Çelik ne zaman bir kağıt parçası kadar kırılgandır? Cevap: Bu malzemelerle karşılaştırırken
Kitap yukarıda devam ediyor.
Son sayıda uzay asansörlerinin zorluklarından bahsettiğimizde asansör kablolarının zorluklarından bahsetmiştik. Uzay asansörünün yüksekliği yaklaşık 36.000 metre olduğundan, bu kadar uzun bir kabloyu çekmek istiyorsanız, kablonun ağırlığı bile onu çekmeye yetiyor.
Bu yüzden bu ipi yapmak için kullanılan malzemenin sertliğini arttırmalıyız. Sadece sertliği artırmak yeterli değildir, çünkü yaşamdaki yaygın nesneler daha sert ve daha yoğundur. Sadece sertliği arttırır ve yoğunluğu görmezden gelirseniz, ipin kırılması yine de kolaydır.
Örnek olarak çeliği ele alalım, genellikle oldukça sert görünürüz. Ancak, kırılma uzunluğu uzay asansörü için yeterli değildir. Basitçe ifade etmek gerekirse, bir nesne belirli bir uzunluğa ulaştığında, ağırlıklandırılmasa bile, kendi yerçekimi onu çekecektir (birisi şunu soracaktır: Kalınlaştırmak mümkün değil mi? Elbette değil, ne kadar kalınsa, o kadar ağırdır!) . Çeliğin kırılma uzunluğu 6,4 kilometre, uzay asansörünün yüksekliği ise daha önceki sayılarda da söylediğimiz gibi 36.000 kilometre, yani bir buçuk yıldız değil.
Bu nedenle, mevcut malzeme bilim adamları hem sert hem de hafif malzemeler geliştiriyorlar (tabii ki enerji üretiyor olmaları da gerekiyor). Bugün, bu gereksinimi karşılayan birkaç malzemeden bahsedelim.
İlki seni şaşırtacak-örümcek ipeği
Örümcek ipeğine bakma genellikle çok yumuşak gözüküyor, ama düşündüğünüzde, örümcek ipeğini çektiğinizde uzun süre çekmek gibi mi hissettiriyor yoksa sabit mi? Tabii ki, bu tür bir sürekli çekme, çok uzun süre uzatılabilen süper esnekliğinden gelir. Sertlik açısından örümcek ipeği de çeliğin 4-5 katına ulaşabilir.
Ancak örümcek ipeğinin bir dezavantajı vardır, yani enerji üretmez. Örümcekler, aynı türü öldürecekleri için tutulamaz. İnsanlar örümcek ipeğini sentezleyecek teknolojiye sahip değiller. Üstelik Spider-Man seri üretilmiyor gibi görünüyor, aksi halde Spider-Man'e biraz olsun isterse sorabilirsiniz ...
Şu anda, tek yol, biyoteknolojiyi, sığır ve koyunlara örümcek ipeği sentezi için geni yetiştirmek ve transfer etmek, böylece sığır ve koyun sütünün örümcek ipeği proteini içermesi ve ardından sentezi önlemek için karşılık gelen prosedürleri kullanmaktır. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki uzmanlara göre, böyle bir malzemenin sadece 2,5 cm'lik bir ip, yani iki parmak kalınlığında bir ip haline getirilmesi gerekiyor ki bu da bir savaş uçağının inmeye hazırlanmasını durdurmaya yetiyor.
Ancak şu anda örümcek ipeğinin seri üretim haberini görmemiş gibi görünüyor. Dahası, örümcek ipeği bile bir uzay asansörü için kablo görevi görecek kadar sert değildir.
Mikro balık ağı-karbon nanotüpler
Son sayıda da bahsettiğimiz gibi, şu anda en umut verici malzeme aslında karbon nanotüpler.
Bucky tüpler olarak da bilinen karbon nanotüpler, yeni bir tür nanomateryaldir.Mikroskobik açıdan çok katmanlı boru şeklinde bir yapıdır.Her katmanda karbon atomlarından oluşan mükemmel altıgenlerden oluşan bir ağ bulunur. Yapı gibi, her katman arasındaki aralık yaklaşık 0,34 nm'dir ve tüm boru şeklindeki yapının çapı 2-20 nm'dir.
Karbon nanotüpler neden zordur? Bu nispeten derindir ve lise kimya seçmeli derslerinin ileri düzey bilgisine aittir, söz etmeyelim, kısacası atomlar arasındaki mikro yapının neden olduğu etkileşimden kaynaklanmaktadır.
Peki bu malzeme ne kadar zor? Deneysel veriler, sertliğinin çeliğin 100 katı olduğunu, örümcek ipeğini (ve elması büyük ölçüde aştığını) gösteriyor. İğne kalınlığında bir karbon fiber tüp bir arabayı kaldırabilir. Aynı zamanda yoğunluğu çeliğin yalnızca 1 / 6'sıdır, bu nedenle süper fiber olarak adlandırılır.
Bununla birlikte, karbon nanotüplerin uzay asansörünün "aşırı" görev gereksinimlerine direnip dayanamayacağı bir yana, insanlar karbon nanotüplerin seri üretimini bile başaramadı. Mevcut karbon nanotüpler temelde laboratuvarda sentezlenebilir ve en uzun olanı sadece 0,5 metre sentezlenebilir. Uzay asansörünün yüksekliğinin 36.000 kilometreye yakın olduğunu unutmamalısınız. Dahası, yarım metreden fazla karbon nanotüp yapıp sonra bunları birbirine bağlamamız imkansız çünkü bu bağlantının kopması kolay, bu yüzden tek seferde 36.000 kilometre karbon nanotüp oluşturmalıyız ...
(Kesinlikle karbon nanotüpler üretilmez, ancak buhar biriktirme yoluyla, ısıtılmış karbon atomlarını üflersiniz ve otomatik olarak adsorbe olur ve daha uzun süre büyürler)
Bu zor problem karşısında, tükettiği muazzam maliyet zaten göz ardı edilebilir. Ancak o zaman gerçeği anladık: parayla çözülebilecek şey hiçbir şeydir ...
Bu nedenle bilim adamları karbon nanotüpleri kullanmak istiyorlarsa önce seri üretim problemini çözmeleri gerekiyor.
Sadece efsane carbyne'de var
Bundan bahsetmişken, karbon gerçekten çok büyülü bir unsur. Biliyorsunuz, oksijen her zaman yeryüzündeki yaşam için bir gereklilik olarak görülse de, karbon daha önemli görünüyor, çünkü hepimiz karbon temelliyiz ve son raporları paylaştık, İsrailli bilim adamları nefes almadan yaşama fikrini bile ortaya attılar. biyolojik.
Tamam, hadi uzağa gidelim, karbon hakkında konuşalım. Element olarak çok fazla karbon allotropu vardır.Yaşamda yaygın olan kurşun kalem olan grafit ve elmas olan elmastır. Az önce bahsedilen karbon nanotüpler aynı zamanda bir karbon allotropu ve ünlü futbolcudur. Bu carbyne başka bir karbon allotropu ve ... buna sert deniyor.
Karbon nanotüplerin altıgen şeklinin oluşturduğu boru şeklindeki yapının aksine, carbyne dönüşümlü olarak sürekli karbon-karbon çift bağları veya tek-üçlü bağlarla bağlanır. 1885 gibi erken bir tarihte, Alman organik kimyager Adolf von Beyer bu konsepti önerdi. Ancak şimdiye kadar tam anlamıyla carbyne ürünleri hazırlamak bizim için zor.
Bununla birlikte, Rice Üniversitesi'nin hesaplama modeline göre, bu carbyne'nin, elmasın 40 katına ve 200 kat sertliğe ulaşan sertliği ile gerçekten de dünyanın en sert maddesi olması bekleniyor.
Uzun süredir birçok bilim adamı carbyne hazırlamayı denemekte başarısız oldu ve sonunda bu maddenin var olamayacağını bile düşündü. Bununla birlikte, bazı bilim adamları daha sonra umudu yeniden uyandıran 44 karbon atomlu bir carbyne zinciri sentezledi. Kısacası, bu tür "efsanevi" materyalin, seri üretimden bahsetmiyorum bile, laboratuvarda sentezlenmesi son derece zordur.
Bu nedenle, fizibilite perspektifinden bakıldığında, karbon fiber tüplerin, carbyne'den çok uzay asansör kablolarına dönüşme olasılığı daha yüksektir.
Saçmalamanın yanı sıra başka ne yapabilirsin?
Bu malzemeler sadece uzay asansörlerinde kullanılabilir mi?
şaka yapmıyorum.
İnsanın bilimsel araştırması doğası gereği amaçsızlıkla doludur. Bilimsel araştırmaların bir kısmı belirli ihtiyaçlarla başlamış olsa da, bilgi arayan bilim adamlarının zihniyetinde daha fazla bilimsel araştırma var. Bu bilimsel araştırmaların sonuçlarından sonra yavaş yavaş kullanımlarını keşfettik. Bu nedenle, uzay asansörü için araştırma yapmaya odaklanan az sayıda insana ek olarak, diğerleri daha çok "ot ve tavşanlar" dır.Bazı sonuçları inceledikten sonra, burada kullanılabileceklerini buldular.
Elbette yukarıda belirtilen malzemeler havacılık alanındaki uygulamaya ek olarak çeşitli yönlerden de kullanılabilir. Örneğin sütten ve keçi sütünden elde edilen örümcek ipeği proteini (biosteel olarak adlandırılan bilimsel ad) polis ve askerlerin hayatını korumak için vücut zırhı olarak kullanılabilir ve karbon nanotüpler sertliğin yanı sıra birçok mükemmel fiziksel ve kimyasal özelliğe sahiptir. Cep telefonu dokunmatik ekranlarına (tabii ki kanserojenliği hala dikkate alınmalıdır) veya diğer akıllı ev aletlerine uygulanırsa, bu cihazların performansını da artıracaktır.
Kısacası bilim, yaşamımızın dikkat etmediğimiz tüm alanlarında toplumun ilerlemesini yönlendirir. Bilim insanlarına özverileri için teşekkür etmeliyiz Hayatımızı daha iyi yapan onlardır.
