Занимательные факты о строении любого материала
Любой вопрос становится интересным, если взглянуть на него глазами эксперта. Вот что вы знаете о материалах?
О тех самых материалах, из которых состоит абсолютно всё вокруг нас.
Конечно тот факт, что деревянный стол отличается по составу от куриной ноги многие прекрасно осознают :). Но на этом, увы, всё. Правда есть и ещё кое-что, что было бы полезно и интересно узнать.
Предлагаю вашему вниманию подборку занимательных фактов о строении материала.
Никто из ученых до конца не понимает, из чего все материалы состоят
Прослушаете вы школьный курс физики и запомните только тот факт, что все материалы состоят из молекул, сами молекулы сделаны из атомов. Атомы состоят из протонов, электронов и нейтронов.
После изучения физики в университете вы ещё, скорее всего, узнаете слово кварк. Но это не даст ответа на главный вопрос об истинном устройстве материала.
Вы удивитесь, но такого ответа нет ни у кого! Ученые до сих пор спорят и не могут найти истину. Что именно лежит в основе конструкции любого материала и можно ли тут вообще использовать термин "материя"? Ведь по новым исследовательским данным частица - это всего лишь возмущение энергетического поля. Что же такое это возмущение? Это, по сути, энергия или информация. Но и эти субстанции пока не объяснены.
Непонятно, что именно соединяет частички тела в единое целое
Тот факт, что мы до конца не понимаем, как устроено вещество ещё не означает существование полноценного объяснения вроде как уже оформившейся концепции. Что именно соединяет частички вещества в единое целое?
Нет, вы конечно же, сейчас вспомните о притяжении частиц, о перекрывании электронных облаков, но смею вас уверить, что если вы заглянете в вопрос ещё поглубже, то однозначного ответа тут тоже не будет.
Никто до конца не описал принцип работы этого "вселенского клея". Есть только ряд гипотез, среди которых, кстати, до сих пор проскакивает теория эфира, которую знатоки очень не любят. Так или иначе, связывает частички что-то похожее по логике на эфир. Только называется это или поле, или квантовая пена.
Все свойства материала определяются его структурой и взаимным расположением атомов
Вот смотришь на материал и гадаешь - проводит он электрический ток или не очень. Является ли он хорошим проводником тепла или подходит в качестве теплоизолятора.
Оказывается, всё это определяется внутренней конструкцией материала. И тут можно даже не знать, из чего на самом деле на самом тонком уровне состоит материал. Достаточно знать, что материал состоит из атомов, которые определились определенным образом. Именно специфика их взаимного расположения определяет весь диапазон свойств. Ну а дальше остаётся только анализировать влияние этого расположения на реальные факты проявления свойств и в итоге все свойства станут прогнозируемыми. Так, та же электропроводность объясняется наличием электронного газа в большом количестве между узлами решетки.
Все механические процессы в материале описываются дислокационной теорией
Почему материал деформируется? Почему обладает анизотропией и как это работает? Что приводит к разрушению материала? Эти и многие другие процессы, характерные для материалов, описываются дислокационной теорией.
Что это за теория? Если сильно упрощать, то атомы располагаются в твердом теле вдоль некоторой линии. Эта линия может быть правильной и протягиваться через весь образец, а может обрываться где-то внутри. Такая оборванная линия образует недостроенную плоскость, вдоль которой расположены атомы. Эта плоскость может скользить при внешних механических воздействиях. Так и получится деформация или даже разрушение. Если же не дать ей скользить, то материал будет упрочняться.
Трещина решает всё
А вы знаете, что любое разрушение начинается с трещины?
Трещина зарождается именно в следствие движения дислокаций. Ну а дальше она растёт в образце начиная с микро и кончая макро уровнем. Всё это кончается разрушением. Зато вот если трещину во время заметить и хотя бы уменьшить угол в эпицентре её роста, изделие может прослужить ещё долгие годы.
Зависимость скорости разрушения от угла в основании трещины обнаружил ещё монах Гриффитс. Коэффициент так и назвали критерием Гриффитса. Его друзья думали, что бедолага сошел с ума, когда он в течении нескольких лет рассматривал разбитые стёклышки от витражей.
В итоге было установлено, что именно очаг трещины определяет её рост. Ну а на практике все видели работу этой закономерности, но не все знали, что речь об этом. Как вы наверное замечали, раньше в метро трещины на стеклянных дверях засверливали в очагах. Это не давало трещине расти.
Некоторые материалы могут обладать одновременно свойствами жидкости и кристалла
Речь идёт о жидких кристаллах, которые активно используются в современных экранах. Они могут обладать всеми свойствами жидкостей, но при этом менять конфигурацию при некоторых условиях и проявлять свойства световой анизотропии, которая характерна для кристаллических тел.
Ученые долгое время не могли сами себя убедить в том, что такое вообще возможно. Ведь агрегатные состояния вещества строго обозначают ряд характерных особенностей каждой из модификаций конкретного состояния. В итоге в одном положении жидкий кристалл отражает свет, а в другом - нет. В одном состоянии он виден, а в другом нет.
Кстати говоря, подобные интересные метаморфозы бывают не только с жидкими кристаллами, но и с другими телами.
Измельчение структуры или переход в 2D - плоскость принципиально меняет свойства
Наверное уже многие слышали и про наноматериалы, и про так называемые двухмерные материалы.
Наноматериалы - это по сути дела обычные материалы, структура которых сведена к нанодапазона. Речь идёт про хааркетрные размеры элементов структуры.
2D - материалы - ещё более интересная штука. По сути дела. это материал, толщина которого составляет всего лишь одну частичку! По сути дела они абсолютно плоские.
Самое интересное тут другое! Если взять стандартный материал и измельчить его структуру. то свойства могут меняться буквально на противоположные. Такая же картина получится, если сделать из простого 3D-материала новый материал типа 2D. Например, всем известный графит при переходе в двухмерную плоскость получает буквально невероятные свойства и называется уже графеном.
Все мои статьи выходят сначала тут.