Погода
В Новосибирске научили превращать угольную золу в умный композит. Специалисты из Института химической кинетики и горения им. В. В. Воеводского СО РАН и Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН разработали на основе ценосфер умный композит. Об этом сообщили 14 мая в интернет-издании "Наука в Сибири".
Ценосферы представляют собой побочный продукт сжигания угля на ТЭЦ. Это сферы из алюмосиликатов диаметром около 100 микрон (примерно с человеческий волос), которые заполнены оксидами углерода и азота. Мировой объем ценосфер достигает около 700 миллионов тонн. Раньше они считались отходами, но в последнее время им начали находить все больше и больше применений. К примеру, использовать в качестве цементных добавок для устранения пустот. Новосибирские ученые стали создавать на основе ценосфер умный композит.
Ученые нанесли на ценосферы медное покрытие при помощи метода магнетронного распыления - способа физического осаждения. Он основан на использовании мишени, представляющей собой чистый металл. При зажигании газового разряда из меди выбиваются ионы, которые затем перемещаются к целевой подложке и осаждаются на ней, образуя нужное покрытие. В экспериментах использовали напыления 10 нм и 150 нм. Покрытые медью сферы смешивали с трансформаторным маслом в соотношении, чтобы оно заполняло только промежутки между ними. Композит сначала зажимали гидравлическим прессом, из-за этого излишки масла удалялись, а ценосферы выстраивались в проводящую цепочку. Примечательно, что сопротивление при этом уменьшалось, а проводимость увеличивалась.
При небольшом сжатии излишки масла начинали вытекать, и в этом процессе таблетка образца оказывалась проводящей. А в случае с покрытием в 150 нм нужды в дополнительном прессовании не возникало. Это открыло возможности для управления свойствами композита, которые зависят от толщины покрытия. При изменении давления можно варьировать толщину слоя, что делает композит умным. Он способен распознать порог давления, при котором следует переключить проводящие свойства.
После этого ученые вместо давления прессом поместили композит в газовую ячейку и стали накачивать избыточное давление. Эксперимент реализовали таким образом, чтобы в ячейке оставался зазор. Газ не давил верхний электрод, а через масло давление передавалось на сферы изотропно, а именно они сжимались равномерно за счет масла, а не с одной стороны. При давлении в 40 атмосфер сопротивление становилось на шесть порядков меньше. Таким образом, резко возрастала проводимость.
В настоящее время исследователи разрабатывают новую установку для более детального изучения механизма переключения электропроводности. В качестве наиболее вероятной гипотезы они рассматривают следующую: при увеличении внешнего давления аргона растет и количество растворенного в масле газа. В итоге сферы частично поднимаются на поверхность, формируют проводящие цепочки, а это, в свою очередь, влияет на электрические свойства системы.
Умный композит можно будет применять в строительстве в качестве сенсора. Для этого потребуется капсулу с материалом опустить внутрь, к примеру, опоры моста, где она будет находиться под постоянным воздействием внешнего давления. Как только давление достигнет предельного значения, произойдет переключение проводимости, датчик сработает, передавая информацию о возможной проблеме, такой как угроза обрушения. Если потребуется контролировать проводимость в зависимости от колебаний давления, изначально материал доложен быть диэлектриком для минимизации влияния электростатических зарядов. Это сделает его идеальным для бурения, где важнее всего - контролируемые условия и безопасность.
