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

Созданы первые связанные на квантовом уровне атомы-близнецы.

Запутанные частицы, т.е. связанные на квантовом уровне, даже находясь на огромном расстоянии друг от друга, полностью копируют физические свойства друг друга. О явлении квантовой запутанности мы уже не раз рассказывали на страницах нашего сайта, но все предыдущие эксперименты использовали квантовую запутанность фотонов - квазичастиц, обладающих одновременно свойствами электромагнитной волны и частицы. Физики из Венского технологического университета, используя сверхохлажденный конденсат Бозе-Эйнштейна, преуспели в том, что бы создать связанные на квантовом уровне атомы-близнецы.

"Это пока еще не означает то, что управляя одной частицей, мы можем изменить состояние другой частицы так, будто бы они связаны невидимой нитью. Это происходит, вероятнее всего, из-за большой массы ядра атома вещества"-говорит профессор Джерг Шмидмейер (Jorg Schmiedmayer). -"Тем не менее, определенные свойства запутанных атомов позволяют рассматривать обе частицы как единую квантовую систему. А это открывает путь для проведения новыхзахватывающих экспериментов и исследований".

В ходе эксперимента ученые сначала создали конденсат Бозе-Эйнштейна, который является состоянием вещества при чрезвычайно низких температурах. Атомы вещества в этом состоянии находятся на самом низком энергетическом уровне. Состоянием таких атомов можно управлять с невероятной точностью, заставляя их двигаться и вибрировать под воздействием всего лишь одного кванта света.

Получив с квантом света некоторое количество энергии, через некоторое время, атом вновь стремиться перейти в низкоэнергетичное состояние, для этого ему требуетсяизбавиться от лишней энергии."Из-за определенных условий, реализованных в нашей экспериментальной установке, атомы конденсата Бозе-Эйнштейна имеют только одну возможность избавиться от излишков энергии - испустить пары запутанных атомов, все другие способы искусственно запрещены на уровне законов квантовой механики".

Согласно закону сохранения импульса, эти два запутанных атома двигаются точно в противоположных направлениях. Они оба - квантово-механические копии друг друга и отличаются только направлением движения, формируя один единый квантовый объект.

"Мы собираемся использовать эти атомы для проведения новых экспериментов, проведение которых ранее было просто невозможным. Открывая двери в совершенно новую область, мы надеемся узнать еще больше о строении мира, глубже проникнуть в суть вещей и реализовать некоторые практические применения сделанного открытия"-рассказывает Шмидмейер. -"К тому же, лучи связанных атомов могут стать основой новых методов квантовых измерений, имеющих совершенно недостижимую с точки зрения классической физики точность".

Источник

Исполнилось 100 лет с момента открытия явления сверхпроводимости.

9апреля 1911 года, нидерландский физик и химик Хейке Камерлинг-Оннес из Лейденского университета, используя сложную стеклянную криогенную установку, охладил ртуть дотемпературы в несколько градусов выше абсолютного нуля. После проведения этого опыта он набросал на клочке бумаги всего три слова, которые ознаменовали открытии совершенно нового физического явления. Эти слова в дословном переводе звучат так:"Ртуть, фактический ноль".Эти слова не вполне соответствовали случаю, но то, что увидел физик, было первым доказательством существования явления сверхпроводимости, способности веществ принизкой температуре не оказывать сопротивления движению электрического тока.

Сегодня, как и сто лет назад, сверхпроводимость привлекает ученых всего мира своим потенциалом для высокоэффективной передачи энергии. Но до сих пор использованиесверхпроводимости в широких масштабах так же невозможно из-за технических трудностей, даже несмотря на высокий уровень развития современных технологий. Теоретическое обоснование сверхпроводимости появилось приблизительно четыре десятилетия назад, когда ученые Джон Бардин, Леон Купер и Роберт Шриффер определили, что электроны в сверхпроводниках формируются в пары и ведут себя подобно сверхтекучей жидкости. Эта теория в своем дальнейшем развитии дала множество объяснений на некоторые фундаментальные физические вопросы, начиная от строения материи и заканчивая физикой нейтронных звезд.

Из-за трудности реализации практического использования явления сверхпроводимости, ее применение ограничивается, в основном, созданием сверхсильных магнитных полей в установках магнитно-резонансной томографии и больших научных установках, таких как широко известный Большой Адронный Коллайдер. Но использование сверхпроводящих энергетических сетей сейчас только начинается, несмотря на все трудности с этим связанные. Существует проект Tres Amigas Superstation, в рамках которого планируется соединить сверхпроводящими кабелями три основных энергетических системы США. Южная Корея планирует проложить сверхпроводящий подземный кабель для расширения возможностей своей энергетической сети.

Источник

Новый пенометаллический материал для изготовления кузовов транспорта и корпусов судов.

Уменьшение веса грузовых судов и транспортных средств является одним из ключевых моментов в деле уменьшения выбросов углерода в окружающую среду. И, у исследователей из лаборатории института Фраунгофера в Германии, возможно, есть решение этой проблемы - корпуса судов и кузова транспортных средств должны изготавливаться из легкого и прочного материала на основе алюминиевой пены.

Сырьем для производства пенометаллического материала является порошок, состоящий из смеси гидратов алюминия и титана, когда он подвергается воздействию высокой температуры, он превращается в металл, вздувающийся, подобно тому, как поднимается тесто на дрожжах. Слой порошка равномерно распределяется между двумя тонкими металлическими листами и нагревается до температуры 650 градусов Цельсия. При такой температуре порошок превращается в металлическую пену, которая заполняет весь объеммежду металлическими листами и связывается с ними диффузионным способом, превращая этот"бутерброд"в единое целое.

Результатом такого процесса является легкий и прочный материал, который обладает достаточной гибкостью. Используя механические свойства этого материала можно изготавливать легкие корпуса морских судов. Обычные морские суда, корпуса которых изготовлены из обычного листового металла, весят приблизительно от 850 до 1000 тонн и могут перевозить до 3000 тысяч тонн груза. А использование новых легковесных материалов позволит уменьшить вес собственно судна на 30 - 50 процентов, оставив неизменнойего грузоподъемность. А это, в свою очередь позволит уменьшить количество расходуемого судном топлива и снизить выброс CO2 в атмосферу на количество, эквивалентноевыбросам 55 - 60 грузовых автомобилей.

Используя преимущества нового конструкционного пенометаллического материала и других композитных материалов, немецкие исследователи уже разработали проект сверхлегкого грузового судна, приводимого в действие сжиженным природным газом. Из-за всех экологических"авансов"и технологий, использованных в проекте, это судно получило соответствующее название -"Bioship 1".Существует высокая вероятность того, что после рассмотрения этого проекта одно из комиссий Европейского союза и положительного решения этой комиссии, начнется строительство первого судна класса"Bioship 1".

Источник

Новый техпроцесс изготовления стеклянных матриц микролинз приближает массовое появление пикопроекторов в мобильных устройствах.

Когда дело касается изготовления пикопроекторов инженеры-конструкторы вынуждены идти на своего рода компромисс. Обычные стеклянные линзы, размещенные одна позади другой, являются длинной и тяжелой конструкцией, более легкой и компактной альтернативой которой является матрица из микроскопических линз, размещенных на плоской поверхности. Однако, из-за множества технических трудностей такие матрицы изготавливают из специальных полимерных материалов, которые, как известно, подверженыэффекту старения, как оптического, так и механического. Через какое-то время оптические свойства любого пластика сходят на нет, а его форма, вследствие аморфности материала, меняется. В результате такие линзы, и устройства их использующие, теряют качество работы, а порой, и работоспособность полностью. Исследователи из института Фраунгофера (Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology) в Германии, решили эту проблему, разработав технологию горячей формовки матриц микролинз из стекла методом горячей формовки.

В процессе формовки используются матрицы, изготовленные из весьма прочного материала, карбида вольфрама, путем сверхточной гравировки. Принимая во внимание то, что материал формовочной матрицы и стекло имеют различные коэффициенты теплового расширения, гравировка формы матрицы осуществляется с учетом компенсации теплового расширения. Другими словами, форма внутренней полости матрицы немного отличается от формы конечного изделия.

Затем в вакуумной камере при температуре от 600 до 900 градусов Цельсия, половинки формы прижимаются друг к другу, формуя слой стекла, зажатого между ними."Главная проблема состоит в том, что бы выдержать стеклянный материал при температуре, когда он уже является достаточно пластичным, но еще не переходит в жидкое состояние"-объясняет Ян Эделман (Jan Edelmann), один из исследователей проекта. -"Только так можно гарантировать, что конечные изделия будут находиться в пределах допустимой погрешности, в пределах нескольких микрометров".Но самым сложным этапом является заключительный этап, при котором горячая готовая матрица микролинз должна быть извлечена из формы, прежде чем начнется ее охлаждение до нормальной температуры. В противном случае ее форма будет искажена из-за разности коэффициентов теплового расширения.

Используя эту технологию, команда из института Фраунгофера уже изготовила опытные образцы матриц микролинз из оптического стекла с высоким коэффициентом преломления света. Погрешность формы и местоположения каждой из 1700 микроскопических линз на этой матрице не превышала 20 микрометров, что на сегодняшний день является самым наилучшим показателем. Разработчики технологии считают, что реализовать эту технологию в промышленных масштабах и начать серийный выпуск стеклянных матриц микролинз для пикопроекторов можно хоть завтра с имеющимся уровнем современных технологий. Цена такой стеклянной матрицы микролинз будет составлять всего одну десятую часть от цены пластиковой матрицы, а это означает, что в ближайшем будущем на рынке появятся доступные мобильные устройства, оснащенные собственным проектором.

Источник