Познато е дека работите се шират кога ќе станат жешки. Мостовите, патиштата, па дури и Ајфеловата кула стануваат малку повисоки во лето. Висината на Ајфеловата кула се менува за 10 до 15 сантиметри меѓу летото и зимата поради термичката експанзија. Повисока е во лето, кога металот е потопол и се шири.
Сепак, ова проширување може да биде вистински проблем за многу технологии како што се прецизните инструменти или вселенските летала. Затоа, научниците со години бараа материјал кој одржува константна големина без оглед на температурните промени. Еден потенцијален кандидат е инвар – легура на железо-никел, позната по својата неверојатно мала термичка експанзија. Но, науката зад магијата на инвар остана мистерија досега.
Истражувачите од Техничкиот универзитет во Виена се здружија со експерименталисти од Универзитетот за наука и технологија во Пекинг за да ја откријат тајната на инвар користејќи компјутерски симулации. Оваа нова студија резултираше со развој на нова силна легура слична на Супермен, наречена пирохлорен магнет.
„Колку е поголема температурата во материјалот, толку повеќе атомите имаат тенденција да се движат – и кога атомите се движат повеќе, им треба повеќе простор. Просечното растојание меѓу нив се зголемува. Овој ефект е основа на термичка експанзија и не може да се спречи. Но, можно е да се произведат материјали во кои тоа е речиси точно избалансирано со друг, компензационен ефект“, објасни Сергиј Хмелевски од Истражувачкиот центар на Виенскиот научен кластер (VSC) во Техничкиот универзитет Виена.
Истражувањето започнало со анализа на невообичаеното својство на инвар за ниска термичка експанзија. Откриле дека неговите магнетни својства се клучот за неговата стабилност.
„Ефектот се должи на тоа што одредени електрони ја менуваат нивната состојба како што се зголемува температурата. Магнетниот ред во материјалот се намалува, што предизвикува контракција на материјалот. Овој ефект речиси точно ја поништува вообичаената термичка експанзија“, вели Хмелевски.
Оваа нова теоретска рамка заснована на симулации им овозможи на научниците да предвидат и да дизајнираат материјали кои не покажуваат речиси никаква промена во големината со температурата. Со ова ново сознание тимот тргнал да создаде уште подобар материјал. И успеале во тоа.
Истражувачите развиле нова легура, пирохлорен магнет, кој покажува уште помала термичка експанзија од инвар. Пирохлорниот магнет покажува неверојатно стабилни димензии низ широк температурен опсег од над 400 Келвини (126,8 степени Целзиусови). Интересно е што се менува за само „десетилјадити процент по Келвин“.
Инварот е направен од два метали, но пирохлорниот магнет е составен од четири: циркониум, ниобиум, железо и кобалт. Овој покомплексен состав му дава невидена способност да се спротивстави на термичка експанзија.
„Тоа е материјал со екстремно низок коефициент на термичка експанзија во невидено широк температурен опсег“, вели Јили Као од Институтот за хемија на цврстата состојба на Универзитетот за наука и технологија во Пекинг, во соопштението за печатот.
Исклучителната термичка стабилност на оваа нова легура се должи на нејзината неправилна, хетерогена структура. Неговиот состав варира насекаде, со различни концентрации на елементи како кобалт. Ова влијае на тоа како различните области на материјалот реагираат на температурните промени. Покрај тоа, ги балансира својствата на материјалот во секоја точка за да се постигне речиси нула целокупна термичка експанзија.
Овој нов материјал е идеален за примена во авијацијата, воздушната и напредната електроника.
(Interesting Engineering)
(фото: Wikimedia)
