Покрытие из графена и никеля повысит прочность деталей для авиации и медицины
Защитный слой из композита на основе графена и никеля повышает прочность металлической поверхности, на которую он наносится. К такому выводу ученые пришли на основании компьютерного моделирования. Они показали, что композитное покрытие даже малой толщины (один нанометр) делает металлическую поверхность почти в два раза прочнее, а при толщине покрытия пять нанометров — в четыре раза. Однако пластичность поверхности металла снижается при увеличении толщины покрытия. Полученные результаты позволят создавать материалы с регулируемой прочностью и использовать их в качестве покрытий металлических поверхностей деталей аэрокосмического, медицинского и промышленного назначения.
Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Surfaces and Interfaces.
Металлические поверхности деталей машин и приборов изнашиваются в процессе эксплуатации. Для уменьшения износа их можно покрывать композитами на основе графена с металлическими частицами (например, алюминия, никеля и меди). Это улучшает износостойкость и коррозионную стойкость металлических поверхностей, а потому широко применяется в электронике, машино- и приборостроении. Однако важно не только защищать поверхность ответственных деталей, но и упрочнять ее. Поэтому ученые стремятся понять, какая толщина композита будет оптимальной для эффективного упрочнения и защиты металлической поверхности приборов.
Исследователи из Института проблем сверхпластичности металлов РАН (Уфа) создали математическую модель для исследования свойств композитов из графена и наночастиц никеля. Сначала научная группа смоделировала процесс синтеза композита, когда графен и наночастицы никеля смешивают и сжимают при 727°С и давлении в четыре раза выше атмосферного. Эти условия были выбраны, так как в более ранних работах авторы показали, что в таком режиме формируется прочная композитная структура.
Далее ученые моделировали нанесение композита на поверхность никеля. Авторы взяли именно этот металл, потому что он хорошо сопротивляется коррозии и кислородному окислению и по этим свойствам близок к титану, широко используемому в технике. Титан — крайне дорогостоящий металл, а никель, хоть и дешевый, имеет по сравнению с титаном низкую прочность. Поэтому, чтобы никель по прочности мог конкурировать с титаном, ученые решили упрочнить его поверхность графеновым композитом.
Авторы рассмотрели защитные слои разной толщины — от одного до 5,1 нанометров, — чтобы понять, как именно этот параметр влияет на прочность и пластичность образца. Композитные покрытия толщиной больше 5,1 нанометров ученые не исследовали, предполагая, что при дальнейшем увеличении толщины прочность на разрыв и пластичность будут меняться незначительно. Такое предположение было сделано потому, что прочность никелевой поверхности с толщиной покрытия 5,1 нанометров была близка к прочности чистого композита на основе графена и никеля, то есть к максимально возможному значению.
Моделирование показало: чем толще композитное покрытие, тем сложнее разрушить образец. Так, прочность поверхности никеля с защитным слоем толщиной пять нанометров прочность на разрыв была на 15 процентов больше, чем у образца с покрытием толщиной один нанометр. При этом увеличение толщины покрытия с одного до двух нанометров приводило к уменьшению пластичности на четыре процента. При большей толщине пластичность практически не менялась. Благодаря такому композитному покрытию детали машин — например, газотурбинные двигатели — будут прочнее, а обшивка космических кораблей — менее восприимчива к внешним воздействиям.
«Мы выбрали такое покрытие для нанесения на металлы потому, что композит обеспечивает деталям машин и приборов высокую прочность и износостойкость. Он же сможет защитить металлы от царапин и ударов. Все эти результаты многолетней работы по созданию композитов позволят металлическим поверхностям меньше изнашиваться. В дальнейшем мы планируем изучать практическое применение композитов с уже известными нам свойствами», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Юлия Баимова, доктор физико-математических наук, профессор РАН, заведующая молодежной лабораторией «Физика и механика углеродных наноматериалов» ИПСМ РАН.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно