Nowy materiał wbrew prawom fizyki?

Nowy material wbrew prawom fizyki

Po ściśnięciu dowolnego elementu, robi się on mniejszy. Ta zasada nie obowiązuje, jednak w Argonne National Laboratory.

W mieszczącym się na przedmieściach Chicago laboratorium, grupa naukowców pozornie przeciwstawiła się prawom fizyki, znajdując sposób na zwiększenie rozmiarów elementu poprzez jego ściskanie.

„To jak wywieranie nacisku na kamień, z którego tworzy się gigantyczna gąbka", porównuje Karena Chapman, chemik z laboratorium amerykańskiego Departamentu Energii. „Materiały, które mają zwiększyć swoją gęstość, robią się bardziej zwarte pod ciśnieniem. W tym przypadku jest dokładnie odwrotnie – naciskany materiał zmniejsza swoją gęstość nawet o połowę. Jest to sprzeczne z intuicyjnym podejściem do praw fizyki."

Ponieważ, takie zachowanie wydaje się być niemożliwym, Chapman oraz jej pracownicy spędzili kilka lat, testując materiał, aż udało im się odpowiedzieć na pytanie, skąd wynika ta dziwna zależność. „Więzy w strukturze materiału zostały całkowicie przearanżowane. Nigdy wcześniej nie spotkałam się z czymś takim.", powiedziała Chapman.

Odkrycie to będzie mogło nie tylko przepisać podręczniki na nowo, ale pozwala podwoić dostępną obecnie na rynku gamę porowatych materiałów, wykorzystywanych w rozmaitych gałęziach przemysłu.

Naukowcy wykorzystują materiały o strukturze matrycowej, podobnej do tej, jaką posiadają gąbki do wyłapywania, przechowywania oraz filtrowania materiałów. Kształt otworów gąbki sprawia, że mogą w nie wpasować się tylko konkretne molekuły. Możliwe jest, dzięki temu, wykorzystywanie ich jako filtry wody, czujniki chemiczne czy ogniwa paliwowe. Poprzez dostosowanie prędkości uwalniania cząsteczek, naukowcy mogą stosować je praktycznie wszędzie. Oprócz nowych materiałów możliwe jest osiągnięcie dotychczas niespotykanych struktur.

Badacze umieścili cyjanek cynku, materiał stosowany w procesie galwanizacji, w diamentowym kowadle w urządzeniu APS (Advanced Photonsource), przykładając przy tym do niego ciśnienie w zakresie od 0,9 do 1,8GPa. Używając różnych płynów otaczających cyjanek cynku wytworzyli pięć nowych faz materiału, z których dwie zachowały swoją porowatość pod normalnym ciśnieniem. Rodzaj zastosowanej cieczy determinujekształt porów gąbki. To pierwszy raz, kiedy ciśnienie hydrostatyczne jest w stanie pozbyć się materiałom ich atomowych kajdan.

„Poprzez wywoływanie ciśnienia, byliśmy w stanie zmienić zwykle gęstą nieporowatą strukturę materiału w mającą strukturę gąbki i mająca dwa razy mniejszą gęstość.", powiedziała Chapman.

Naukowcy kontynuują obecnie prace, testując nową technikę na innych materiałach.

(rr)