Самые необычные материалы: «живое железо», вещество легче воздуха и ручная «черная дыра»
Мы привыкли думать, что материалы — это просто «кирпичики» для техники и строительства. Но наука говорит иначе: металл, который «оживает» и возвращает форму, вещество легче воздуха и материал, поглощающий почти весь свет, словно черная дыра, — их свойства уже меняют медицину, космос и даже искусство. Рассказываем подробнее.
Нитинол — «живое железо»
Нитинол — интерметаллид, соединение титана и никеля (45% титана и 55% никеля с равным количеством атомов каждого вещества). Речь едва ли не о «живом железе» или «жидком металле», как в «Терминаторе 2» Кэмерона.
В одном из материалов на тему уточняют, что нитинол, или никелевый титан, в первую очередь отличается интересным свойством: он всегда может вернуться к своей первоначальной форме. Другими словами, он обладает суперэластичностью. Например, если сделать из этого материала какой-либо предмет и согнуть его, изначальная форма будет принята автоматически.
«Свойства нитинола изгибаться и менять форму активируются под воздействием тепла. При некоторых температурах он будет изгибаться и терять свое первоначальное состояние, в других случаях — возвращаться в исходное состояние. Эту разницу температур можно контролировать с точностью до 1 градуса Цельсия», — уточняют в описании.
Сегодня подобный эффект используется в самых разных отраслях. В медицине — для кардиостентов, которые «доставляют» в сосуд в компактном виде, а затем они раскрываются внутри, поддерживая артерию. В стоматологии — в дугах для брекетов, которые мягко «тянут» зубы в необходимом направлении. В космической сфере — для антенн, которые складываются при запуске и раскрываются уже на орбите.
Открытие эффекта памяти восходит к началу 1930-х годов — в те времена шведский исследователь Арне Оландер первым заметил свойство в золото-кадмиевых сплавах. Впрочем, нитинол как таковой появился позднее. В 1962-м исследователи Уильям Бюлер и Фредерик Ванг обнаружили эффект памяти у сплава, основывающегося на никеле и титане, а до начала более-менее массового применения нитинола вне научных экспериментов оставалось еще около десяти лет.
Графеновый аэрогель — самый легкий материал
Графеновый аэрогель — самый легкий материал на планете и, безусловно, самый легкий твердый материал, который нам известен. По большому счету это пористая структура, которую получают из графита путем сублимационной сушки.
Слишком сложно? Чтобы описать его свойства, достаточно упомянуть, что кубический сантиметр графенового аэрогеля весит всего 0,16 миллиграмма: он в 7,6 раза легче воздуха и при этом намного менее плотный, чем вода.
«В аэрогеле не так много плотных атомов твердого тела или жидкости, которые могли бы его утяжелить. В результате он является наименее плотным из всех известных твердых материалов», — уточняют специалисты.
Все это дает материалу уникальный набор свойств, таких как сверхнизкая плотность, высокая прочность (на уровне стали), а также способность впитывать и удерживать органические вещества наряду с достаточно высокими теплоизоляционными характеристиками.
Где с учетом вышесказанного может использоваться такой аэрогель сегодня? Например, при разработке множества клеев, покрытий и наполнителей. Кроме того, графеновый аэрогель также применяется как легкий материал для 3D-печати — таким образом обеспечиваются наиболее точные результаты.
Vantablack — эквивалент черной дыры
По сути, цвет — это отраженный свет. Чем больше света отражает поверхность, тем более яркой она кажется. Но что станет, если поверхность практически ничего не отражает? Тогда мы, если чуть упростить, перестанем видеть сам объект. Примерно так работает Vantablack — материал, созданный учеными искусственно.
Утверждается, что свет, попадая на него, поглощается практически полностью — до 99,965%. В итоге глаз не воспринимает форму, а якобы видит только «черную дыру».
«Это материальный эквивалент черной дыры, улавливающий свет настолько, что трехмерные объекты, покрытые этим материалом, кажутся двухмерными, поскольку преломление любого света сильно уменьшено», — примерно так отзываются о Vantablack на профильных ресурсах. Трехмерные объекты, покрытые Vantablack, выглядят как тени, если смотреть в профиль.
В каких сферах, учитывая его свойства, применяют материал? Например, в астрономии — для покрытия телескопов, чтобы убрать блики. Он также может быть полезен в оптике, лазерных установках, приборах, где необходимо полное поглощение света.
Впрочем, находятся и более «бытовые» применения: так, в искусстве художники применяют его для создания иллюзий, в индустрии роскоши некоторые люксовые часы покрывают таким «цветом», чтобы достичь определенного эстетического эффекта.
Метаматериалы — управление электромагнитными волнами
«С начала 2000-х годов метаматериалы превратились в быстрорастущую междисциплинарную область, которая охватывает физику, электротехнику, материаловедение, оптику и даже нанотехнологии», — так пишут в Britannica.
Мы привыкли, что свойства вещества определяются его химическим составом. Но свойства метаматериалов (их тоже можно подразделить на несколько категорий, но уходить в детали не будем) формируются с помощью изменения их внутренней физической структуры. Это серьезно отличает их от природных материалов, свойства которых определяются химическим составом и связями.
Одна из основных причин большого интереса к метаматериалам — их необычное воздействие на распространяющийся через них свет. «Метаматериалы состоят из искусственных структур, размер и расстояние между которыми значительно меньше длины волн входящего электромагнитного излучения. Следовательно, микроскопические детали этих отдельных структур не могут быть различимы волной», — говорится в сообщении Britannica.
Метаматериалы способны реагировать как на акустические, так и на электромагнитные волны. Это, например, открывает возможности в строительстве, о которых ранее даже не помышляли. В теории использование подобных материалов при возведении зданий позволило бы создавать конструкции, более устойчивые к землетрясениям: волна вибраций просто отклонялась от «подушки» из такого материала, на которой расположен дом.
Есть варианты и в плане управления электромагнитными волнами: как вариант, успешное перенаправление лучей света, возможно, не позволило бы тепловому солнечному излучению нагревать стены, уменьшив нужду в усиленном кондиционировании.
Метаматериалы можно применять и для улучшения антенн и радаров, а также при создании сверхлинз, которые могут «видеть» мельчайшие детали, недоступные обычной оптике.
Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро
Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ga@onliner.by
