Российские ученые придумали, как улучшить свойства стали в 100 раз

Человечество еще несколько веков назад научилось обрабатывать металлы. С открытием способов работы с металлами люди совершенствовали кузнечное дело, пытаясь улучшить свойства металлических изделий. В ход шло все: закалка, создание сплавов, покрытие металлов специальными веществами и так далее. Но в определенный момент и этого стало недостаточно. Тогда на помощь пришли высокие технологии. И совсем недавно группа российских ученых нашла способ улучшить некоторые свойства стали в 100 раз.

Новая технология сделает сталь гораздо прочнее и устойчивее к повреждениям

Как сообщает издание Еurekalert, за разработкой новой методики стоят ученые из Томского Политехнического Университета (ТПУ), а результаты исследования были опубликованы в журнале Surface and Coatings Technology и представлены на конференции по модификации поверхности материалов ионными пучками (SMMIB) 2019.

Почему понадобилось улучшать свойства металлов?

Дело в том, что на сегодняшний основным способом придать стали (и другим металлам) полезные свойства вроде прочности, износостойкости и так далее является процесс под названием «легирование». Легирование — это, говоря простым языкаом, добавление в состав металлов дополнительных веществ (примесей) для изменения физических и химических свойств требуемого материала. Сегодня традиционные методы легирования, как сообщается, исчерпали свой технологический потенциал. Поэтому металлы все чаще подвергаются воздействию пучков заряженных частиц, потоков плазмы и лазерного излучения для того, чтобы добиться нужных результатов.

Ионная имплантация (ионное легирование) является одним из методов, позволяющих изменять элементный состав, микроструктуру и морфологию поверхностных слоев, определяющих такие свойства, как износостойкость, коррозионная стойкость, прочность и др. Томские ученые разработали новый метод ионной имплантации, который резко расширяет область применения метода в промышленности. По словам заведующего лабораторией высокоинтенсивной ионной имплантации Александра Рябчикова, им удалось экспериментально повысить износостойкость нержавеющей стали более, чем в сто раз.

Экспериментальная установка по увеличению прочности стали

Кроме того, данная технология позволяет изготавливать детали и изделия с необходимыми удельными поверхностными свойствами. Например, барьерный слой (то есть внешний слой изделия) образуется путем ионного легирования циркония титаном, что предотвращает проникновение кислорода. Это может быть использовано для увеличения срока службы и безопасности при эксплуатации, например, на атомных станциях и использовании таких металлов в ядерных реакторах.

В настоящее время промышленное применение ионного легирования ограничено малой толщиной образующихся ионно-легированных слоев. И это основная проблема, которая не позволяет использовать новый подход для производства металлов нового типа. Но мы предлагаем увеличить глубину проникновения ионов в материал путем усиления радиационно-индуцированной диффузии пучками ионов высокой плотности, которые на два-три порядка превосходят те, что используются при традиционной ионной имплантации, — сказал Александр Рябчиков.

Таким образом можно будет, как считают ученые, добиться более хороших результатов при создании высокопрочных и износостойких металлов. Полученные в лаборатории результаты подтверждают эту гипотезу. Созданные образцы стали имеют поверхностный слой глубиной в несколько сотен микрометров, в то время как другие методы ионного легирования позволяют получить глубину лишь в несколько десятков нанометров. Авторы подчеркивают, что применение новой технологии позволит изготавливать металлы с уникальными свойствами, что даст возможность в несколько десятков раз повысить качество выпускаемой продукции.

Источник ➝

Физики в очередной раз не нашли различий между материей и антиматерией

Физики из проекта ALPHA, который базируется в ЦЕРН, представили первые данные по замерам тонкой структуры спектра частиц антиматерии, по которой можно сделать выводы об устройстве ее квантовых энергетических уровней. В этом она оказалась похожа на обычную материю, пишут ученые в статье, которую опубликовал научный журнал Nature.

"Открытие любых расхождений в свойствах материи и антиматерии в буквальном смысле потрясет фундамент Стандартной модели. Эти замеры помогли нам реализовать нашу давнюю мечту и изучить некоторые аспекты взаимодействия антиматерии с окружающим пространством, в том числе измерить сдвиг ее нижних энергетических уровней", – прокомментировал результаты работы официальный представитель проекта ALPHA Джеффри Хангст.

Космологи предполагают, что во Вселенной в первые мгновения ее жизни материи и антиматерии было примерно поровну. Все химические и физические свойства их частиц, за исключением заряда, должны были быть одинаковыми – если, конечно, Стандартная модель не является неполной или ошибочной (эта теория описывает большую часть взаимодействий всех известных сейчас науке элементарных частиц).

Однако, это противоречит самому существованию реальности, так как все частицы материи и антиматерии должны были уничтожить друг друга, столкнувшись и взаимоуничтожившись в первые мгновения после Большого взрыва. Поэтому ученые уже много десятилетий спорят и гадают о том, почему в обозримой Вселенной практически нет антиматерии.

Многие физики считают, что ответ на эту загадку кроется в малейших различиях в свойствах, поведении и устройстве частиц антиматерии и материи. Недавно ученые нашли множество намеков на то, что подобные расхождения могут существовать, к примеру, в массах протонов и антипротонов. Однако пока ни одно из них физики еще не подтвердили.

Хангст и его коллеги уже много лет пытаются найти их с помощью прибора ALPHA-2 – специальной магнитной ловушки для позитронов и антипротонов, которая заставляет их объединяться и образовывать одиночные атомы антиматерии. Первые замеры такого рода, которые ученые провели в 2012-м, 2016-м и 2018 годах, показали, что в том, как свет возбуждает электроны и позитроны в атомах антиматерии и материи, нет различий.

Секреты антиматерии

В новой серии экспериментов ученые ЦЕРН впервые измерили так называемый Лэмбовский сдвиг для антиматерии. Так ученые называют небольшие различия в том, где распологаются два конкретных энергетических уровня внутри атома, 2s и 2p. Согласно теории, их положение должно совпадать, однако в реальности это не так – они оказываются сдвинуты относительно друг друга.

Существование этого разрыва связано с тем, что частицы материи и антиматерии постоянно взаимодействуют на квантовом уровне с парами виртуальных частиц и античастиц, которые непрерывно рождаются и исчезают в пустоте вакуума. Следы этого можно увидеть в так называемой "тонкой структуре" атома, наборе узких полосок в спектре, на которые расщепляются теоретически предсказанные энергетические уровни.

Участники проекта ALPHA впервые изучили структуру этого набора линий, пропустив 90 тысяч атомов антиводорода через мощное магнитное поле, а затем облучив их при помощи ультрафиолетового лазера и проследив за тем, как в результате поменялся их спектр. Эти данные ученые использовали для того, чтобы вычислить Лэмбовский сдвиг антиматерии и сравнить его с аналогичным параметром для водорода.

В целом полученные значения совпали с замерами для обычной материи и с результатами теоретических расчетов, которые учитывали квантовые эффекты. Как подчеркивает Хангст, эти данные пока предварительны, однако уже сейчас можно говорить, что замеры постоянной структуры не могут отклоняться от предсказаний теории более чем на 2%, а Лэмбовского сдвига – более чем на 11%.

В ближайшее время участники ALPHA планируют провести более точные замеры, охладив атомы антиводорода до температур, близких к абсолютному нулю. Эти наблюдения, как надеются ученые, окончательно подтвердят то, что значения Лэмбовского сдвига для материи и антиматерии одинаковы, а также что они помогут физикам точно измерить радиус антипротона.

Источник

Популярное в

))}
Loading...
наверх