения, скажем, создают композиты, добавляя к фторпласту другие материалы. Но выигрывая в одном, материал теряет в своих достоинствах.
Российские ученые решили проблему кардинально, избавив материал от недостатков, не трогая его уникальных преимуществ. Путь, который они избрали, даже специалистам на первый взгляд кажется совершенно парадоксальным. Давить на "слабую" точку, воздействовать на фторпласт радиацией! Казалось бы, он должен быстро развалиться, однако материал становится, наоборот, прочнее. Это немного похоже на гомеопатию, когда подобное лечат подобным.
- О том, что фторпласт хранит много тайн и от него можно ожидать самые неожиданные сюрпризы, ученые знали давно, - объясняет Хатипов. - Например, полимерные цепи, расположенные в нем параллельно, при определенных условиях могут сшиваться. Но этот эффект не был детально изучен. Нам удалось разобраться в природе явления и найти такие режимы, когда радиация работает не во вред, а на пользу. Суть - наше ноу-хау. Если раскрыть немного больше, то это нанотехнология. Дело в том, что в полимере помимо аморфной фазы есть и кристаллы размером до сотен нанометров. Именно на них и воздействуют радиацией, разрушая, а затем заставляя полимерные цепи сшиваться.
Полученный результат называют научным феноменом: износ нового материала, который получил имя "Форпласт", снизился сразу в 10 тысяч раз! В мире аналогов ему нет. Долговечность и надежность всех изделий из него увеличиваются на порядки, что сулит экономию в миллиарды долларов. Намного расширяется сфера использования материала. Скажем, высокая радиационная стойкость открывает "Форпласту" широкие двери не только в атомную энергетику, но и в космос. Например, специалисты говорят, что ему доверят снижать трение в аппарате для забора грунта на Марсе. Ученые уже создают целое семейство "Форпласта" для самых разных областей применения. Новым материалом заинтересовались во многих странах мира.
Самый скользкий материал в мире
БАМ: почти такой же твердый, как алмаз, при этом он стал более скользким, чем тефлон, и позволяет компонентам служить во много раз дольше.
Революционный материал состоит из бора, алюминия и магния (AlMgB14) с боридом титана (TiB2), образуя сверхтвердое вещество, которое занимает лишь третье место по твердости по сравнению с алмазом и кубическим нитридом бора. Этот материал, получивший название БАМ, был случайно обнаружен в Эймской лаборатории Министерства энергетики США в Айове в 1999 году после попыток создать вещество, генерирующее электричество при нагревании.
Лучшая смазка в мире
Хотя БАМ не проявляет этого свойства, его уникальный состав придал ему еще более привлекательные преимущества. Материал показал превосходную твердость и невероятно низкий коэффициент трения.
«Его твердость была обнаружена случайно. Нам было ужасно тяжело резать, шлифовать или полировать », - говорит Алан Рассел, материаловед из Университета штата Айова в Эймсе.
К счастью для Ames Lab, это случайное открытие привело к разработке программы стоимостью 3 миллиона долларов , направленной на дальнейшее превращение нового материала в пригодное для использования вещество, которое может помочь значительно повысить энергоэффективность и устойчивость материала.
Этот материал имеет коэффициент трения менее половины от предыдущего рекордного материала тефлона. Если у тефлона коэффициент трения 0,05, то у BAM невероятный - 0,02. Для справки: сталь имеет коэффициент трения 0,16.
Новый материал можно наносить в виде микротонкого покрытия на множество различных поверхностей, что обеспечивает преимущества энергии и долговечности, которые сохраняет BAM. По словам Брюса Кука, ведущего исследователя проекта Ames Lab, он оценивает, что BAM может сэкономить только промышленность США 330 триллионов килоджоулей ( 9 миллиардов киловатт-часов ) ежегодно к 2030 год , что составляет примерно 179 миллионов долларов сбережений в год.
В настоящее время изучаются механические характеристики материала, так как неизвестно, почему материал сохраняет такую подвижность. Обычно материал проявляет только характеристики твердости или точек низкого трения, это совершенно новое явление, в котором оба были обнаружены в высокой степени в одном и том же материале.
БАМ может решить худший кошмар любого инженера: износ от трения. Трение ухудшает качество машин, расходует огромное количество энергии и значительно усложняет конструкцию.Тем не менее, BAM может помочь уменьшить напряжение, предоставив сверхтвердый и невероятно скользкий материал, который помогает машинам работать намного дольше, чем когда-либо прежде.
Бор Алюминий Магний (БАМ) [Источник изображения: Wiki ]
Автор: Маверик Бейкер
.Ученые, вдохновленные плотоядными растениями, создают самый скользкий в мире материал для «сковороды с антипригарным покрытием»
Отличная история без трения: исследователи создают «самую скользкую поверхность в мире», которая может помочь создать «сковороду с антипригарным покрытием. '
Крис Парсонс
Обновлено:Ученые взяли лист плотоядного растения кувшин, чтобы разработать сверхскользкий материал, который можно было бы использовать для самоочищения окон и сковорода с антипригарным покрытием.
Эксперты, вдохновленные практически не имеющими трения листьями растения кувшин, скопировали его молекулярную структуру, чтобы создать материал, который отталкивает почти все жидкости.
Яркие цвета чашевидного плотоядного растения и душистый нектар привлекают мелких животных, которые падают с его скользкого края на свою гибель.
Супер скользкий: недавно созданный материал отталкивает почти все жидкости, включая кровь и масло.
Теперь исследователи разработали «омнифобный» материал, который работает аналогичным образом, отталкивая жидкости, чего никогда не было раньше.
Покрытие пористой поверхности, наполненное скользкой жидкостью (Slip), предотвращает налипание на него сложных жидкостей, таких как кровь и масло, и остается скользким в холодных и влажных условиях.
Материал также работает при атмосферном давлении, эквивалентном нахождению на глубине семи километров под водой.
Вдохновение: Исследователи основали новый материал на молекулярной структуре плотоядного растения кувшин
Поцарапанная ножом поверхность почти мгновенно восстанавливается и сохраняет свои репеллентные свойства.
Ученые считают, что подобные материалы Slip могут найти применение в биомедицине, транспортировке топлива, оптике и технологиях защиты от обрастания, таких как самоочищающиеся окна.
«Наша био-вдохновленная поверхность не только способна работать в различных условиях, но также проста и дешева в производстве», - сказал исследователь Сунг Хун Кан из Гарвардского университета в США.
Секрет кувшина заключается в том, чтобы закрепить слой воды на поверхности его листьев, создавая эффект, подобный аквапланированию автомобиля на мокрой дороге.
Ученые воспроизвели эту стратегию, добавив в микроструктурированный пористый материал смазочную жидкость.
Чтобы проверить, соответствует ли он стандартам Природы, исследователи провели эксперименты с муравьями, которые не могли цепляться за поверхность.
«Как и кувшин, Slips скользкие для насекомых, но теперь они предназначены для гораздо большего: они отталкивают самые разные жидкости и твердые частицы», - сказала профессор Джоанна Айзенберг, возглавлявшая команду Гарварда.
Исследование опубликовано сегодня в журнале Nature.
В будущем клинья могут использоваться для прокладки труб и трубок, чувствительных к сопротивлению и давлению, например, используемых для транспортировки топлива и воды или для работы в качестве катетеров или для переливания крови.
Доказательство: тестеры опробовали самоочищающиеся свойства скользкой пористой поверхности, наполненной жидкостью, которая могла бы использоваться в самоочищающихся окнах
Жидкость поглощает черные пятна, прежде чем соскользнуть с желтой поверхности
Другие потенциальные области применения включают самоочищающиеся окна и поверхности, устойчивые к бактериям или загрязнению, предотвращающие обледенение в холодную погоду и защищающие от граффити.
«Универсальность накладок, их надежность и уникальная способность к самовосстановлению позволяют спроектировать эти поверхности для использования практически везде, даже в условиях экстремальных температур и давления», - сказал профессор Айзенберг.
«Это потенциально открывает возможности для применения в суровых условиях, таких как полярные или глубоководные исследования, где в настоящее время не существует удовлетворительных решений».
.скользких поверхностей | Айзенберг
Интервью:
Фильм «Создатели разума Вселенной» представляет фильм профессора Айзенберга, международный научно-документальный сериал, VPRO, 21 мая 2017 г.
Эпизод Nova на тему Making Stuff Wilder, 23 октября 2013 г.
Смертоносный кувшин-растение вдохновляет супер скользкую наноповерхность, Reuters, 6 февраля 2012 г.
Доклад профессора Айзенберга «Экстремальная биомиметика», Disruptive Ideas, TEDxBigApple, Нью-Йорк, 4 февраля 2012 г.
«Скользко во влажном состоянии (или в любое время)», интервью CBC с профессором Айзенбергом, 8 октября 2011 г.
Материальный мир, интервью BBC с профессором Айзенбергом, 21 сентября 2011 г.
В новостях:Скользкие жидкие поверхности сбивают мидий с толку, чтобы они не прилипали к подводным конструкциям, пресс-релиз Гарварда, 17 августа 2017 г.
ARPA-E «Достижение прогресса на пути к достижению миссии», Отчет Национальных академий наук, инженерии и медицины, 13 июня 2017 г.
Создание скользкой дорожки на поверхности медицинских имплантатов, пресс-релиз Гарварда, 1 ноября 2016 г.
Беспрепятственный обзор человеческого тела, пресс-релиз Гарварда, 26 сентября 2016 г.
Использование искусственных скользких поверхностей для восстановления тканей, пресс-релиз Гарварда, 18 мая 2016 г.
Mid-Atlantic Seabed Drilling Expedition, подкаст BBC Science in Action (начало в 14:08 минут), 23 октября 2015 г.
Супер-гладкий материал делает сталь лучше, прочнее и чище, пресс-релиз Гарварда, 20 октября 2015 г.
Секреты секретности, пресс-релиз Гарварда, 22 июня 2015 г.
Чем занимается ARPA-E сейчас?, Инновации, май 2015 г.
Искусственная мембранная система использует заполненные жидкостью поры для плавного движения, Материалы 360, 9 апреля 2015 г.
Буквально ничего не прилипнет к этой новой скользкой поверхности, Fast Company, 27 марта 2015 г.
Ткани жизни, Nature, Outlook, 25 марта 2015 г.
Поры для размышлений над проблемами разделения, Материалы сегодня, 10 марта 2015 г.
Стробирующий механизм под давлением, Nature, News and VIews, 5 марта 2015 г.
Заполненные жидкостью поры разделяют материалы с высокой точностью, пресс-релиз Гарварда, 5 марта 2015 г.
Новый силикон с силиконовым маслом = супер-скользкий, и доказано, что он не дает бактериям расти на медицинских трубках, Reddit, 20 февраля 2015 года.
Команда SLIPS направляется на Капитолийский холм, пресс-релиз Гарварда, 12 февраля 2015 г.
Новый антипригарный материал пополнил портфель технологий для скользких поверхностей, пресс-релиз Гарварда, 10 февраля 2015 г.
Институт Wyss запускает компанию SLIPS, пресс-релиз Гарварда, 29 октября 2014 г. Подробнее читайте на сайте SLIPS Technologies.
Плотоядное растение вдохновляет на создание медицинских устройств против свертывания крови, подкаст Scientific American, 15 октября 2014 г.
Скользкий при покрытии: помощь медицинским устройствам в предотвращении образования тромбов, NPR, 12 октября 2014 г.
Покрытие Bioinspired для медицинских устройств отталкивает кровь и бактерии, пресс-релиз Гарварда, 12 октября 2014 г.
Супер гладкий материал предотвращает образование льда, Technology Review, 2 июля 2014 г.
Ученые модифицируют хлопок и полиэстер для демонстрации репеллентных свойств, The Crimson, 26 февраля 2014 г.
Самоочищающаяся одежда без пятен на горизонте, пресс-релиз Гарварда, 13 января 2014 г.
Притягивая тень, американский ученый, 1 сентября 2013 г.
Новое покрытие превращает обычное стекло в супер-скользкое, пресс-релиз Гарварда, 2 августа 2013 г.
Пористые пленки, наполненные жидкостью, динамически регулируют прозрачность и смачиваемость, Материалы 360, 22 апреля 2013 г.
Ученые создают новый адаптивный материал, вдохновленный слезами, Popular Mechanics, 17 апреля 2013 г.
Морфирующая «ткань» меняет форму, чтобы отталкивать или удерживать воду, New Scientist, 9 апреля 2013 г.
Новый материал может останавливать текучие жидкости по запросу, BBC, 9 апреля 2013 г.
Плачьте мне рекой возможностей: ученые создают новый адаптивный материал, вдохновленный слезами, пресс-релиз Гарварда, 8 апреля 2013 г.
Мокрые поверхности, подверженные фобии льда, ACS Nano, 9 августа 2012 г.
SLIPS Blitz Biofilms, Nature, 9 августа 2012 г.
Прорыв ученых из Гарварда может остановить образование биопленок, Food Production Daily, 9 августа 2012 г.
Жидкий репеллер SLIPS вдохновлен хищными растениями, врагами насекомых и художников-граффити, Engadget, 3 августа 2012 г.
Сверх скользкая поверхность предотвращает образование биопленок, PNAS, 31 июля 2012 г.
Новое покрытие навсегда избавляет от биопленок, пресс-релиз Гарварда, 30 июля 2012 г.
Ice Curbs, Файлы открытий Национального научного фонда (подкаст), 27 июня 2012 г.
Крылья самолета, «страдающие льдом», Wall Street Journal, 22 июня 2012 г.
SLIPS получает награду R&D 100 Award 2012 от журнала R&D Magazine, считая ее одним из 100 самых технологически значимых продуктов прошлого года. 20 июня 2012 г.
Скребок не требуется: лед скатывается с металла, Discovery, 16 июня 2012 г.
Скользкое покрытие защищает металлы от замерзания, Новости химии и техники, 15 июня 2012 г.
Сохранение льда на металлических поверхностях, Frost Free, The Hindu, 14 июня 2012 г.
Ультра-антифриз предотвращает равномерное образование льда, Смитсоновский институт, 12 июня 2012 г.
Новый взгляд на антифриз, пресс-релиз Гарварда, 11 июня 2012 г.
Сверхскользкий материал может означать, что вам больше не придется ждать кетчупа, The Telegraph, 13 ноября 2011 г.
Скользкий склон: исследователи следуют совету хищных растений, пресс-релиз Гарварда, 21 сентября 2011 г.
Скользко при намокании, Nature News and Views, 21 сентября 2011 г.
Плотоядное растение вдохновляет на создание супер скользкого материала, New Scientist, 21 сентября 2011 г.
Кувшин вдохновляет супер скользкую поверхность, Новости химии и техники, 21 сентября 2011 г.
Проблемы с бутылкой кетчупа решены, The Telegraph, 13 ноября 2011 г.
Плотоядное растение показывает свою скользкую сторону, Financial Times, 30 сентября 2011 г.
Отличный рассказ без трения: исследователи создают «самую скользкую поверхность в мире», Daily Mail, 22 сентября 2011 г.
Ученые создают чудо-материал, Metro Herald, p. 10, 22 сентября 2011 г.
Скопировано с кувшинных растений; предназначен для бутылок с кетчупом, Popular Science, 14 ноября 2011 г.
Кувшин идеальный, Nature Chemistry, vol. 3. С. 834, 24 октября 2011 г.
Кувшин вдохновляет на создание идеальной антипригарной поверхности, Chemistry World, 22 сентября 2011 г.
Технологии растений, используемые для создания суперотталкивающего материала, Инженер, 26 сентября 2011 г.
Плотоядное растение вдохновляет на создание супер-скользкого материала, который отталкивает все, Discover Online, 21 сентября 2011 г.
Изобретение решает дилемму кетчупа, Harvard Crimson, 20 ноября 2011 г.
.13 самых прочных материалов в мире
Современный мир наполнен невероятно впечатляющими материалами - от вашего автомобиля до некоторых электронных устройств в вашем доме, от природы до лаборатории. Более того, исследователи постоянно ищут новые материалы, которые можно было бы использовать для улучшения некоторых услуг и продуктов, которые мы используем каждый день, в лабораториях или даже в космосе.
При измерении прочности материала это немного сложнее, чем просто измерение прочности или твердости.Вы можете подумать, что эти два слова - синонимы, но для опытного инженера по материалам эти слова далеко не одно и то же. Прочность материала указывает на его сопротивление деформации, в то время как твердость материала показывает, насколько легко материал можно поцарапать.
Общая прочность любого материала по его силе натяжения или сопротивлению любого материала перед разрушением под постоянным давлением. Прочность на растяжение имеет величину силы на единицу площади.
Знаете ли вы, какой самый прочный материал на планете? Что ж, сегодня твой счастливый день.В следующем списке представлены одни из самых прочных материалов на планете.
Human Bones
via GIPHY
Первый материал ближе, чем вы думаете. Хотя кости тела - не самые прочные материалы в этом списке, они по-прежнему очень прочные.
Вероятно, вы в какой-то момент сломали кости, но ваши кости выполняют множество функций, включая производство белых кровяных телец и хранение важных минералов для вашего тела.
Карбид кремния
Источник: Карбид кремния
Как указано в его названии, карбид кремния - это полупроводник, состоящий из углерода и кремния, встречающихся в природе в минеральном муассаните. В настоящее время этот материал используется в автомобильной промышленности в электрических приборах и в астрономии.
Мельхиор
Состоящий из никеля, железа, марганца и меди, мельхиор - это материал, обладающий высокой стойкостью к коррозии и макрообрастанию, теплопроводностью и высокой прочностью на разрыв.Материал с высокой коррозионной стойкостью часто используется в судоходстве для изготовления корпусов и гребных винтов небольших рыболовных судов.
Титановые сплавы
Источник: Национальный музей ВВС США
Титановые сплавы используются в различных отраслях промышленности, включая спортивные автомобили, коммерческие самолеты, ракеты и ракеты. В отраслях промышленности и в подобных продуктах требуются прочные и легкие материалы для повышения их производительности.
Титановые сплавы очень устойчивы к коррозии.Однако из-за стоимости производства эти материалы используются только в высокотехнологичных отраслях.
Паучий шелк
via GIPHY
Паучий шелк - один из самых прочных природных материалов на Земле. Как вы, наверное, уже знаете, пауки используют сети, чтобы ловить добычу и защищать свое потомство.
Хотя прочность паучьего шелка варьируется от вида к виду, паучий шелк почти так же прочен, как сталь высшего качества, и вдвое меньше прочности кевлара.
Стекловолокно
Источник: pixabay
Стекловолокно аналогично свойствам полимеров и углеродного волокна. Стекловолокно, созданное в 1932 году, использовалось в качестве теплоизоляции зданий. Тем не менее, этот материал не такой прочный, как углеродное волокно, но намного дешевле, чем более прочный материал.
Алмазы
via GIPHY
По шкале Мооса алмаз является самым твердым известным природным минералом на планете. Бриллианты разного цвета используются в самых разных отраслях промышленности, включая производство.
Сами алмазы можно поцарапать только другим алмазом. Некоторые голубые бриллианты являются естественными полупроводниками, электрическими изоляторами и естественными электрическими проводниками.
Кевлар
via GIPHY
Кевлар изначально не использовался для тактических или военных работ. В 1970-х годах кевлар использовался в качестве замены стали в гоночных шинах.
По всему миру кевлар используется для изготовления бесчисленных инструментов и продуктов, включая велосипедные шины, гоночные паруса и наиболее известные пуленепробиваемые жилеты.Высокое отношение прочности на разрыв к весу делает его в пять раз прочнее стали.
Patella Vulgata
Источник: Wikipedia
Коленная чашечка обыкновенная, также известная как блюдце, представляет собой вид морских улиток, обитающих в Западной Европе. Зубы водных существ на самом деле могут быть прочнее, чем паучий шелк, который официально является самым прочным природным материалом на Земле. Прочность обыкновенной надколенника зубов сравнивается с прочностью углеродных волокон.
Zylon
Источник: Fibre Line
Созданный SRI International как уникальная разновидность термореактивного жидкокристаллического полиоксазола, материал 1.В 6 раз прочнее кевлара и обладает термостойкостью материала. Вы можете найти Zylon, который используется в некотором спортивном снаряжении, таком как теннисные ракетки, лезвия для настольного тенниса и сноуборды.
Углеродное волокно
via GIPHY
Мощное и широко используемое углеродное волокно является впечатляющим достижением инженерной мысли. Пряди углеродного волокна имеют диаметр около 5–10 мкм и состоят в основном из атомов углерода.
Этот материал предпочтительнее стали и других популярных сплавов из-за высокой жесткости, высокой прочности на разрыв, малого веса, высокой химической стойкости, устойчивости к высоким температурам и низкого теплового расширения.Материал используется в аэрокосмической, автомобильной, спортивной, гражданской и военной промышленности.
Вюрцит, нитрит бора
Как один из самых редких материалов в мире, вюрцит нитрит бора является одним из самых прочных материалов в этом списке. Этот материал можно найти в естественных условиях, однако из-за его редкости необходимо синтезировать нитрит бора вюрцита. Нитрит бора вюрцит может выдерживать на 18 процентов больше нагрузки, чем алмаз.
Графен
Источник: Википедия
Возглавляющий список графен является самым прочным материалом, известным людям. Прозрачный материал состоит из однослойного атома углерода, расположенного в треугольной решетке, и является основным структурным элементом древесного угля, графита и углеродных нанотрубок. Обычно используемый в аэрокосмической промышленности и автомобилестроении графен в 200 раз больше, чем сталь.
Источник: Science Direct
.
