Эпоксидка держит удар
Все мы знаем, что такое эпоксидная смола, в просторечии — эпоксидка, и в быту применяем её как клей. Причём не требующий точного прилегания склеиваемых поверхностей — эпоксидка полимеризуется и в толстом слое. Поэтому на её основе также удобно создавать композиционные материалы, добавляя в исходную смолу частицы или нити, в частности, стеклянные, полимерные и углеродные волокна. Сильно упрощая ситуацию, можно сказать, что при правильном подборе материалов матрицы (смолы) и включений (нитей) полученный композиционный материал унаследует от матрицы жёсткость, а от нитей — прочность.
Исследователи из МГУ изучали возможность создания противоударных материалов, для чего добавили в эпоксидную смолу углеродные нанотрубки с многослойными стенками и после полимеризации проверили, как стойкость композита к ударам зависит от концентрации нанотрубок. Результат определяли по потере скорости быстролетящего (до 100 м/с) стального шарика диаметром 4,5 мм, когда он пробивал насквозь тонкий диск из композита (диаметр 42 мм, толщина 3 мм). Эта скорость существенно меньше, чем скорость микрометеоритов и космического мусора, но близка к скорости твёрдых частиц в окололунном пространстве, от которых тоже нужно защищаться. Изучив диапазон содержания нанотрубок 0—10% по весу, авторы показали, что оптимальна концентрация 7%, при этом доля кинетической энергии, потерянной при пробивании диска из композита, увеличивалась в 3 раза (в сравнении с материалом без нанотрубок) — от 0,6 до 1,9 Дж. Кроме того, авторы исследовали трёхслойные комбинации той же суммарной толщины, в которых нанотрубки с содержанием 7% находились либо только в среднем слое, либо в двух крайних слоях. Но такие диски не пробивались шариком насквозь.
Кобзев В. А. и др. Ударная стойкость эпоксидных материалов, наполненных углеродными нанотрубками. Журнал технической физики, 2024, вып. 8, c. 1341.
Комета в электризованной пыли
Когда комета приближается к Солнцу, её ядро прогревается, замёрзшие газы начинают испаряться и истекают из ядра кометы. Они несут с собой ещё и мелкую пыль (частицы размером от десятков нанометров и более), которая была вморожена в лёд. В результате вокруг ядра кометы формируется атмосфера из этих газов и пыли. Попутно из-за излучения Солнца происходит эмиссия электронов с пылевых частиц, которые становятся заряженными, возникает пылевая плазма и начинается взаимодействие этих частиц друг с другом и с солнечным ветром — потоком электронов, протонов и ядер гелия.
Учёные из Института космических исследований РАН построили модель, учитывающую эти процессы, и нашли распределение фотоэлектронов по энергиям, распределение зарядов и размеров пылевых частиц, а также напряжённости электрического поля в зависимости от расстояния до поверхности ядра. Считалось, что ядро кометы — ледяное, частицы пыли на его поверхности — силикатные, аналогичные находящимся на поверхно-сти Луны, а фотоэлектрические свойства пылевых частиц совпадают со свойствами лунного реголита.
Оказалось, что распределение фотоэлектронов около ледяной поверхности ядра имеет максимум при 0,8 эВ, а эмитированных частицами — при 0,05 эВ, и оба они отличаются от максвелловского. Когда комета находится относительно далеко от Солнца, параметры пылевой плазмы в окрестности её ядра определяются в основном электростатическими взаимодействиями, аналогично пылевой плазме вокруг Луны и астероидов, а при приближении к Солнцу поведение пылевых частиц начинает определяться потоком газов, испаряющихся из ядра кометы. Расстояние, на котором происходит изменение режима, зависит от параметров ядра. Например, для ядра кометы Галлея (она прибудет в 2061 году) это расстояние составляет 2,5—3,5 а. е., то есть втрое дальше, чем Земля от Солнца.
Попель С. И. и др. К вопросу о плазменно-пылевых процессах в физике комет. Письма в ЖЭТФ, 2024, т. 120, вып. 5, с. 317.
К мечте о сверхпроводимости
У физиков есть мечта — получить сверхпроводимость при комнатной температуре и атмосферном давлении. Известно несколько работ разных авторов, в которых отмечалось случайное возникновение сверхпроводимости в графене при некоторых способах его обработки.
Вольт-амперные характеристики джозефсоновского типа (квадраты) при температуре 300 К, при атмосферном давлении, без магнитного поля, и омического типа (кружки) в поле 3 кЭ. Рисунок из реферируемой статьи.
Для получения стабильного эффекта исследователи из Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН, Института высокомолекулярных соединений РАН и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» (все — Санкт-Петербург) разработали новую технологию. Сначала они провели поверхностную модификацию листов многослойного восстановленного оксида графена 3-триметоксисилилпропилметакрилатом. Затем частицы графена диспергировались в толуольном растворе мономера с инициатором и сополимеризовались со стиролом в инертной атмосфере при 70°C в течение 24 часов. После отмывки и сушки чешуйки гибридного материала размером 8 на 13 мкм и толщиной до нескольких сотен нанометров выдерживались в растворе толуола в течение 24 часов. Высушенные чешуйки прессовали в образец и измеряли его вольт-амперные характеристики в разных условиях. Пример полученных характеристик показан на рисунке, они соответствуют джозефсоновскому типу (имеется скачок в нуле), что указывает на эффект сверхпроводимости при токах до 2 мкА (критический ток перехода в нормальное состояние). В магнитном поле 3 кЭ или при нагреве до 110°С проводимость становилась омической (без скачка). Эффекты были обратимы, что также указывает на возникновение сверхпроводимости.
Авторы приводят соображения о механизме явления и высказывают предположения о возможном существовании и использовании эффекта в больших масштабах.
Ионов А. Н. и др. Джозефсоновский вид вольт-амперных характеристик химически модифицированного графита при комнатной температуре и нормальном давлении. Письма в ЖТФ, 2024, том 50, вып. 19, с. 11.
