Прозрачный металл

zoom.cnews.ru

Международная команда ученых из США, Японии, Финляндии и Германии нашла способ превращать жидкий цемент в прочный прозрачный металл. Новая технология будет крайне полезна в электронике, например для производства тонких сверхпрочных токопроводящих пленок и компьютерных чипов.

Открытие было сделано в ходе изучения майенита, компонента глиноземистого цемента, состоящего из кальция и оксидов алюминия. Ученые нагрели цемент лазером до температуры 2000 градусов Цельсия и начали экспериментировать с различным содержанием кислорода в окружающей среде. Особое аэродинамическое устройство не допускало контакта разогретого цемента с любым другим материалом, в результате чего удалось охладить цемент и превратить его в токопроводящее стекло.

Это уникальное достижение, поскольку ранее только металлы могли превращаться в металлическое токопроводящее стекло. Но ученым удалось создать новый способ изготовления подобных материалов, основанный на захвате электронов цементом, что ранее видели только в аммиачных растворах. Ученые обнаружили, что новое стекло начинает проводить ток, когда свободные электроны «заперты» в похожие на клетки структуры. Эти ловушки для электронов позволяют стеклу проводить электрический ток, причем данный механизм электропроводимости схож тем, что работает в металлах.

Новое металлическое стекло имеет массу достоинств, включая лучшую чем у металла устойчивость к коррозии, меньшую чем у обычного стекла хрупкость, электропроводимость, низкую потерю энергии в магнитном поле и текучесть для удобства обработки и формования.

С помощью ряда экспериментальных методик, анализа на суперкомпьютере и различных рентгеновских методов в японской лаборатории Spring 8, ученые тщательно изучили процесс превращения цемента в металлическое токопроводящее стекло. Если удастся повторить этот процесс с другими твердыми диэлектриками, это позволит превратить их в прочные полупроводники, крайне полезные в электронной промышленности.

Металлическое стекло или прозрачный металл?

В Калифорнийском технологическом институте разработан новый метод изготовления чрезвычайно перспективных конструкционных материалов – объемных металлических стекол. Они представляют из себя сплавы нескольких металлов, не имеющие кристаллической структуры. В этом они похожи на обычное стекло – отсюда и название. Металлическое стекло возникает при очень быстром охлаждении расплавов, из-за которого те просто не успевают кристаллизоваться и сохраняют аморфную структуру. Сначала таким способом научились получать тонкие ленты металлических стекол, которые легче заставить быстро терять температуру. Объемные металлические стекла изготовлять куда труднее.

Металлические стекла обладают множеством достоинств. Кристаллические решетки обычных металлов и сплавов всегда содержат те или иные структурные дефекты, которые снижают их механические качества. В металлических стеклах таких дефектов нет и не может быть, поэтому они отличаются особой твердостью. Некоторые металлические стекла к тому же сопротивляются коррозии даже лучше нержавеющей стали. Поэтому специалисты полагают, что эти материалы ожидает блестящее будущее.

До сих пор объемные металлические стекла имели один крупный недостаток – низкую пластичность. Они хорошо выдерживают изгибы и сжатия, но ломаются при растяжении. Теперь Даглас Хоффман и его коллеги изобрели технологию изготовления объемных металлических стекол на основе сплавов титана, циркония, ниобия, меди и бериллия, которая приводит к рождению материалов, не уступающих по прочности лучшим титановым и стальным сплавам.

Разработчики полагают, что сначала они найдут применение в авиакосмической индустрии, а потом, когда удастся снизить их себестоимость, и в других отраслях.

Бывает ли непрозрачная вода и прозрачный металл?

Прозрачность, как и непрозрачность, зависит от толщины материала. Если взять слой воды в несколько десятков метров - сквозь нее вы ничего не увидите - это можно наблюдать в различных водоемах: озерах, морях, океанах, на дне которых всегда очень темно. Из-за того, что солнечные лучи не могут пройти через всю толщу воды.

Равно как и металл. Один ученый смог изготовить из металла металлическую пластину, толщиной в несколько тысяч раз меньше миллиметра и она оказалась абсолютно прозрачной. Другие ученые смогли под большим давлением сделать прозрачным металл натрий. С водой просто, достаточно в неё добавить краски или обычной грязи, чтобы она стала непрозрачной. Учёные недавно научились изготавливать прозрачный алюминий. Материал называется ALON, это оксинитрид алюминия.

Прозрачный металл: Алюминий-2

Ученые считают, что мощное излучение выбило электроны из атомов алюминия, не разрушив при этом кристаллическую решетку самого металла. Именно это и создало экзотическую форму вещества с весьма необычными свойствами. «Мы получили новое состояние материи, до сих пор никем и нигде не наблюдаемое, — заявляет глава группы исследователей, оксфордский профессор Джастин Уорк , — Прозрачный алюминий — только начало».

Действительно, для работы исследователи использовали сверхмощный лазер, генерирующий кратковременные и чрезвычайно энергетические рентгеновские импульсы. Импульсы концентрировались в точке диаметром в десятки раз меньше толщины человеческого волоса. Лишь этой силы достаточно для того, чтобы «оторвать» электроны от ядра атома — по крайней мере, в случае алюминия.

Стоит сказать, что «эффект невидимости» длился тоже очень и очень краткое время, порядка 40 фемтосекунд — но этого вполне достаточно, чтобы ясно продемонстрировать возможность современных технологий создавать это новое состояние вещества. «По некоторым параметрам, — добавляет профессор Уорк, — образец алюминия на это краткое время вел себя так, будто мы превратили каждый его атом в атом кремния. Это почти что то же самое, что превратить лазером свинец в золото!»

Теперь ученые намерены вплотную заняться изучением этой необычной формы материи. «Физические свойства этого состояния сходны с теми, которые должны наблюдаться в недрах крупных планет, — поясняет Уорк, — Мы надеемся, что ее исследование позволит лучше понять и то, что происходит с веществом под воздействием особо мощных лазеров — а в один прекрасный день и укротить термоядерный синтез.

Напомним, что еще одна группа ученых, в которую входит и наш соотечественник, тоже творит с металлами настоящие чудеса. Они научились менять цвет металлических образцов , превращать их в салфетки и делать обычные лампы накаливания энергосберегающими.

Прозрачный металл указывает на природу ядра планеты

zoom.cnews.ruПрозрачный алюминий, научно-фантастический материал, оказывается, всё-таки существует – если смотреть через рентгеновские лучи. Для создания экзотического состояния вещества исследователи из учреждения FLASH в Гамбурге, Германия, взяли тонкий кусочек алюминиевой фольги и направили на него рентгеновский лазер, способный производить до 10 миллионов гигаватт энергии на квадратный сантиметр.

При стандартной температуре и давлении твёрдый алюминий представляет собой ионную решётку с массой свободных электронов в промежутках. Луч FLASH обладал достаточной энергией, чтобы выбить электрон из каждого иона и освободить его, при этом фотон поглощался.

Обычно в твёрдом металле другой электрон мгновенно займёт место отсутствующего. Flash настолько мощный, что он способен вырвать электрон из каждого атома до того, как у других появится шанс его заменить. При отсутствии одного электрона, оставшиеся электроны вокруг каждого иона приобретают другую форму, становясь слишком тесно связанными, чтобы лазер мог их удалить.

Это означает, что рентгеновские фотоны не могут легко абсорбироваться, и они пролетают сквозь материал, делая ранее непроницаемый алюминий прозрачным для рентгеновских лучей. Однако это состояние длится не долго. За долю наносекунды энергия, вкаченная в электроны, доставляется ионам, и ионы резко разлетаются. Как только это происходит, всё взрывается, говорит Джастин Варк из Оксфордского университета.

Но на мгновение Варк и его команда создали новое состояние вещества, которое настолько плотное, как обычное твёрдое вещество, но крайне раскалённое. Это вид вещества, который вероятно находится у центра гигантской планеты, считает Варк.

Источники: zoom.cnews.ru, www.razgovorium.ru, www.bolshoyvopros.ru, www.popmech.ru, www.infuture.ru, www.russupak.ru, sweet211.ru

Невидимая стена

Плазменное оружие

Золотые шахты

Антарктида - суровый материк

Приоритетная задача России – возвращение на Луну

Одной из ключевых задач российской космонавтики на ближайший период является создание базы на Луне. Возвращение на Луну не только ...


Самый мощный телескоп

Астрономы распространили первые снимки, сделанные Большим бинокулярным телескопом с помощью двух зеркал диаметром в 8,4 метра. На фотографиях изображена спиральная галактика, ...


Самые знаменитые аквапарки мира

При слове «аквапарк» каждый из нас мысленно представляет картинку жаркого лета, веселого отдыха на водных аттракционах и горках. В ...


Озеро Малави

Озеро Малави - самое южное из так называемых Великих африканских озер Восточно-Африканской рифтовой зоны. В длину оно простирается на 560 ...


Су-35С способен успешно противодействовать F-22

Потенциал российского истребителя высоко оценили и за рубежом. В частности, в начале февраля 2012 года в Австралии состоялось заседание Объединенного комитета ...


Акустическая левитация

Исследователям впервые удалось продемонстрировать, что движением таких левитирующих объектов можно управлять соединять отдельные капельки в более крупные капли и ...


Самые умные птицы

Ученые провели ряд экспериментов с некоторыми видами птиц семейства вороновых и пришли к поразительному выводу. Их интеллектуальные способности соответствуют ...