Рефераты
Лёд с нанопеском
У льда как у строительного материала для Крайнего Севера много плюсов — например, он там есть везде, и он экологичен. Однако хотелось бы, чтобы он был прочнее. Коренные народы Севера упрочняют лёд, добавляя в него ягель и мох. Имеется обширный современный практический опыт упрочнения льда добавлением песка, гальки и опилок, а в лабораторных условиях добавляли в лёд волокна. Этими способами прочность удаётся повысить, но незначительно.
Сотрудники МГУ и Тамбовского государственного университета им. Г. Р. Державина предприняли попытку уменьшить размер добавляемых частиц, причём с переходом в нанообласть. Они изготавливали искусственный лёд из воды и приблизительно сферических наночастиц SiO2 размером 10—20 нм, содержание которых изменялось от 0,003 до 10% по массе. Добавление наночастиц сделало лёд мелкоструктурным: исходный средний размер кристаллов льда был 500 мкм, а при добавлении 0,03—10% частиц он стал 240—80 мкм. Прочность (выдерживаемое давление при сжатии) полученного композита при содержании 0–0,1–1–5–10% частиц составила соответственно 13–20–27–30–32 МПа, то есть по отношению к льду без добавления частиц прочность увеличилась в 2,5 раза. Поскольку при этом возросла и предельная деформация, то увеличилась на порядок энергоёмкость разрушения (работа, которую надо затратить для разрушения материала), что важно, в частности, при импульсных нагрузках.
По мнению авторов исследования, механизм эффекта таков: наличие наночастиц увеличивает количество центров кристаллизации, поэтому кристаллы становятся мельче. Разрушение льда начинается с микротрещин, которые возникают по границам кристаллов. Однако длина микротрещин ограничена размерами кристаллов, то есть мелкие кристаллы мешают трещинам расти.