Текст уведомления здесь
Оловянная частица влетает в оловянную панель на скорости 1 км/cMostafa Hassani-Gangaraj et. al / CC BY-SA 4.0

Ученые сняли на видео, как микрочастицы плавят металл при ударе

Для этого они разгоняли оловянные частицы лазером до скорости 1 км/c и снимали видео с частотой 100 млн кадров в секунду

Достаточно простой процесс, происходящий, к примеру, при окраске металла из пульверизатора, когда крошечные частицы вещества на большой скорости врезаются в поверхность металла, до сих пор не был детально описан. Ученые из Массачусетского технологического института впервые записали этот процесс с помощью высокоскоростной камеры. Оказалось, что быстрые микроскопические частицы плавят металл в момент столкновения с ним.
Добавить в закладки
Комментарии

Сложность визуализации и описания этого процесса заключалась в том, что, во-первых, частицы могут двигаться с огромной скоростью — до 1 км/c, что в три-четыре раза быстрее, чем пассажирские реактивные самолеты. Во-вторых, сами частицы настолько малы — примерно десятая часть толщины человеческого волоса, — что для их наблюдения также требуется очень высокое увеличение.

Исследователи работали на специально созданном в MIT полигоне для разгона частиц, где можно записывать видео их движения с частотой до 100 миллионов кадров в секунду. В экспериментах они использовали оловянные частицы диаметром около 10 микрометров, разгоняли их с помощью лазера до 1 километра в секунду и сталкивали с оловянной же поверхностью. Еще один лазерный луч был использован, чтобы осветить момент попадания частиц на поверхность.

В результате ученым удалось точно описать условия, при которых частица отскакивает от поверхности, прилипает к ней или плавит поверхность. Итоги экспериментов легли в основу общей модели прогнозирования реакции частиц заданного размера, перемещающихся с определенной скоростью. Предыдущие исследования основывались на изучении процесса пост-фактум, по анализу поверхности уже после воздействия частиц. Это не позволяло понять сложную динамику процесса. Благодаря визуализации стало ясно, что при высокой скорости в момент удара происходит плавление как частицы, так и поверхности.

Фото последствий столкновения 10-нанометровой частицы с поверхностью на скоростях (a) 184, (b) 374, (c) 580, и (d) 1108 м/c. Видно, что частица в (a) отскочила, (b) — прилипла, (c) — частично расплавилась, (d) — расплавилась полностьюMostafa Hassani-Gangaraj et al. / Nature Communication / CC BY-SA 4.0

«Мы можем распространить результаты на любую ситуацию, где имеет значение эрозия. Конечная цель в том, чтобы разработать единую модель для всех типов металлов и скоростей, с помощью которой можно предсказать, произойдет ли эрозия», — пояснил один из авторов статьи Дэвид Вейссет в разговоре с MIT News.

Это может помочь инженерам проектировать материалы для защиты от эрозии, будь то в космосе или на Земле. Подобные процессы, например, происходят, когда переносимые ветром частицы попадают в лопасти ветряных турбин, когда микрочастицы ударяются в космические аппараты и спутники, когда частицы породы и песка, которые присутствуют в струе нефти или газа, разрушают стенки трубопроводов, и тому подобное.

А какое-то время назад другие ученые впервые сняли, как система CRISPR/Cas режет нить ДНК.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы