Новый наноматериал противоречит законам физики

Обычно, когда материал растягивается, его электропроводность меняется. Другими словами, он становится тоньше. Однако двухмерный наноматериал полукарбид вольфрама, созданный канадскими физиками, ведет себя не так: если его растягивать, он утолщается, причем в рекордных размерах. Эти уникальные свойства пригодятся в производстве режущих инструментов, боеприпасов, носимой электроники и ювелирных украшений.

У большинства материалов — положительный коэффициент поперечной деформации, то есть, они при растяжении становятся тоньше. Ауксетики не такие: при растяжении они становятся толще в направлении, перпендикулярном приложенной силе. В 2018 году физики-теоретики предположили, что таким свойством в значительной мере может обладать и полукарбид вольфрама, однако до сих пор ученым не удавалось это доказать.

Канадские физики не только наблюдали у полукарбида вольфрама отрицательный коэффициент деформации, но выяснили, что этот материал расширяется на рекордные 40%. Прежде науке не были известны ауксетики, которые при растяжении становятся толще более чем на 10%.

Традиционными методами получить этот наноматериал ученые не могли, поэтому группа исследователей обратилась к четвертому агрегатному состоянию вещества — плазме. Для того, чтобы создать ионизированный газ, им пришлось разработать новую аппаратуру, совмещающую функции измерения и контроля. Полученные наноразмерные листы полукарбида вольфрама обладают, по словам ученых, огромным потенциалом. На самом базовом уровне они могут служить более эффективными тензометрами, измеряющими деформацию промышленных объектов, от аэрокосмической отрасли до водопроводов и канализации.

«Представьте себе, что вам хочется узнать, не деформировалась ли водопроводная труба в вашем доме, и не собирается ли она лопнуть, — пояснил Ноа Сточек, один из исследователей. — Вы крепите датчик из двухмерного наноматериала на трубу, а затем через компьютер следите за тем, как к нему движется ток. Если сила тока растет, это значит, что труба расширяется и может лопнуть».

Кроме того, новый материал может найти применение в устройствах носимой электроники.

А китайские ученые создали невозможный материал для гиперзвуковых аппаратов, который сохраняет целостность корпуса после десятков минут полета в плазме. Несмотря на то, что воздух вокруг снаряда раскалился до нескольких тысяч градусов, все управляющие компоненты внутри остаются холодными.

Подводный конвертер морских волн для получения энергии

Ирландская компания Wave Energy Ireland (CWEI) разработала погружной преобразователь энергии волн под названием CETO. Система размещается под водой и использует движение волн для генерации электроэнергии, которая затем передается на берег по динамическому кабелю. Конструкцию можно установить на разной глубине и при любых условиях морского дна, что делает ее универсальным решением для использования волновой энергии. CETO состоит из самостоятельных модулей, которые можно добавлять или убирать, в зависимости от требуемой мощности. Установка была одобрена для развертывания в Стране Басков в Испании. Она будет работать в открытом океане в течение двух лет.

Подобно ветру и солнцу, морские волны также обладают неограниченным запасом энергии, которую можно использовать для удовлетворения глобальных энергетических потребностей. Поскольку страны стремятся постепенно отказаться от ископаемого топлива, ведутся активные разработки новых способов использования этого возобновляемого источника энергии. Ранее уже были представлены различные варианты для максимизации выхода энергии за счет ритмичного движения по поверхности волн. Подход CETO немного отличается, поскольку их преобразователь волновой энергии (WEC) полностью погружен под воду.

Этот преобразователь волновой энергии использует технологию точечного поглощения энергии волн. Устройство WEC состоит из буя, который находится на несколько метров ниже поверхности океана и движется вместе с волнами. Он может быть установлен на разной глубине и при различных условиях морского дна. Благодаря этому размещение возможно вдали от штормовых волн и зон отдыха на пляжах.

Конструкция устройства минимизирует визуальное воздействие и позволяет сохранить привычную среду обитания для морской жизни. Оно прикреплено к морскому дну с помощью швартовочной системы, а безуглеродная электроэнергия, генерируемая плавучим приводом, выводится из системы с помощью динамического кабеля.

Система полностью модульная и может быть организована в массивы для обеспечения чистой и экологически чистой энергии в сеть. Собранные во время эксплуатации данные будут использоваться для дальнейшей проверки технологии и ее эффективности.

Развертывание прототипа CETO осуществляется в рамках программы EuropeWave. Эта программа располагает бюджетом в 22 млн. евро для поддержки проектов по освоению волновой энергии в регионе.

Ученые приблизились к созданию бесшумных субмарин на лазерной тяге

Новая технология обеспечивает почти 70 000 ньютонов тяги от двухмегаваттного лазера — почти как у реактивного лайнера. Импульсы света не только толкают подлодку вперед, но и испаряют морскую воду, создавая вокруг субмарины пузырьки, которые значительно снижают гидравлическое сопротивление. Теоретически, это позволяет лодке двигаться быстрее скорости звука, не выдавая своего местоположения механическим шумом.

Эту фантастическую технологию разрабатывают ученые из Харбинского инженерного университета, где была спроектирована первая подводная лодка КНР. Конструкторы назвали ее «подводной лазерно-индуцированной плазменной детонационной силовой установкой» и убеждены, что технология не только реальна, но и обещает массу преимуществ для субмарин, в частности, повышенную бесшумность. Источником энергии для лазерной силовой установки могут служить ядерные реакторы.

Технология подводного лазерного движения была впервые предложена японскими учеными 20 лет назад. Она заключалась в том, что лазерные лучи генерируют плазму в воде, а затем используют детонационную волну, которая образуется при расширении плазмы, для движения. Однако из-за характера распространения взрывной волны добиться направленного движения в нужную сторону было трудно.

Одно из перспективных решений, предложенных за долгие годы исследований — использование рабочей среды, состоящей из крошечных частиц металла или другого материала. Когда эти частицы разлетаются в определенном направлении, они приводят в действие противоположно направленную силу, толкающую субмарину вперед.

И все же до недавних пор эффективность такого решения была низкой — 1 ватт энергии лазера давал тягу всего в одну миллионную ньютона. Китайским ученым удалось увеличить этот показатель на 3-4 порядка. Для этого они добавили к концам оптических волокон, по которым движутся импульсы света, устройства, напоминающие ствол пушки. В итоге лазер мощностью 2 МВт выдает 70 кН.

Как следует из статьи научного журнала Acta Optica Sinica, лазерные импульсы, которые выпускает подводная лодка вокруг себя под всевозможными углами, вызывают феномен суперкавитации, когда между корпусом и толщей воды возникает прослойка водяного пара, снижающая гидродинамическое сопротивление. Тот же подход можно применить и к торпедам.

Желание заполучить бесшумную подлодку есть и у американцев. Управление перспективных исследовательских проектов Минобороны США (DARPA) собирается построить максимально тихую субмарину с двигателем без подвижных элементов, создающим тягу за счет магнитов и электричества.