Итальянский физик-теоретик вывел универсальный математический закон, который объясняет аномальный рост прочности материалов при уменьшении их толщины до наномасштабов. Об этом сообщает «Хайтек» со ссылкой на исследование в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Профессор Алессио Дзакконе из Миланского университета совершил прорыв в физике конденсированного состояния и нанотехнологиях. На протяжении десятилетий инженеры сталкивались с удивительным парадоксом: ультратонкие пленки, мембраны и двумерные структуры (такие как графен) демонстрируют гораздо более высокую эластичность и устойчивость к деформациям, чем те же самые материалы в макроскопическом, объемном состоянии.
До сих пор в научном сообществе не было единого теоретического фундамента для описания этого феномена. Существующие классические модели механики сплошных сред предсказывали, что при истончении материала его механические свойства должны оставаться неизменными или ухудшаться из-за дефектов поверхности.
Новая математическая модель Дзакконе, основанная на теории неаффинной эластичности, впервые объединила микроскопическую атомную структуру материалов с их макроскопическим поведением. Физик доказал, что модуль сдвига (способность сопротивляться сдвиговым деформациям) ультратонких пленок возрастает обратно пропорционально кубу их толщины.
Этот закон обратного куба объясняется изменением характера межатомных взаимодействий. Когда толщина материала падает ниже критического порога в несколько нанометров (нм), атомы на поверхности теряют часть своих соседей сверху и снизу. Это заставляет внутренние атомные связи перестраиваться и становиться жестче, компенсируя нехватку окружения и создавая эффект сверхустойчивости.
Открытие имеет колоссальное значение для гибкой электроники, аэрокосмической отрасли и биомедицины. Теперь инженеры получили точную математическую формулу для прогнозирования прочности наноматериалов без проведения сотен дорогих и сложных экспериментов.
Выведенный закон позволит создавать сверхнадежные защитные покрытия атомарной толщины для процессоров нового поколения, повысить износостойкость мембран в опреснителях воды и разработать сверхлегкие элементы обшивки для космических аппаратов, способные выдерживать колоссальные механические нагрузки при минимальном весе.
Читать далее:
Вселенная внутри черной дыры: наблюдения «Уэбба» подтверждают странную гипотезу
Испытания ракеты Starship Илона Маска вновь закончились взрывом в небе
Сразу четыре похожих на Землю планеты нашли у ближайшей одиночной звезды
Обложка: magnific
