Левитирующее стекло: раскалённые капли высвечивают будущее
NASA разрабатывает новые материалы для электроники, медицинской техники и других ответственных технических сфер. Для получения неповторимых образцов необходимо, дабы к ним в ходе создания не прикасались не только руки человека, но по большому счету какие-либо инструменты. У NASA имеется установка, которая разрешает это выполнить.
Представьте, что вы очень сильно нагреваете некие исходные вещества, а позже охлаждаете смесь, дабы создать новый материал.
Из чего бы вы ни сделали ёмкость для расплава, она так или иначе вступит в химическое либо физическое сотрудничество с вашим веществом и неизбежно загрязнит его.
Это указывает, что вы не сможете с высокой точностью выяснить свойства нового материала.
Второе, не меньше ответственное следствие пребывает в том, что ваш пример будет иметь характеристики хорошие от тех, что вы планировали, придумывая уникальный «рецепт».
Возможно ли совершить все стадии опыта, ничем не прикасаясь к примеру? На ум сходу приходит космическая станция и невесомость, но имеется более несложный выход.
С 1997 года в космическом центре Маршалла (Marshall Space Flight Center) трудится необычный аппарат — «Электростатический левитатор».
До сих пор он систематично приносит действенные и, возможно сообщить, эффектные научные результаты.
Сердце левитатора — комплект особых электродов (фото с сайта science.nasa.gov).
Сердце прибора — вакуумная камера с шестью электродами. Шарики исходной смеси подвешиваются в центре камеры в замечательном электростатическом поле.
Для восполнения заряда примера (что теряет электроны при сильном нагреве) помогает особая дейтериевая дуговая лампа.
Пересекающиеся под прямым углом лазеры употребляются для контроля положения примера в пространстве. Компьютеры регулируют заряд на электродах, дабы удерживать шарик совершенно верно в центре камеры.
И, опять-таки, замечательный лазер нагревает его до расплавленного состояния. Кроме этого дистанционно учёные изучают свойства приобретаемых сплавов как в жидком, так и в застывшем состоянии.
Вакуумная камера левитатора (фото с сайта science.nasa.gov).
Только в то время, когда все опыты совершены, остывшую каплю возможно с чистой совестью забрать в руки.
Основное назначение прибора — создание необыкновенных сортов стекла, железных сплавов, керамики и анализ их особенностей.
на данный момент с центром Маршалла сотрудничает маленькая личная компания Containerless Research, Inc (CRI). Как раз благодаря левитатору она изобрела REAl-стекло.
REAl — это сокращение, означающая «редкоземельный алюминиевый оксид» (Rare Earth and Aluminum oxides). Состоят эти стёкла из смеси нескольких редкоземельных оксидов, небольшой примеси и оксида алюминия диоксида кремния.
Этому материалу уже подбирают сферы применения. К примеру, в медицине.
«Большая часть хирургических лазеров применяют дорогие кристаллы, такие как сапфиры, — растолковывает врач Ричард Вебер (Richard Weber), один из начальников CRI. — И эти кристаллы не только дороги, но и очень сильно ограничивают энергии и длин доступный диапазон волн. REAl-стекло возможно даст врачам больший выбор.
Расплавленная капля стекла висит в центре камеры (фото с сайта science.nasa.gov).
Новые лазеры разрешат куда эластичнее подстраивать излучение, исходя из того, что оптимальнееподходит для определённого типа хирургии».
Работа Вебера финансируется NASA. И не спроста — новые стеклянные и керамические материалы могут быть незаменимыми при создании космических судов будущего. И — новых научных инструментов.
По большому счету, разнообразные материалы, полученные благодаря левитатору, со временем смогут заметно улучшить технику в самых разных областях.
Скажем, покажутся новые оптические совокупности связи для Интернета либо лазеры для выкройки железных деталей машин.
А это — титаново-циркониево-никелевая капля всё ещё жидкого, но наряду с этим уже холодного металла. Переохлаждённая жидкость готова вот-вот затвердеть (фото с сайта msfc.nasa.gov).
По словам Вебера, по окончании того, как свойства нового материала и процесс его получения подробно изучены, возможно вычислить, как произвести такой же материал классическим методом — в формах для отливок.
Это именно и открывает новым стёклышкам путь на конвейер.
Кстати, среди исследуемых на левитаторе материалов имеется таковой необыкновенный их класс, как железное стекло.
Это металл либо сплав металлов, что при комнатной температуре и в жёстком состоянии существует в аморфной агрегатной форме (как стекло), а не в виде кристаллической решётки, которую традиционно вычисляют чуть ли не самым главным показателем металлов.
Секрет его получения в том, что сверхчистый пример охлаждается, плавая в вакууме, не касаясь стенок.
А раз нет центров кристаллизации и внешних механических возмущений, капля металла остаётся жидкостью, кроме того при температуре большое количество ниже точки плавления.
После этого в какой-то момент она внезапно быстро затвердевает (за доли секунды), испуская наряду с этим вспышку света. И получается железное стекло.
Образцы REAl-стекла (фото с сайта msfc.nasa.gov).
Такие материалы владеют иными магнитными особенностями, и — намного более прочны и твёрже, чем те же самые вещества в классическом кристаллическом виде.
Железные стёкла уже нашли использование в производстве последовательности изделий (к примеру, элитного спортинвентаря, наподобие теннисных ракеток), но потенциал необыкновенного материала далеко не исчерпан.
не меньше любопытно и биологически активное стекло, которое будучи введённым в организм, в конечном счёте распадается, в то время, когда его работа проделана. Микроскопические количества для того чтобы стекла, говорят в NASA, смогут употребляться для обработки раковой опухоли.
Очевидно, самые увлекательные образцы стёкол возможно создать в условиях микрогравитации — в космосе. Такие испытания (на борту шаттлов) уже проводились.
Сейчас Вебер собирается продолжить собственное изучение, применяя наземный левитатор для необыкновенных сплавов и потом очищая полученный на Земле материал уже на Интернациональной Космической Станции.
Авторы работы: Джейн Роджерс (Jan Rogers), слева, Ларри Саваж (Larry Savage), на переднем замысле — учёные центра Маршалла NASA; и Ричард Вебер (Richard Weber), справа внизу, и Эприл Хиксон (April Hixson), на заднем замысле — исследователи из Containerless Research Inc. (фото с сайта msfc.nasa.gov).
Кстати, на Луне и в других местах в космосе большое количество исходных компонентов для выработки стекла. Соответственно, для развития будущих колоний на вторых планетах крайне важно осознать — как как раз создавать самые необыкновенные его разновидности.
Электростатический левитатор именно оказывает помощь американским учёным в этом изучении.
Тем более, что в случае если в первом левитаторе шарики расплава не могли быть больше трёх миллиметров (не хватало мощности поддерживающих полей), то со временем учёные выстроили более большие установки
А также, разрешающие производить ограниченные партии новых материалов в виде, скажем, цилиндров диаметром сантиметр и длиной сантиметров шесть. А это уже ход к промышленному производству «космического», левитирующего стекла на Земле.
