Materiał, który fizycznie przeczy intuicji

Zazwyczaj kiedy coś ściskamy, sprawiamy, że staje się to mniejsze. W Argonne National Laboratory z Chicago grupa naukowców wynalazła materiał, który pod wpływem ciśnienia rozszerza się. W tym przypadku był to cyjanek cynku.

To jest tak, jakby ścisnąć kamień, a w efekcie otrzymać gigantyczną gąbkę” – powiedział Karena Chapman, chemik z amerykańskiego laboratorium. Materiał uzyskany przez jej zespół pod wpływem nacisku rozszerzał się, zyskując porowatą strukturę, zamiast się kurczyć. Zazwyczaj materiały, które znamy pod wpływem ciśnienia zwiększają swoją gęstość i zmniejszając jednocześnie objętość. W tym przypadku jest dokładnie odwrotnie. Odkrycie to, może podwoić gamę materiałów porowatych dostępnych do produkcji, ochrony zdrowia i ochrony środowiska.

gąbka

Materiał o strukturze podobnej do gąbki pod wpływem ciśnienia rozszerza się.

Naukowcy uważają, że pory w strukturze tego materiału można wykorzystać. Kształt otworów gąbki sprawia, że mogą być zastosowane jako filtry do wody, czujniki chemiczne i pochłaniacze dwutlenku węgla wodorowych ogniw paliwowych, nośniki leków. Poprzez dostosowanie szybkości uwalniania struktury, naukowcy mogą modyfikować np. czas dostarczania leków, inicjować reakcje chemiczne. Materiały można wykorzystać w kamizelkach kuloodpornych. W czasie normalnego funkcjonowania żołnierza czy policjanta materiał jest plastyczny, więc nie utrudnia ruchów. Natomiast momencie zetknięcia kuli z kamizelką, utwardza się na tyle szybko, że tworzy zbroję. Zastosowanie może znaleźć również w odzieży dla motocyklistów. W czasie wypadku, materiał błyskawicznie sztywnieje i chroni ciało.

Ponieważ sposób, w jaki zachowuje się materiał poddany wpływowi ciśnienia, wydaje się przeczyć obecnie obowiązującym zasadom, Chapman i jej koledzy spędzili kilka lat na różnego rodzaju testach.

Inżynierowie umieścili cyjanek cynku w tzw. imadle diamentowym, gdzie poddali go działaniu bardzo wysokiego ciśnienia o wysokości 0,9-1,8 gigapaskali (9000 do 18000 razy wiecęj niż wynosi ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza). Korzystając z płynów, którymi otaczano materiał, naukowcy stworzyli pięć faz (odmian) tego materiału. Rodzaj zastosowanej cieczy określał kształt porów gąbki. Okazało się, że dwa z nich zachowały swoje nowe zdolności w normalnym ciśnieniu. Naukowcy potwierdzili, że będą testować nową technikę innych materiałach.

Materiał takie są znane od kilkudziesięciu lat. to auksetyki, czyli materiały wykazujące ujemny współczynnik Poissona, deformują się niezgodnie z naszą intuicją – przy rozciąganiu/ściskaniu rosną/maleją nie tylko ich rozmiary w kierunku działania siły rozciągającej/ściskającej, ale także ich rozmiary w kierunkach poprzecznych do tego kierunku.

Źródło:
[1] http://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/ja4012707/suppl_file/ja4012707_si_006.pdf | 16.06.2013
[2] http://www.anl.gov/articles/discovery-new-material-state-counterintuitive-laws-physics | 16.06.2013
[3] Sponge-viscose by Johan, Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *