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 Физтехи разработали стохастический вариант метода Франк—Вульфа для моделирования равновесного распределения транспортных потоков. Особенность нового подхода — использование случайных фрагментов из большого массива данных — ускоряет вычисления, при этом в экспериментах метод показывает качество решения, сопоставимое с классическими алгоритмами.
Исследователи впервые подробно описали молекулярный «якорь», с помощью которого малярийный паразит проникает в клетки крови, и создали белок, блокирующий заражение. Оказалось, структура паразита сложнее и он активно перестраивает мембрану хозяина, чтобы проникнуть внутрь.
Международная команда исследователей при участии НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге создала микролазеры, излучающие в диапазоне глубокого ультрафиолета — 255 нанометров. Устройства работают при комнатной температуре, а диаметр самого маленького из них — около двух микрометров, что сопоставимо с размером бактерии. Такие лазеры могут применяться для сенсоров, спектроскопических систем, фотонных чипов и устройств связи.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
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