Новые материалы и их космическое приложение

[sol]

Вот - http://www.korrespondent.net/main/128738/

На поток поставлена ткань из нанотрубок.

Предлагаю обсудить последствия развития этого направления в т.с. "космическом" разрезе.
Если журналисты не напутали, получается первое, что в голову приходит.
1. Космические паруса, которые одновременно еще и солнечные батареи.
2. Материал для бака шаттла.
3.Для скафандра.
4. Надувные космогостиницы.
5. Ловушки нейтрального водорода при межзведных перелетах с целью использования оного как рабочего тела.
6. Тросс для космолифта.
7. Многослойный - с промежутками, заполненными пеной, сделаной из жидкого герметика - корпус космич. корабля - при микропробоинах в обшивке дырка сама затягивается.

................

а вот сама статья по указаной ссылке

"Ученые создали сверхтонкую ткань из нанотрубок

Корреспондент.net
20 Августа 2005, 15:35

Невообразимо тонкий и прочный материал, обладающий уникальными свойствами и открывающий новые возможности в самых разных областях - от производства бытовой электроники до изготовления искусственных мускулов и космических "солнечных парусов" - научилась производить международная группа ученых из США и Австралии.



Согласно публикации в последнем номере журнала Science, речь идет о ленте из углеродных нанотрубок - полых синтетических цилиндров, сопоставимых по размеру с отдельными молекулами.

Исследования в области нанотехнологий идут уже не один десяток лет, достаточно давно были синтезированы и сами нанотрубки. Прежде, однако, никто не умел сплетать их в ткань, не говоря уже об автоматизации такого процесса.

Теперь ученые из Техасского университета в США и Организации научно-промышленных исследований Содружества в Австралии (имеется в виду британское Содружество) объявили о подлинном прорыве: по их словам, они создали установку, способную производить из нанотрубок ленту шириной около 7 см со скоростью до 14 метров в минуту.

Как утверждают специалисты, материал получается уникальный. Он прочнее стали и любых пластмасс, прозрачен и гибок, при нагревании испускает свет. В лабораторных условиях ткань из нанотрубок продемонстрировала свойства солнечной батареи: под солнечными лучами давала электроэнергию. По оценке исследователей, квадратная миля (более 258 га) такого покрытия весила бы лишь примерно 77 кг.

Авторы открытия и другие наблюдатели убеждены, что его коммерческое применение не заставит себя долго ждать. Химик из университета Райс в Хьюстоне Эндрю Баррон полагает, например, что уже к следующему сезону чудо-ткань может быть использована для производства более легких и прочных корпусов для гоночных автомашин, участвующих в "Формуле-1". Кстати, по его словам, такие корпуса заодно могли бы служить и аккумуляторами.

Самим изобретателям в первую очередь в голову пришли прозрачные антенны из нанотрубок или покрытие для электроподогрева стекол в окнах автомашин. Они также говорят, что надо подумать о привлекательном коммерческом фирменном названии для их детища.

Развитие нанотехнологий - один из научных приоритетов США. Создатели нового материала работали при финансовой поддержке техасских и федеральных властей. Средства им выделяли, в частности, управление перспективных НИОКР в Пентагоне и научно-техническое управление ВВС США.

По материалам NEWSru.com"

[Дмитрий В.]

Не плохо бы посмотреть мехсвойства: плотность, сигма временное, модуль упругости, коэф-т теплового расширения и т.д. Так же любопытно узнать стоимость 1 кг: сейчас и при объемах производства, скажем, 10000 тонн в год. А вот тогда можно толковать о применении. Хотя материал перспективный.

[avmich]

Первое что приходит в голову - и об этом говорит, скажем, Кармак из АрмадиллоАэроспейс - материалы для баков топлива высокого давления, чтобы не нужно было ставить насосы на ЖРД. Что резко (по некоторым оценкам, вчетверо) увеличивает надёжность двигателей, а также снижает их массу. А также радикально (в разы) удешевляет.

[Игорь Суслов]

Первое что приходит в голову - и об этом говорит, скажем, Кармак из АрмадиллоАэроспейс - материалы для баков топлива высокого давления, чтобы не нужно было ставить насосы на ЖРД. Что резко (по некоторым оценкам, вчетверо) увеличивает надёжность двигателей, а также снижает их массу. А также радикально (в разы) удешевляет.

Было бы прикольно делать метровые баки под давление в сотни атмосфер.

[Дмитрий В.]

Первое что приходит в голову - и об этом говорит, скажем, Кармак из АрмадиллоАэроспейс - материалы для баков топлива высокого давления, чтобы не нужно было ставить насосы на ЖРД. Что резко (по некоторым оценкам, вчетверо) увеличивает надёжность двигателей, а также снижает их массу. А также радикально (в разы) удешевляет.

Ну-ка, ну-ка! С этого места поподробнее, пожалуйста! Надо понимать, надежность возрастет с 0,98 до... Боюсь даже представить! И каким же это образом масса снизится? Ну, допустим, при давлении в баках до 100 и более атм масса самого ЖРД и снизится (обеспечим регенеративное охлаждение и без помощи насосов). А сами баки? Может, все-таки, ТНА оставить, а баки облегчить? С уважением, Дмитрий В.

[avmich]

У нанотрубок прочность на единицу веса выше других материалов, насколько мне известно - и существенно. Что достаточно легко объснить их мономолекулярной структурой.

То есть, баки высокого давления получаются гораздо легче, чем из других материалов. Отсюда и возможности использования.

[sol]

Прошу заметить, что, согласно вышеупомянутой статье, технологи научились выращивать обсуждаемый материал МЕТРАМИ.
Сколь бы дорог сей процесс ни был СЕЙЧАС - нетрудно спрогнозировать дальнейшее резкое удешевление при одновременном росте производства. Дальше производство будет ЭВОЛЮЦИОНИРОВАТЬ.
Вот ранше... в 80-х, кажется, когда открыли фулерены (нанотрубки - частный случай оных) - там получали всего чуть чуть, в лабораторных сверхсложных условиях, и о том, чтобы получить кусочек, который можно потрогать мечтали как о далеком будущем.
Все. Серийное производство налажено.
Осталось еще придать некоторым модификациям свойства сверхпрофодимости и дело в шляпе...

Кстати! Еще раньше писалось, вроде бы, что нанотрубки представляют собой волноводы для рентгена! (что как физика меня не удивляет)...

[X]

Что-то мне подсказывает, что не все так просто.
Да, можно сделать очень прочный и легкий бак. Но есть одна беда, он будет слишком гибким.
Способ борьбы, это сильный наддув, что хорошо с точки зрения возможности избавиться от ТНА. Но вот беда, начиная с некоторого не очень большого размера, такой бак все равно будет гнуться и дышать входя в разные резонансные колебания и т.д. Т.ч. все равно надо будет утолщать.
Но материал конечно уникальный, а стоить он должен, если не будет монополии, копейки.

[Fakir]

Для большей жёсткости можно, наверное, добавить лёгкий каркас.

[avmich]

Что-то мне подсказывает, что не все так просто.
Да, можно сделать очень прочный и легкий бак. Но есть одна беда, он будет слишком гибким.
Способ борьбы, это сильный наддув, что хорошо с точки зрения возможности избавиться от ТНА. Но вот беда, начиная с некоторого не очень большого размера, такой бак все равно будет гнуться и дышать входя в разные резонансные колебания и т.д. Т.ч. все равно надо будет утолщать.
Но материал конечно уникальный, а стоить он должен, если не будет монополии, копейки.

Баки под высоким давлением очень прочные. Первые Атласы работали с надувным - практически - баком из тонкой стали, толщина около миллиметра. Этот бак вообще сам себя не мог удержать - без внутреннего давления. Поэтому после создания бака он наддувался - и так и оставался всё время под давлением, во время транспортировки, заправки и полёта. Массовое совершенство было очень хорошим. При этом прочность была такая, что создатель этого бака предлагал молотком по нему бить - ничего не случалось.

[X]

Так навскидку.Освоение глубин океанов-новые поколения ПЛ,новые поколения бронемашин,танков,вертолетов,бронежилеты и т.д.И похоже - в исследованиях Венеры,атмосфер планет-гигантов может наступить новые времена   Но все же 14 метров в минуту - что то мало верится.

[Agent]

Если это подойдет для водородных автомобильных баллонов, то лет через 15 такая ткань будет дешевле любой другой.

[X]

>Развитие нанотехнологий - один из научных приоритетов США. Создатели нового материала работали при финансовой поддержке техасских и федеральных властей.

Хорошая иллюстрация к вопросу о том, засчет каких источников должна финансироваться наука и кто ее в основном финансирует в развитых западных странах.

А вообще, если в статье всеп описано верно, то это настоящая революция! Добро пожаловать в Будущее...

[Татарин]

Если это подойдет для водородных автомобильных баллонов, то лет через 15 такая ткань будет дешевле любой другой.

Любой-не любой, но рынок это расширит жутко, это верно.

Кстати говоря, это путь в обе стороны: с такими баллонами водородные машины смотрятся совсем иначе... баллоны этак атмосфер на 1000... да стакими на одной только механической энергии газа фиг знает куда уехать можно.

И ткань-то даже у народа вовсе не идеальная... Перспективы - во!

...
Интересен еще вот какой момент... может, я сейчас ерунду скажу, но... Насколько вырастут температуры кипения водорода и кислорода при больших давлениях? Не получится ли, что водород перестанет быть такой жуткой криогеникой, а кислород почти до комнаты догонится?
Где у них сверхкритика?

[X]

Интересен еще вот какой момент... может, я сейчас ерунду скажу, но... Насколько вырастут температуры кипения водорода и кислорода при больших давлениях? Не получится ли, что водород перестанет быть такой жуткой криогеникой, а кислород почти до комнаты догонится?
Где у них сверхкритика?

что вы понимаете под сверхкритикой ? имхо чтобы "загустить" водород нужны давления в десятки и сотни килобар. Никакая наноткань этого не выдержит.   При давления в сотни-тысячу атмосфер водород будет газом. Может быть при низких температурах этот газ предпочтет существовать в виде димеров H4,  но это врядли кардинально повысит температуру кипения.

[Ghost]

Метрами выращиваются "нанотрубки", а не ткань квадратными метрами.
Но по большому счету нанотрубки - это, как бы помягче сказать, ... пиар чистый.
"Удлинненый" вариант фуллеренов. Прочный-то он прочный, но не алмаз однако. В смысле - при "выбивании" одного атома из структуры распал всей молекулы - дело весьма недолгое. Допустим, сфера C60 или C70 - вполне (правда, без нагрева) устойчива - и год пролежит (го горит она не хуже обычного угля, даже лучше). А если хотя бы одна дислокация в сфере - то полный облом, молекула распадается в любых условиях на часы. А в этих нанотрубках концы оборваны, то есть нити самораспадутся достаточно быстро. И не дай Бог их нагреть, дем более в воздухе...

[Татарин]

Метрами выращиваются "нанотрубки", а не ткань квадратными метрами.
Но по большому счету нанотрубки - это, как бы помягче сказать, ... пиар чистый.
"Удлинненый" вариант фуллеренов. Прочный-то он прочный, но не алмаз однако. В смысле - при "выбивании" одного атома из структуры распал всей молекулы - дело весьма недолгое. Допустим, сфера C60 или C70 - вполне (правда, без нагрева) устойчива - и год пролежит (го горит она не хуже обычного угля, даже лучше). А если хотя бы одна дислокация в сфере - то полный облом, молекула распадается в любых условиях на часы. А в этих нанотрубках концы оборваны, то есть нити самораспадутся достаточно быстро. И не дай Бог их нагреть, дем более в воздухе...

Да не пиар никакой.

Это ж материал для композитов. Не будут же жидкий кислород непосредственно на ткань лить.

[Ghost]

А кислород лить и не надо
Молекула (требка) распадается сама просто потому, что у нее "концы не заделаны". А "заделать" получается только при окружности трубки в 10 атомов - не больше и не меньше.  И темне менее вероятность "разрыва" нанотрубки близка к единице - относительно устойчивыми свляются только С60 и С70 - а уже С80 "рвется" за период времени, сравнимый с временем образования (там, конечно, горячо - плазма все-таки), но даже при комнатной температуре время промежуточного обрыва (появления дислокации в структуре) исчисляется минутами. И - даже в "лабораторных количествах" С80 - то есть минимально возможную "закрытую" нить никто получить так и не смог. В результате - "одинокая"  метровая трубка полностью разорвется где-то посередине в течение нескольких минут.
Относительно "крепким" будет пучок из сотен трубок (вероятность разрыва многих трубок в одном и том же месте очень мала). Но - нити очень скользкие, адгезия практически нулевая (это раз), "межнитевая" сополимеризация невозможна (энергетически), процесс деградации - каскадный. Причем это не химическая деградация, а структурная. А если добавить любую "кислую" химию...
Так что - чистый пиар это.

[X]

Вопли восторженных идиотов...

[Татарин]

А кислород лить и не надо
Молекула (требка) распадается сама просто потому, что у нее "концы не заделаны". А "заделать" получается только при окружности трубки в 10 атомов - не больше и не меньше.  И темне менее вероятность "разрыва" нанотрубки близка к единице - относительно устойчивыми свляются только С60 и С70 - а уже С80 "рвется" за период времени, сравнимый с временем образования (там, конечно, горячо - плазма все-таки),

Стоп. То Вы о нанотрубках, то вдруг о фуллеренах...
Во-первых, фуллерен и "пробка" на нанотрубке - вещи все же сильно разные.
Во-вторых, НЯЗ, нанотрубки вовсе не обязательно закупоривать именно и только углеродом. Энергия связи атомов "пробки" не столь принципиальна: при большой длине трубки она пренебрежимо мало влияет на прочность.
Во-третьих, закрытые нанотрубки очень разных размеров вполне стабильны (не метастабильны, подчеркиваю, а стабильны. Глобальный минимум энергии, КМ-расчеты ab initio это дают). Только что отгуглил статьи, чьи авторы описывают процесс получения трубок от 8 до 60нм с разной хиральностью, как открытых, так и закрытых. SNT, ессно, не многослойных. То есть, на практике это подтверждено.

Откуда взялась Ваша инфа которой Вы вот так легко перечеркиваете все эти работы?

но даже при комнатной температуре время промежуточного обрыва (появления дислокации в структуре) исчисляется минутами.

Дислокация - таки не есть обрыв. И как раз-таки дислокация в ненагруженном состоянии метастабильна. Идеальная структура - энергетически выгоднее (на несколько эВ, зависит от толщины и хиральности). При комнате образование SW-дислокации в метровой трубке за минуты - верю... Но так она же замечательно и уйдет обратно.

И - даже в "лабораторных количествах" С80 - то есть минимально возможную "закрытую" нить никто получить так и не смог. В результате - "одинокая"  метровая трубка полностью разорвется где-то посередине в течение нескольких минут.

Как связана "закрытость"/открытость длинной нанотрубки с вероятностью образования дефекта где-нить посередине? :shock:

Но - нити очень скользкие, адгезия практически нулевая (это раз), "межнитевая" сополимеризация невозможна (энергетически), процесс деградации - каскадный. Причем это не химическая деградация, а структурная. А если добавить любую "кислую" химию...

Пожалуй, вот тут соглашусь. Но ведь энергия связи трубка-наполнитель в композите может быть на два-три ниже, чем энергия связи в молекуле. И ничего. Работать будет. Ткань (или канатик, трос) от этого много в прочности не потеряют.

Что же касается "кислой химии"... Как говорят китайцы, "если очень долго ждать, то все окисляется".

Так что - чистый пиар это.

Эээ... Не думаю.