extrémní teploty

Dokonalá slitina 100krát tvrdší než Grafen

12/02/2023 Adam Walko 4 min read 444 Zobrazení dokonalá slitina, extrémní teploty, tvrdší, zlom

Kovová slitina chrómu, kobaltu a niklu je více než 100krát tvrdší než grafen a stává se ještě odolnější vůči poškození při extrémně nízkých teplotách

Vědci prokázali, že kovová slitina chrómu, kobaltu a niklu je oficiálně nejtvrdším materiálem na Zemi a více než 100krát tvrdší než zázračný materiál grafen. V nové studii publikované 1. prosince v časopise Science, vědci podrobili ultrapevnou slitinu extrémně nízkým teplotám, aby otestovali, jak je materiál odolný proti zlomení.

Jak teploty klesaly, k překvapení týmu se slitina stala vůči prasklinám tvrdší a odolnější. Tato superodolnost vůči lomu je v ostrém kontrastu s většinou materiálů, které se podle autorů studie stávají křehčími pouze při teplotách pod bodem mrazu.

„Lidé mluví o houževnatosti grafenu, a ta se měří na pouhé 4 megapascaly na metr,“ , řekl Live Science spoluautor studie Robert Ritchie, profesor inženýrství na Kalifornské univerzitě v Berkeley a vedoucí vědecký pracovník z Lawrence Berkeley National Laboratory. „Houževnatost hliníkových slitin používaných v letadlech je 35 megapascalů na metr. Tento materiál má houževnatost 450 až 500 megapascalů na metr… to jsou ohromující čísla.“

Potenciální aplikace tak houževnatého materiálu sahají od vesmírné infrastruktury až po nádoby odolné proti rozbití pro využití čisté energie zde na Zemi. Ritchie však poznamenal, že dva ze tří prvků slitiny (nikl a kobalt) jsou neúměrně drahé, což V dohledné budoucnosti omezuje použitelnost slitiny pro laboratoře.

Zvláštní slitina

Chrom, kobalt a nikl – je příkladem slitiny s vysokou entropií (HEA). Na rozdíl od většiny slitin, které jsou vyrobeny převážně z jednoho prvku s menším množstvím přidaných dalších prvků, jsou HEA vyrobeny ze stejné směsi každého základního prvku.

Tento HEA je extrémně tvárný nebo tažný, což ,podle autorů studie znamená, že se může ohnout pod tlakem, aby vydržel lámání. Díky několika zvláštnostem molekulární struktury slitiny je tak mimořádně tvárná. Jeden klíčový mechanismus například způsobuje, že se atomy ve slitině pod tlakem přemístí. To, spolu s různými dalšími mechanismy, umožňuje, aby se materiál neustále deformoval se zvyšujícím se tlakem, aniž by došlo k lámání.

„Každý z těchto mechanismů se spustí v pozdější fázi, když zvýšíte namáhání materiálu, a to je perfektní recept na vysokou houževnatost,“ dodal Ritchie. „Je pozoruhodné, že tyto mechanismy jsou účinnější při nižších teplotách.“

Vědci zpočátku testovali houževnatost slitiny tak, že ji vystavili kapalnému dusíku při teplotách kolem minus 196 stupňů Celsia. Když se houževnatost slitiny pouze zlepšila, tým přemýšlel o tom, jak daleko mohou limity materiálu posunout.

Dong Liu, fyzik z Bristolské univerzity v Anglii a jeho kolegové navrhli experiment, aby byla slitina vystavena kapalnému héliu, které se může ochladit na super-chladné teploty minus 253 °C. Tým poté sledoval, jak neutrony rozptylují materiál v procesu zvaném difrakce neutronů, aby nahlédli do struktury slitiny a viděli, jak se při zvýšení tlaku tvoří trhliny.

Experiment ukázal, že pokud jde o houževnatost, slitina vyfoukla grafen z vody.

„Grafen má velmi vysokou pevnost, ale nemá žádnou toleranci vůči poškození,“ řekl Liu Live Science. „Je velmi křehký a roztříští se stejně jako hrnek, který hodíte na podlahu a roztříští se na kousky.“

*Mikroskopické snímky ukazující cestu lomu a deformace krystalové struktury ve slitině kobaltu, chrómu a niklu během zátěžového testování při teplotě -424 stupňů F.*

Materiály budoucnosti

I když je zapotřebí více testů, než bude možné tento materiál prakticky použít, Liu je optimistický, že slitina by mohla být použita pro mnoho projektů, jak ve vesmíru, tak na Zemi. Například HEA by mohl být použit ve skladovacích kontejnerech vodíku, které by mohly snadněji učinit vozidla na vodíkový pohon šetrnější k životnímu prostředí.

„Pokud řídíte auto s vodíkovou nádobou vyrobenou z něčeho velmi křehkého, vezete s sebou v podstatě bombu,“ řekl Liu. „Ale ne s tímto materiálem.“

Ritchie je mezitím opatrný při navrhování potenciálních aplikací slitiny, protože přesun materiálu z laboratoře do „skutečného světa“ vyžaduje mnoho znalostí a času, zatímco náklady na nikl a kobalt zůstávají neúměrně vysoké. Zajímá se však o vývoj receptur na nové slitiny, které by mohly být stejně tvrdé, s použitím různých prvků.

„V periodické tabulce je 50 použitelných prvků,“ řekl Ritchie. „Kombinace tří, pěti nebo sedmi z nich znamená, že existují miliony nových slitin.“

Mapa ukazuje „pás extrémních teplot“, který by měl za 30 let pokrýt 1/4 USA, teploty zde překročí 52 °C

21/08/2022 Iveta Mauci 3 min read 322 Zobrazení emise, extrémní teploty, fosilní paliva, zelená energie

Nové TOP 10

Vlny veder, které letos v létě spalují USA, mohou být jen začátkem pásu extrémních veder, který se tvoří po celé zemi

„Pokud si lidé myslí, že letošní léto bylo horké, bude to jedno z nejlepších let po zbytek jejich života,“ řekl Insideru Matthew Eby, generální ředitel neziskové organizace pro výzkum klimatických rizik. Nadace v pondělí zveřejnila zprávu „Nebezpečné teplo“ s využitím recenzovaného modelu k posouzení šesti let amerických vládních satelitních dat a k předpovědi budoucího rizika extrémního horka u majetku.

Jeho závěry jsou v souladu s varováním vědců, že extrémní vedra budou v příštích desetiletích běžnější, extrémnější a déle trvající.

Většina tohoto extrémního vedra se očekává ve středu země, od pobřeží Texasu a Louisiany až po Chicago – oblast, kterou First Street Foundation nazývá „pásem extrémního tepla“. Významné části jihozápadu a jihovýchodu budou mít, podle zprávy, pravděpodobně v roce 2053 více než jeden den nad 52 °C.

Příští rok zpráva předpokládá, že 8 milionů Američanů bude čelit vyhlídce, že se po dobu nejméně jednoho dne bude dusit při teplotě minimálně 52 °C. Do roku 2053 by to podle zprávy mělo vzrůst na 107 milionů Američanů, to je 13krát více lidí za pouhých 30 let.

Při tak vysokých teplotách Národní meteorologická služba varuje, že riziko úpalu je vysoké. Při tak vysokých teplotách často selhává infrastruktura. Silnice se lámou, vlakové koleje se ohýbají a mohou způsobit vykolejení, letištní asfalty se mohou roztavit a zabránit vzletu. Bude vypadávat proud.

Více horkých dnů a více veder

Dny, které překročí 52 °C, nejsou jediné, kterých se musíme obávat. Nebezpečné mohou být i teploty nad 37 stupňů v jižní polovině země. Extrémní vedro léta v roce 2020 je spojeno s mnoha místy, kde Nadace First Street očekává nejvíce tepla v nadcházejících letech, řekl Eby.

Například, jak ukazuje mapa níže, zpráva promítá více vln veder po celé zemi s výrazně zvýšeným rizikem v severních oblastech včetně severozápadního Pacifiku a dalších regionech, které nejsou historicky zvyklé na extrémní vedra.

Projekce v této zprávě jsou konzervativní, protože předpokládají budoucí scénář, kdy lidé drasticky sníží emise skleníkových plynů, které způsobují změnu klimatu a zvyšují globální teploty.

Pokud svět brzy nesníží emise – zejména díky rychlému přechodu od fosilních paliv k čisté energii – může budoucnost extrémního tepla vypadat ještě hůř, než mapy v této zprávě.

„Pokud něco neuděláme, naše podřezání nebo naše nedostatečné zastoupení těchto tepelných dopadů si všimneme za 30 let,“ řekl Eby.

I když lidé zítra přestanou vypouštět skleníkové plyny, i tak se určitého zahřívání nezbavíme. Mnoho skleníkových plynů je již uzamčeno v atmosféře, a jsme si ho přidali. Abychom ochránili život, infrastrukturu a majetek, musíme pro to něco udělat, řekl Eby, jinak se jednotlivci, společnosti a vlády musí v budoucnu připravit na extrémnější horko.

„Doufáme, že tato data mohou informovat každého, od jednotlivce přes komerční uživatele až po státní, místní a federální vlády, což jsou všichni uživatelé našich dat,“ řekl.

Jejich data jsou veřejně dostupná na riskfactor.com, kde si můžete ověřit minulá data, ale i současná a budoucí rizika pro jednotlivé nemovitosti a oblasti.

To je asi jedna třetina současné populace, která pokrývá jednu čtvrtinu rozlohy USA, jak ukazuje mapa níže.

Analýza od First Street Foundation předpovídá, že do roku 2053 se v USA může vytvořit „pás extrémního tepla“.
Zpráva použila satelitní data k modelování tepelného rizika na úrovni nemovitostí na příštích 30 let.
Prediktivní mapy ukazují, že 107 milionů Američanů mohlo zaznamenat teploty nad 52 stupňů Celsia.

Zdroj: INSIDER