Разработан новый техпроцесс быстрого изготовления деталей из металлического стекла.

Представьте себе материал, обладающий твердостью стекла, который можно изогнуть без разрушения подобно металлу. В начале 90-х годов такой материал был изобретен, онполучил название металлического стекла, который состоит из атомов металла, не выстроенных в упорядоченную кристаллическую структуру, а имеющий беспорядочную структуру, подобную структуре стекла. Существует несколько типов металлического стекла, некоторые из них прочнее, чем сталь и даже титан. Но широкому распространениюприменения такого материала препятствовали некоторые технологические ограничения процесса его производства. Теперь же, команда исследователей их Калифорнийского технологического института разработала новый технологический процесс, позволяющий формовать детали из металлического стекла столь же легко, как и из пластмассы.

В традиционном методе формования изделий из металлического стекла изначальный твердый сплав разогревается до температуры в 1000 градусов Цельсия. Естественно, чтометалл при этом плавится, превращаясь в жидкую форму, с температурой значительно превышающей температуру 500-600 градусов, являющейся температурой фазового перехода, ниже которой начинаются процессы формирования кристаллической решетки металла. Расплавленный металл выливается в специальные формы, где он быстро охлаждается ниже точки кристаллизации и вновь становится твердым, не успев сформировать кристаллическую решетку.

К сожалению, формы, в которые идет отливка расплавленного металла с температурой около 1000 градусов, быстро приходят в негодность и подлежат замене. Металлы в жидкомсостоянии в момент разлива в формы расплескиваются и охлаждаются неравномерно, успевая в некоторых местах сформировать кристаллическую решетку, что приводит к появлению структурных дефектов.

Пытаясь избежать вышеуказанных проблем, исследователи из Калифорнийского технологического института использовали процесс, известный как омический нагрев. Они запустили сквозь твердый металл электрический импульс длительностью 1 миллисекунду, имевший энергию в 1000 джоулей, в переводе на мощность это выходит 1 мегаватт энергии. Этот импульс разогрел металл до температуры в 550 градусов на время около половины миллисекунды. В этой точке металл"потерял"кристаллическую структуру, находясь в точке, выше температуры фазового перехода. Тепловая энергия была моментально отведена в окружающую среду, что вызвало быстрое охлаждение металла, который вновь приобрел твердый вид. Весь процесс занял около 40 миллисекунд времени.

Эта технология уже была запатентована и сейчас ведется ее доработка с целью начала коммерческого применения, которым будет заниматься дочерняя компания Калифорнийского технологического института Glassimetal Technology. Сообщение, описывающее данную технологию и области ее применения, было опубликовано в последнем выпуске журнала Science.

Источник

"Оригами"из ДНК становятся трехмерными.

Не так давно на страницах нашего сайта мы рассказывали обобручальных кольцах, изготовленных из цепочек ДНК.Сейчас, благодаря новой технологии, разработанной в Институте биодизайна университета Аризоны, стало возможным сворачивать цепочки ДНК в трехмерные образы и формы. Это достижение, о котором было рассказано в выпуске журнала Science от 15 апреля, является шагом на пути создания крошечных устройств доставки лекарственных препаратов, нанокомпьютеров и миниатюрных химических фабрик.

Понятие"оригами"из ДНК было введено в 2006 году Полом Розэмандом (Paul Rothemund) из Калифорнийского Технологического института. Он описал их как самособирающиеся структуры, составленные из четырех основных нуклеотидных пар, из которых состоят хорошо известные двойные спирали ДНК. Эти нуклеотиды A, T, C и G, взаимодействуют между собой и соединяются в строгом порядке. Используя это свойство, ученые заставили нуклеотиды соединяться, составляя при этом сложную трехмерную структуру.

В самом начале ученые создают цепочку ДНК требуемой длины, после чего, используя точки привязки и дополнительные нуклеотиды, ученые заставляют нить ДНК сворачиваться, скрепляться с другими участками этой же молекулы, что бы принять заданную форму."Нашей целью является разработка принципов и технологий, которые позволят исследователям моделировать произвольные трехмерные формы с заданной степенью искривления поверхности"-рассказал Ян Луи (Yan Liu), ученый из Института биодизайна.

Источник

Странное поведение высокотемпературных сверхпроводников указывает на существование нового состояния материи.

Изучая странное поведение высокотемпературных сверхпроводников, ученые, возможно, нашли новое состояние материи, отличное от твердого, жидкого, газообразного и плазменного состояний, которые известны в настоящее время. Это состояние возникает в момент перехода вещества через температурный интервал перехода в сверхпроводящее состояние, который составляет всего несколько тысячных долей градуса. По мнению ученых, электроны вещества, находящегося в этом состоянии выстраиваются в четкую упорядоченную структуру, которая не наблюдалась никогда ранее.

Сверхпроводники - это материалы, которые обладают нулевым электрическим сопротивлением и электрический ток, проходя через них, не тратит впустую энергию, нагреваяпроводник, как это происходит в обычных материалах. Обычно переход в сверхпроводящее состояние происходит у большинства материалов при чрезвычайно низких температурах, поэтому использование сверхпроводников до сих пор не нашло широкого применения. Ученые многих стран пытаются разрешить эту проблему, создав так называемые высокотемпературные сверхпроводники, материалы, обладающие сверхпроводимостью при комнатной температуре. Во время таких исследований обнаружилось, что в высокотемпературных сверхпроводниках более ярко выражено явление температурного интервала перехода, который имеет более широкое значение, чем в низкотемпературных сверхпроводниках. Переходя через этот промежуток электроны вещества переходят на новый энергетический уровень, готовясь объединиться в куперовские пары и перейти всостояние сверхпроводимости.

Находясь в промежутке температурного интервала перехода электроны вещества находятся в совершенно новом, отличном и от обычного, и от сверхпроводящего состояния.В течение 20 лет с момента открытия этого явления никто еще не был в состоянии выяснить, что именно происходит с электронами в этом состоянии и теперь исследователииз Национальной лаборатории ускорителя SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) и Стэнфордского университета собираются выяснить это. В случае удачи можно будет с точностью сказать, что же именно приводит к образованию промежутка температурного интервала перехода и создать новые высокоэффективные высокотемпературные сверхпроводники.

Исследовательская установка, которая используется для данных экспериментов, согласно данным SLAC, объединяет в себе три различных методики и технологии измерений, используемых для изучения поведения электронов в веществе, термодинамического поведения в объеме вещества, изменение динамических свойств электронов в течение длительного времени. Исследования показали, что находясь в фазе промежутка, электроны еще не разделились на куперовские пары, вместо этого они упорядочились, создавединую структуру, имеющую строгий и определенный порядок. К тому же, это электронное формирование остается еще некоторое время при переходе материала в сверхпроводящее состояние, просто до настоящего момента этого еще никто не замечал ранее.

Ученые сами еще не до конца уверены, что означает формирование этой электронной структуры и собираются выяснить об этом все в ближайшее время. Но, резюмируя, можно сказать, что открытие нового состояния вещества не только дает ответы на множество вопросов, но и открывает еще больше новых вопросов, связанных со свойствами электронов и теорией сверхпроводимости.

Источник

Исследования свойств графена могут помочь физикам проникнуть в тайны бозона Хиггса.

Согласно новым исследованиям, графен, новый, многообещающий в разных областях, материал, может помочь ученым-физикам ответить на некоторые вопросы, связанные с бозоном Хиггса, самой загадочной и неуловимой частицей нашей Вселенной. Когда графен, представляющий собой материал из углерода, толщиной в один атом, подвергается сжатию или растяжению, он начинает колебаться. Эти колебания связаны с изменением энергетического потенциала самого графена. В результате этих колебаний происходитнарушение симметрии кристаллической решетки графена, а результатом этих колебаний становятся устойчивые волновые эффекты.

Пабло Сан-Хосе (Pablo San-Jose), Франсиско Гинея (Francisco Guinea) и Хосе Гонсалес (Jose Gonzalez) из Мадридского института материальных наук (Madrid's Institute for Material Science), считают, что нарушения симметрии при колебаниях графена являются аналогичными нарушениям симметрии пространства и материи, имевшим место во время Большого взрыва. Ученые предполагают, что в ранние моменты, непосредственно предшествующие Большому взрыву, все четыре фундаментальных силы, существующие в современном материальном мире, были единой силой. Но горячее и чрезвычайно плотное состояние вещества в момент взрыва вызвало нарушение симметрии, в результате которого вышеупомянутая единая сила разбилась на силу гравитации, силы электромагнетизма, силы слабых и сильных ядерных взаимодействий.

Согласно Discovery News, это явление называется областью Хиггса (Higgs field), которая имеет непосредственное отношение к бозону Хиггса, а сутью этой области является переходный период, когда материя переходит из высокоэнергетического состояния к обычному, материальному состоянию. В мире физики вышеупомянутые эффекты называются"Эффектом сомбреро"или"Эффектом мексиканской шляпы".

Так вот, вернемся опять к графену. Результат реакции графена на растяжение или сжатие, подобна тому, что происходит когда сжимается область Хиггса, вызывая нарушение симметрии Вселенной, только в локальном микроскопическом масштабе. Изучение волновых эффектов, возникающих в графене, может дать ученым некоторые намеки и подсказки об области Хиггса и о бозоне Хиггса. Ведь физики уже сейчас знают, что волновые эффекты в графене возникают не только в результате физического воздействия. Колебания и эффекты меньшей амплитуды возникают даже и при незначительных температурных колебаниях.

Все вышесказанное не значит того, что изучение крошечных графеновых пленок может заменить огромный Большой Адронный Коллайдер (БАК) в деле обнаружения бозона Хиггса. Но эти исследования могут помочь в решении некоторых загадочных физических уравнений из области квантовой физики и квантовой механики.

Источник