Современные учёные — настоящие волшебники. В своих лабораториях они создают то, что раньше было лишь игрой воображения или увлекательной фантастикой и, на первый взгляд, нарушает известные законы физики: кирпичи, зависающие в воздухе, жидкости, в которых можно дышать, самовосстанавливающиеся материалы и многое другое. Сейчас вы можете узнать всё о самых интересных научных разработках и осознать, что будущее уже наступило.
Самовосстанавливающиеся материалы
Появление самовосстанавливающихся материалов, преимущества которых очевидны, связано с рядом научных изобретений и открытий. Подобно биологическим тканям, способным к самозаживлению (об этих фактах давно известно), сегодня существует целый класс веществ, способных восстанавливаться без участия человека: полимеры, керамика, цементы, металлы, композитные и другие материалы. Например, на пластике царапины и трещины не редкость. Но умный материал в 97% случаев восстанавливает себя сам, воссоздавая разорванные атомные связи благодаря входящим в его состав ароматическим сульфидам, являющихся основой современного органического синтеза. Причём процесс восстановления начинается сразу после повреждения без каких-либо внешних воздействий.
Есть и иные механизмы восстановления:
- В одних случаях используются внешние инициаторы, например, определённая температура или свет.
- В других — материал представляет собой систему, в матрице которого зашиты микрокапсулы с «восстановителем» – специальным веществом, запускающим регенерационные процессы.
На схеме самовосстанавливающегося материала можно увидеть, как работают капсулы с заживляющим веществом
Понятно, что если материал оказался разделённым на 2 части, то для восстановления их надо сложить повреждёнными краями так, чтобы соприкасались. Трещины и проколы на изделиях из чудо-материалов устраняются самостоятельно.
Фотогалерея: как восстанавливается «умный полимер»
-
- Сначала полимер надо разрезать, чтобы было чему восстанавливаться
-
- Нет, раздвинутые в разные стороны части полимера никак не смогут соединиться в единое целое
-
- Чтобы полимер смог восстановиться, его части необходимо сомкнуть и немного подождать
-
- Время ожидания зависит от свойств материала и может составлять от двух часов до нескольких дней
-
- После того, как части склеятся, можно проверить материал на прочность
Видео: самостоятельное восстановление пластидеза
Гидрофобные материалы
Компания NeverWet создала гидрофобные распыляемые покрытия, которые могут сделать водонепроницаемым почти что угодно. При этом они предохраняют от коррозии и сохраняют свои свойства при высоких и низких температурах.
Фотогалерея: как работают гидрофобные материалы
-
- Сначала наносится защитное гидрофобное средство, для сравнения результатов половину изделия можно закрыть плёнкой, то есть оставить необработанной
-
- Для тестирования лучше использовать цветную жидкость — будет более наглядно
-
- Обработанная часть изделия остаётся сухой
Гидрофобное покрытие имеет широкое применение как в промышленности, так и для бытовых нужд. Вот лишь некоторые примеры:
- Умное покрытие защитит одежду от воды, грязи и прочих жидкостей.
Одежда человека справа покрыта гидрофобным веществом, отталкивающим грязь - Спасёт обувь от сырости и промокания.
Обувь, обработанная гидрофобным спреем, не промокает - Поможет легко извлечь последнюю каплю соуса из бутылки.
Гидрофобные материалы уменьшают трение и не позволяют кетчупу задержаться в бутылке - Уменьшит трение в нефте-, газо- или водопроводе, предотвратит тем самым коррозию и отложения на внутренних стенках и последующее засорение.
Водоотталкивающие жидкости можно применять для защиты трубопроводов от коррозии и засорения
Металл, тающий в руках
Открытие свойств галлия — элемента из периодической таблицы Менделеева — подтверждает предположение, что не все известные вещества изучены полностью. Жидкие металлы — ни для кого не секрет, но материал, плавящийся при температуре человеческого тела, – это нечто новое в мире науки. Справедливости ради надо заметить, что галлий (красивый мягкий металл серебристого цвета) стал лишь четвёртым после ртути, рубидия и цезия, которые принимают жидкую форму при комнатной температуре. Но в отличие от них, полностью безопасен для здоровья. Его можно спокойно брать в руки, не боясь негативных последствий. А поскольку плавится галлий уже при 29 °C, сегодня он стал альтернативой ртути при производстве медицинских термометров.
Видео: как плавится и застывает галлий
Соединение галлия с другими металлами даёт красивый эффект. Такой сплав, нанесённый тонким слоем на стекло, используют для производства изумительно ярких зеркал.
Иногда зеркала из галлия пытаются сделать даже в домашних условиях, правда, получается не всегда хорошо.
Видео: изготовление зеркала из галлия и стекла в домашних условиях
Гнущееся дерево
Из-за своей красоты, экологической чистоты и универсальности, дерево всегда было популярным строительным материалом. Но кто мог предположить, что оно сможет гнуться и принимать нужную форму? На самом деле технология не самая сложная для восприятия. С помощью фрезерного станка с программным управлением на листе дерева делаются надпилы и прорезаются отверстия, в результате чего материал приобретает свойства ткани, то есть гнётся в заданном направлении. Их размер и расположение определяют направление и радиус кривизны сгиба.
В промышленном производстве гибкий материал иногда изготавливают из гранулированного или листового дерева, смешанного с клеем. Именно последний компонент придаёт гибкость. Полученный материал обладает высокой прочностью и хорошими теплоизоляционными свойствами. И из него можно создавать поразительные детали интерьера.
Сделать гнущееся дерево в домашних условиях тоже можно. Для работы понадобится ручной фрезер по дереву или циркулярная погружная пила с направляющей шиной. Работа трудоёмкая, но она позволит создать уникальные предметы интерьера.
Видео: как сделать гибкое дерево в домашних условиях
Абсолютный чёрный
Вы когда-нибудь замечали, что чёрный бывает разным? Какой-то выглядит темнее, другой — светлее. Чернота определяется тем, сколько предмет может поглощать и отражать света. И чем больше поглощает, тем темнее кажется его поверхность.
В 2014 году учёные Национальной физической лаборатории Великобритании представили Vantablack — субстанцию из углеродных нанотрубок, которая поглощает чуть более 99,96% падающих на неё излучений и является самой чёрной из известных веществ.
На полученное вещество тут же нашлись покупатели из оборонной и аэрокосмической отраслей. В последней отрасли Vantablack используется для создания лёгкого и прочного покрытия, защищающего космические корабли и космонавтов, выходящих в открытый космос, от сильных излучений радиации. А Министерство обороны Великобритании возможное применение материала закрыло грифом секретности. Запрещено об этом говорить и учёным, разработавшим материал.
Vantablack практически не отражает свет. Он выглядит как пятно двумерной черноты, полностью скрывает объём предметов и совсем непохож на привычный чёрный цвет. Существует мнение, что чёрная дыра — это единственный объект во Вселенной, который вообще не отражает ни одного процента света. Едва ли мы когда-нибудь увидим чёрную дыру вблизи, но теперь, с появлением Vantablack, можно представить, как она выглядит.
Известный скульптор Аниш Капур высказал мнение, что это вещество будет очень эффектно в роли краски, например, для изображения бездонного космоса.
Лёгкий аэрогель и тяжёлый газ
Вы когда-нибудь слышали, что твёрдое тело может быть легче газа? Наглядный пример — аэрогель Frozen Smoke и газ SF6. Эти 2 вещества выходят за рамки привычного представления о твёрдых и газообразных субстанциях.
Аэрогель — невероятно лёгкий материал с малой плотностью, пористой структурой и низкой проводимостью. Один блок этого вещества, размером с кирпич, весит всего 30 грамм.
Имеет вполне осязаемую форму, но, по сути, скорее является паром, чем плотным веществом: на 99% состоит из воздуха, оставшийся 1% – кремниевый ангидрид. Отсюда и произошло название Frozen Smoke — замороженный дым.
Frozen Smoke — довольно хрупкий материал, разломать его можно даже пальцами. Но при этом способен выдерживать на себе тяжести, многократно превосходящие собственный вес.
Это свойство в совокупности с прозрачностью материала можно использовать для демонстрации фокусов. Кирпич, поставленный на небольшой кусочек аэрогеля, с расстояния 5–6 метров будет выглядеть парящим в воздухе.
Но самой поразительной характеристикой аэрогеля является его теплоизоляционные свойства. Эксперименты показали, что даже самый тонкий слой этого вещества может, например, защитить цветок от пламени.
Именно поэтому аэрогель используется космическими агентствами, как суперлёгкий теплоизолятор. Его как утеплитель закачивают в костюмы космонавтов и используют в изоляции полостей космического корабля. Учёные уверены, что благодаря своим характеристикам в будущем этот материал появится во многих домах.
Видео: что такое аэрогель
Тяжёлый газ SF6
А вот газ SF6, или шестифтористая сера, наоборот, является очень плотным веществом. Он примерно в 5 раз тяжелее воздуха, инертен и нетоксичен. Важные преимущества — взрыво- и пожаробезопасность. Используется в электротехнике в качестве изолирующего материала (диэлектрика). Рабочее название – «элегаз» или «электрический газ».
Газ SF6 также отлично подходит для «магических» демонстраций. Закачанный в стеклянный сосуд, он не поднимается и удерживает на себе твёрдые предметы, которые по нему могут плавать, как лодочки по воде.
SF6 не единственный тяжёлый газ. Например, криптон тоже тяжелее воздуха, но только в 3 раза. Обладает пониженной теплопроводностью. Используется в энергосберегающих лампочках и как прослойка в оконных стеклопакетах.
Видео: эксперименты с криптоном
Жидкость, в которой можно дышать
Вышедший в 1927 году фантастический роман Александра Беляева «Человек-амфибия» был не так далёк от реальности, как думали многие в то время. Уже в 1960 году прошли первые тестирования нового вещества «Перфторуглерод» – жидкости, в которой можно дышать благодаря большому количеству пустот, заполненных кислородом.
Эксперименты продемонстрировали определённую эффективность препарата, но закончились неудачей: лабораторные мыши погибли после нескольких часов проведённых в тестируемой жидкости. Учёные пришли к мнению, что всему виной примеси. Спустя много лет технические возможности очистки жидкостей от примесей улучшились. И сегодня перфторуглерод широко используется в технических отраслях и медицине, в частности, для создания искусственной крови.
Видео: жидкостное дыхание
Защитное покрытие Line-X
Что может быть общего между умными материалами и жестяными банками? Оказывается, банку можно покрыть умным материалом, который придаст ей невероятную прочность. Учёными был изобретён материал Line-X — полиуретановое покрытие, которое с помощью специального оборудования распыляется практически на любую поверхность (металл, бетон, кирпич, дерево, стекло, пластик и другие), сохраняет исходный рельеф предмета, быстро сохнет за 15 секунд и защищает от воды, щелочей, кислот и механических повреждений. Ему нипочём удары камней и выстрелы из травматического оружия.
Тестировался материал разными способами. Особенно интересны эксперименты с хрупкими предметами, например, с обычными пластиковыми стаканчиками, которые при желании можно сломать руками.
Фотогалерея: тестирование Line-X на пластиковых стаканчиках
-
- Для эксперимента подойдут обычные пластиковые стаканчики
-
- С помощью специального оборудования на них наносится защитное покрытие
-
- Внешний вид пластиковых стаканчиков преображается
-
- После обработки 2 пластиковых стаканчика выдерживают вес взрослого человека
Использовать материал можно в любых сферах, где требуется обеспечить нужный уровень защиты. Line-X может быть разноцветным, а его оригинальная фактура, напоминающая тиснение, иметь разную степень дисперсности. Поэтому материал нашёл свой применение в архитектуре, строительстве и дизайне. Но наиболее популярно покрытие для защиты автомобиля от царапин, сколов и ржавчины. Причём его стоимость соразмерна с обычной покраской.
Видео: тестирование защитного покрытия на автомобиле
Вещество с отрицательной массой
Определение отрицательной массы с трудом укладывается в голове. Но группа учёных из университетов США, Японии и Китая объявили, что сумели создать вещество с отрицательной энергией. Им оказался рубидий, охлаждённый до сверхнизких температур.
В теоретической физике понятие отрицательной массы существовало и ранее. Оно представляет концепцию о гипотетическом веществе, масса которого имеет противоположное значение массе нормального вещества. И здесь уместна аналогия, например, с электрическим зарядом, который бывает положительным и отрицательным.
Если бы физические тела, привычные и доступные в повседневной жизни, обладали отрицательной массой, это выглядело бы как нарушение второго закона Ньютона, который гласит, что сила, действующая на тело, прямо пропорциональна произведению массы тела на его ускорение. То есть согласно физике Ньютона, ускорение по направлению совпадает с приложенной силой и обратно пропорционально массе. Но тогда получается, что при отрицательной массе тело будет ускоряться в направлении противоположном действующей силы. Именно вещество с такими свойствами и удалось получить учёным.
Велосипед, имеющий отрицательную массу, от толчка вперёд стал бы двигаться назад. А мяч от удара по нему летел бы не в заданном направлении, а прямо на того, кто его кинул.
Физические теории не видят ничего невозможного в существовании отрицательных масс, и даже пытаются с их помощью объяснить некоторые аспекты видимого мира, в частности, события, происходящие в недрах чёрных дыр и нейтронных звёзд. Иногда выдвигаются гипотезы, что вещество с отрицательной массой можно использовать для создания червоточин — порталов для путешествий во времени. Как бы там ни было, поставленный эксперимент и его результаты дают почву для размышлений о мироздании и материи в нём.
Теперь вы знаете о реальном существовании веществ, в которое невозможно было поверить раньше. Но наука не стоит на месте. И прямо сейчас разрабатывается нечто новое, до сих пор неизвестное, нарушающее все общепризнанные законы природы. А значит, продолжение следует….
