Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1. Эйфелева башня - пример прочной высокопористой конструкции, чья относительная плотность соответствует плотности аэрогелей
Рисунок 2. а-с) Основные стадии получения упорядоченной пористой структуры. d-e) В процессе получения можно контролировать структуру на трех уровнях - упаковку трубчатого каркаса, размер трубок, а также их толщину
Рисунок 3. Полученная никелевая структура до деформации (а), в процессе 15% сжатия (b), 50% сжатия (с) и после него (d). Узел трубчатого каркаса до деформации (e,g), в процессе деформации (f) и после 6 циклов нагрузки/разгрузки при 50% деформации

Легче некуда

Ключевые слова:  пористая наноструктура

Опубликовал(а):  Шуваев Сергей Викторович

20 ноября 2011

Сверхлегкие пористые материалы находят все большее применение в качестве термоизоляторов, материалов электродов батарей и каркасов катализаторов. Однако львиная доля существующих материалов обладает хаотической структурой пор, что существенно снижает прочностные характеристики, а также электро- и теплопроводность по сравнению с объемными кристаллическими материалами. В свою очередь, получение упорядоченной системы пор в материалах с крайне низкой плотностью (менее 10 мг/см3) остается весьма трудной задачей.

Коллектив американских исследователей предложил весьма красивый и относительно доступный метод получения упорядоченных пористых материалов. Для начала исследователи изготавливали полимерный каркас с заданной структурой (которую можно варьировать соответствующим подбором маски и угла падения коллимированного УФ-пучка, проходящего через жидкий мономер, полимеризующийся при прохождении УФ-излучения), на который методом химического восстановления наносился слой никеля (с добавлением фосфора) необходимой толщины с последующим травлением полимерного каркаса щелочью. По словам авторов статьи вместо никеля может быть нанесен любой другой необходимый для решения конкретной задачи металл.

Как и ожидалось, полученный материал оказался очень легким (плотность от 0,9 мг/см3), полностью восстанавливающим свою форму после 50% деформации и обладающий квадратичной зависимостью E(ρ), типичной для более тяжелых аэрогелей (в противоположность кубической зависимости для материалов с неупорядоченной структурой и сравнимой плотностью).

Get the Flash Player to see this player.


Сжатие пористого материала из трубок Ni-P диаметром 150 мкм и толщиной стенок 500 нм.
скачать встроить

Источник: Science



Комментарии
Владимир Владимирович, 20 ноября 2011 20:39 
Даже не верится. Ведь плотность воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре — 1,2 мг/см3.
Похоже на нанопену http://ru.wi...a.org/wiki/Углеродная_нанопена
Chutko Vladimir, 20 ноября 2011 21:34 
Это не материал плотностью 0.9 мг/см3, это структура, конструкция с указанной объемной плотностью. Как, например, "дирижабль" или "аэростат", у которых плотность меньше плотности воздуха, в связи с чем они и летают . Материал здесь никель с известной плотностью порядка 8 г/см3.

А то в СМИ уже пишут - создан материал с плотностью легче воздуха...
Вот и я про то же. Удивляюсь, зачем так пишут.
Палии Наталия Алексеевна, 26 ноября 2011 19:20 
Материал здесь никель с известной плотностью порядка 8 г/см3.- Ni-P, и плотность, соответственно ниже. А что же касается термической устойчивости Ni-P- трубок ... вряд ли она высокая
Это не Ni-P.
Это никель, с примесью фосфора. Стехиометрии никакой. Получается при химическом восстановлении никеля гипофосфитом. Плотность у него почитай что та же что и никеля. Термостойкость приличная, не хуже чем у никеля. Более хрупкий.

Кстати, на рисунке подпись electroless plating. Это ошибка или я чего-то не понимаю?
Владимир Владимирович, 28 ноября 2011 20:51 
...electroless plating. Это ошибка или я чего-то не понимаю?

Electroless plating. И не ошибка. И Вы все правильно понимаете. (Просто термин такой несколько необычный что ли, но вполне разумный)
Это металлизация без (-less) электродов/тока, то есть просто химическим восстановлением гипофосфитом, как Вы и пишете.
О как.

А я всё читаю "электролиз" и чегой-то не стыкуется.
Палии Наталия Алексеевна, 28 ноября 2011 14:05 
Ну, в статье написано, что в исследованном Ni-P содержится 7 вес. % Р (~ 12,5 ат. %) ("Energy-dispersive x-ray spectroscopy confirmed that the film composition is 7% phosphorous and 93% nickel by weight"), это пересыщенный твердый раствор Р в никеле, но без выделений Ni3P ("Because the films were not annealed after deposition, they remained as a supersaturated
solid solution of phosphorous in a crystalline face-centered cubic nickel lattice with no Ni3P precipitates present")
Стехиометрии никакой.- действительно так. Вообще-то, в заголовках статей (и по тексту статьи) принято писать "исследование Fe-Ni-P - сплавов", например, не указывая точный состав (соотношение компонентов) ,но в разделе "Экспериментальная часть"/методика обязательно указывается способ получения и состав сплава
Владимир Владимирович, 20 ноября 2011 21:40 
Если воздух откачать - так и станет враз летать (но недолго )
Chutko Vladimir, 20 ноября 2011 23:34 
И низенько .
Сразу вспомнился Александр Беляев "Ковер-самолет" последний из серии рассказов и повестей "Профессор Вагнер", 1936год.
Там предлагалось исползовать пену наполненую водородом (как решил вопросы его эмиссии, вообще блокировать газообмен да и просто химическую активность фантаст умолчал,видимо предполагалась нанотехнология):
"Это тело, состоящее из множества ячеек-пузырьков. Сплав магния и бериллия. Размер ячеек меньше одного миллиметра, а толщина стенок — одна десятитысячная миллиметра. Пустоты ячеек заполнены водородом. При толщине стенок — тонких пленок — в одну тысячную миллиметра уже получается невесомый материал, а при толщине в одну десятитысячную, как у нас, металл становится летающим."


Насчёт откачки воздуха я бы не стал так сильно иронизировать, тут вопрос скорее в обеспечении необходимой механической прочности. К примеру плёнки, серийно производящиеся, которые у меня дома лежат как и сделанные с применением их вакуумные теплоизоляторы могут жить несколько лет а с геттерами и пр. - до сотни лет должны протянуть. Водород единственный который более-менее легко проникает через оный барьер скорее всего будет ассимилироваться самой пористой структурой. Вес наиболее лёгкой плёнки что имею 65г/м2.
Значительно более плотные аэрогели используются в серийной продукции, конкретно в вакуумных изоляционных панелях (ВИП) в т.ч. изделиях в США. Экспорт, во всяком случае с определёнными аэрогелями, запрещён. Вес много меньше чем у базальтовой ваты+воздух. Кстати по всей видимости проблема с обеспечением минимальной плотности присоблюдении размеров была одной из причин задержки выхода дримлайнера Боинга.

Использование многолучевой 3D литографии с УФ лазером была подтемой моей так и не завершённой кандидатской в Политехе. Правда я не для конструкционных материалов собирался использовать и сама структура должна быть иной, а динамически создаваемая для организации активного тела в лазерах и в телах для создания детекторов излучений и некоторых других применений. ПОрядок ячеек предполагался примерно 100-160нм в зависимости от ориентации пучков. Самое сложное тут было согласование волновых фронтов на достаточно большой площади. В США двулучевой метод был использован для создания решётки примерно несколько тысяч линий на мм большой порядка 400х300мм площади для
космического телескопа (только ли его? светосила в случае собирающейдолжна была быть весьма высокой, м.б. использовали для сканирующего спектрометра высокого разрешения для работ по Земле). Размер наиболее тонких полученых линий примерно 12нм.
Владимир Владимирович, 21 ноября 2011 04:13 
Можно, конечно, и не иронизировать, но структуры, обсуждамые в статье, ведь пористые, да и достаточной прочностью не обладают...
В статье про прочность полученной структуры ни слова. Есть лишь сравнение с эйфелевой башней 300м высоты.
При росте прочности исходного материала в несколько раз (например усы, тем более какой-нибудь скомканный графен) материал под нагрузкой будет сжиматься но в целом сохранять объём.

Что очень важно так это то что данный материал будет терпеть довольно большие температуры, как минимум сотни градусов и посему весьма интересен для сендвича несущей обшивки высокоскоростных ЛА. Либо в виде переплетающихся трубок макроразмера, скажем 20-50мм диаметром могут несущую конструкцию (плотность скорее всего повыше потребуется разв десять, что всё равно очень мало) сделать а поверх неё из такого сендвича.
Даже из металла за счёт переизлучения внутри и многократного отражения фононов на узлах решётки такая конструкция при гораздо более мелких ячейках, порядка 5-10мкм, будет иметь весьма небольшую теплопроводность. Либо можно в наносимый материал специально дефекты вносить при толщинах в первые десятки нм.
Палии Наталия Алексеевна, 25 ноября 2011 20:37 
Интересно, Ni-P ...надо почитать оригинальную статью
здорово))
Посмотрел добавленное в статью видео.
Металлический поролон с открытыми порами?
Отличный материал для катализаторов и как носитель катализаторов при высоких температурах.
Смутило что восстаналивается, т.е. металл имеет довольно приличный модуль упругости. Интересно сколько раз и какого по кратности (в разы) сжатия н выдержит? Интересный материал можно получить например в вязкой жидкости/газе - он и пружинить будет и демпфировать колебания. Если парить в вакууме не станет то на него здорово можно подвешивать различную аппаратуру боящуюся колебаний от вакуумного насоса.
ну что же вы ссылку на Мембрану и Science не дали, отрываю от сердца: http://www.m...ticle/17145
http://www.s...34/6058/962
Шуваев Сергей Викторович, 01 декабря 2011 18:10 
Невнимательно смотрите - ссылка на первоисточник всегда присутсвует!
Палии Наталия Алексеевна, 24 декабря 2011 18:30 
Журнал Nature подводит итоги года и фотография анонса - одна из 11 фотографий года

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Фотонные кристаллы на крыльях Парусника Демолея
Фотонные кристаллы на крыльях Парусника Демолея

Интервью с участниками, авторами задач и организаторами XIII Олимпиады
Предлагаем ознакомиться с подборкой видеороликов - миниинтервью, взятых в течение очного тура XIII Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" (25 - 30 марта 2019 года).

Неделя Олега Лосева
Портал RSCI.RU и инициаторы проведения "Недель Олега Лосева" приглашают все вузы и факультеты физико-технологического и радиоэлектронного профиля к участию в первой Неделе Олега Лосева в Рунете, посвященной Олегу Владимировичу Лосеву - признанному пионеру полупроводниковой электроники и оптоэлектроники.

Магистратура Московского университета по химической технологии
Химический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова объявляет о приеме в магистратуру "Химическая технология" для подготовки специалистов в области полимерных композиционных материалов, углеродных материалов, защитных покрытий.

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
Семенова Анна Александровна
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.