Független újság
1948-ban a holland fizikus Hendrik Casimir megjósolta a hatás, amelynek eredményeként a kvantumtérelméletben (később nevezték Casimir hatás). Ezen elmélet szerint nincs abszolút vákuum (vákuum). Ha két párhuzamos töltés nélküli, vezetőképes lemez van elhelyezve vákuumban, akkor nagyon kis távolságok között van attrakció. Az a tény, hogy a lemezeken kívüli fotonok előállításának valószínűsége magasabb, mint köztük. A fotonok által létrehozott külső nyomás meghaladja a résen lévő nyomást, és a lemezek vonzódnak. A vonzás ereje fordítottan arányos a lemezek közötti távolság negyedik erejével. Ahogy ez a távolság csökken, Casimir erői drámaian megemelkednek.
A Casimir erő egy olyan erők egész családja, amelyet a fizikusok gyengenek neveznek. Azonban a gyenge erő képes kifejteni jelentős befolyást a különböző folyamatok, például adhézió (tapadás folyamat), különösen szélsőséges helyzetekben - a légüres térben, sugárzás, hirtelen hőmérséklet-változás, a villamosítás, súlytalanság, mikro- és nano-méretű tárgyakat. Mivel a gyenge erő működhet cily Van der Waals erők, amelyek a fizikai jellegű a Kázmér erő, és a gravitációs erő, a hosszú távú kémiai kötés, optikai tapadóerő (nyomás fény erő).
Van der Waals, vagy intermolekuláris kölcsönhatások, amelyek ismeretesek az iskola során a fizika és a kémia, jelennek bármelyike között molekulák. Tartóssági intermolekuláris kötések körülbelül egy nagyságrenddel kisebb szilárdságú fő vegyértékek - kémiai, de ez annak köszönhető, hogy a kölcsönhatás a finom részecskék egymással, különböző szubsztrátok, a tapadás a rétegek között egy számos ásványi (csillám), a tengelykapcsoló a talaj részecskéket, porozással bútorok, stb
Az ilyen erők miatti kárára?
Vegyünk egy példát a metateriumok (fémek és dielektrikumok hibrid nanostruktúráinak) használatára, amelynek felszínén nagyszámú izgatott plazmon (szabad elektronok felhője) van. Amikor egy másik anyag felületével érintkeznek, ezek a plazmonok kölcsönhatásba lépnek a második anyag elektronjaival, és a rezonáns hatás miatt a két felület egymáshoz tapad. Ez a "ragadós" effektus akkor következik be, ha a metamátrix fényben olyan frekvenciával van megvilágítva, amely egybeesik a plazmonok rezonáns frekvenciájával. Az interakció erői függenek az incidens fényétől és intenzitásától, és meghaladhatják Casimir erőit.
A számítások azt mutatják, hogy a fényintenzitás több tíz nanovát per négyzetméteres mikrométerrel elég ... a Föld gravitációjának legyőzésére! A "bekapcsolás" vagy "kikapcsolás" egy hasonló teljesítményt lehet bekapcsolni vagy kikapcsolni a fényforrást. Lehetőség van nanoobjektumok emelésére és mozgatására, az optikai tulajdonságok manipulálására.
Casimir súrlódás nélkül
Ami a Casimir erőket illeti, részletesen tanulmányozták őket. Az eredmények azt mutatják, hogy a távolságok a körülbelül 10 nm Casimir azonos hatású a hatás a légköri nyomás alá (101,3 kPa), és a parttól körülbelül 200 nm, ezek az erők válhat domináns, amely megakadályozza, hogy a létrehozását és mikro- és nanoelectromechanical rendszerek (MEMS, NEMS). Az a dolog az, hogy a kenõanyag ragasztóként kezdõdik, például a vonzás erõinek megnyilvánulása miatt.
További tanulmányok (a Livshits-Casimir törvényei) azt mutatták, hogy lehetséges az erõk visszataszító hatása, és ennek következtében a MEMS és a NEMS készülékek súrlódása élesen csökkenthetõ. Nemrégiben Lopez professzor (USA) csoportja sikeresen elérte ezt a nanoméretű struktúrák létrehozásával (speciális felületi érdesség). Ezeknek az érdességeknek a jellemző méretei a szilárd anyagok felületének minden egyes mérésénél körülbelül 50 nm-nek felelnek meg. A lézersugár fénynyomásforrásként való felhasználása lehetővé tette a Casimir erőinek szabályozását, a NEMS és a MEMS eszközök részének ragasztásának nemkívánatos hatásainak leküzdése érdekében.
Az amerikai kutatók továbbmentek. Megmutatták annak lehetőségét, hogy olyan eszközöket és molekuláris mechanizmusokat hozzanak létre, amelyek súrlódás nélküli metamateriumokon alapulnak. Ez azt jelenti, hogy a nanoméretű leválást szinte elérjük. Voltak valódi eszközök alapján a munkát a Casimir erő - mikrohullámú kapcsolók, MEMS oszcillátor és giroszkóp. Casimir erő kell figyelembe venni érzékelő technológia, távközlés, információk tárolására filmek kapcsolatba kétdimenziós grafén tartalmazó szén nanocsövek, a folyamatok polimerizációs felszínén ... Mindezen folyamatok gyakran gyenge erők hatnak finomhangolása teljes tapadási folyamatot.
Nemrégiben bebizonyosodott, hogy a Casimir hatás a folyadékok esetében alkalmazható. Kiderült, hogy a Casimir erő a hőmérséklet, a felületi érdesség, az elektrosztatikus töltések jelenléte vagy hiánya függvénye, vagyis új alkalmazásokat várhatunk.
Így, kínai tudósok (Wei Syunbina csoport) voltak képesek megragadni, és mozgassa a beragadt vérsejtek (trombus) belsejében egy kapilláris segítségével optikai csipesz (csipesszel) egy tetszőleges irányba. Az eszköz alapja az infravörös tartományban lévő mikrolaser volt, melynek teljesítménye több száz milliwatt volt. A fényérzékeny optikai tulajdonságokkal rendelkező anyagok lehetővé teszik az ilyen eszközök használatát az orvosi gyakorlatban. És nem csak.
A 3D nyomtatók gyártása be van kapcsolva
mint a forró sütemények.
Fotó: Andrey Vaganov
A tapadási problémák döntő szerepet játszanak a különböző szubsztrátumokon (papír, fémek, ötvözetek, kerámia, műanyagok), azaz a 3D nyomtatási technológiákban a molekuláris rétegek előállításában (termesztésben). Az adalékanyag gyártás néven ismert folyamat már forradalmasította az ipar, a technológia, a tervezés, az orvostudomány, az olcsóság, az egyszerűség, a környezetbarátság és a hulladékmentes működés miatt.
Kínában a 3D-s nyomtatás módszere csapágyelemeket hoz létre a repülőgépekben. A NASA sikeresen tesztelte a rakétamotorok egy részét, és egy 3D-s nyomtatóra nyomtatott. Hat évvel később, a NASA szakértők azt jósolják, akkor lehet nyomtatni a térben súlytalanság körülményei, az építőiparban több tíz méter átmérőjű, száz méter hosszú, és még kilométer - nincs korlátozás! - pókháló robot-kollektorok segítségével.
Mivel alapján 3D-nyomtatási technika az a folyamat, rétegződését minden lehetséges struktúrák, a minőségi termékek és a tartósság határozza meg az erejét a kötődést az azonos (kohézió) és a különböző rétegek anyagok a természetben (tapadás). Vagyis a 3D-s nyomtatás folyamata valójában egy tapadási-kohéziós folyamat.
A legtöbb alkalmazott technológiák tintasugaras nyomtatással végzett fej egység, ahol az egyik réteg egy gyorsan keményedő polimer gyanta vagy ragasztó, amely egy megbízható réteg tapadási-kötési részecskék a porok, huzalok, szalagok. Ez a folyamat egy szilárd tárgy létrehozásának növekedését képezi.
A 3D-s nyomtatás a hatodik technológiai struktúra a hetedik elemekkel. De paradox módon ez a folyamat régóta megvalósult a természetben. Emlékezzünk arra, hogy a hajóhéjazat mindenféle mikroorganizmus (pl. Balans) által elrontott. És a szennyeződés rétegenként történik. Kezdetben, a tapadást „dolgozik” a felület „a hajótest - szervezetekre”, akkor ezek a rétegek mikroorganizmusok felépített új, természetes ragasztók, kiosztott ugyanazon mikroorganizmusok. A "páncél" vastagsága eléri a tizedik centimétert.
Milyen bionika tanít
A múlt század nyolcvanas évében már megvitatták a víz alatti építkezést a polc zónájában. Ugyanakkor a probléma nem szabványos jellege azt eredményezte, hogy meg kell vizsgálni az építőanyagok kölcsönhatását a környező vízkörülményekkel és lakóival. A Crimea Fekete-tenger partján fekvő helyszíni laboratóriumok és alapstruktúrák kialakításával és gyártásával foglalkoztak.
Ezeket a fémrácsokból származó, 3-5 m átmérőjű félgömbökből gyűjtöttük, ablakok és ajtók nyílásaival. Ezek üres feltételezzük csökkentette a tengerfenékre, valamint minden további műszak a tengeri mikroorganizmusok (élő nyomtatók), amely lehet gyűjteni (emelt) a termék által rétegződés folyamatok lerakódásgátló fém keret vastag „héj” a kagylók. És akkor kész test kellett volna húzni a partra, üvegezés nyílásokat ablakok, tarts ki az ajtót ...
És a tér kiváló feltételeket biztosít a struktúrák termesztéséhez. Így a polimerizációs (keményedési) folyamatok jobban járnak, ha sugárzásnak vannak kitéve, megemelt hőmérsékleten. A térben mindezek a tényezők rendelkezésre állnak. A könnyű nyomás szintén ingyenes, a statikus elektromosság bőséges. A vákuum pozitív szerepet játszik, mivel a tapadási szilárdság a vákuumban nő, és a fiatal (frissen kialakított) felületek tapadnak és ragasztó nélkül ragadnak.
A termékek egyes részeit villámhézag kötési módszerrel rögzíthetjük, amely nem igényel ragasztót is. Vagy hajtsa végre a diffúziós hegesztést, a vákuum előnye, mint a hőmérséklet. És Casimir erői mindig segítenek, az optikai tapadás mellett. Nemrégiben egy új, gyenge vonzerejű erőt fedeztek fel, amelyet abszolút fekete test kibocsátásával hoztak létre, ahhoz, hogy közel legyen Casimir erőihez.
A fentiekkel kapcsolatban a pisztolyok és hasonló termékek gyártása 3D-s nyomtatással játék. Előtt az emberi szervek termesztése, az intervertebrális lemezek, a sérült csontok felépítése. Az űrhajók rögzítése, az ISS javítása rutinszerű munkává válik. Az eladó már megkapta nanocső ceruza vezet sűrített szén nanocsövek, amely lehetővé teszi az érzékelők festeni és egyéb termékek, 3D-pen (3Doodler), lehetővé teszi, hogy dolgozzon a különféle műanyag háromdimenziós alakzatokat. És az Institute of Colloids Max Planck Társaság (Németország) bemutatta az új verzió a „papír” komplex elektronikus vezető rendszer, beleértve a három-dimenziós. Vagyis a 3D nyomtatás mozdonya nem állítható meg.