(wsu.edu) - Ученые из Института физики ударных волн (Institute for Shock Physics) при Вашингтонском государственном университете (Washington State University, WSU) обнаружили нечто неожиданное при проверке самых ценных существующих в мире металлов с целью выяснения, какое давление они могут выдержать.
Оказывается, платина - единственный драгоценный металл, который сохраняет свою атомную структуру при воздействии такого давления, какое существует в центре планеты Земля, и выдерживает его лучше, чем золото.
«На самом деле никто этого не ожидал. Мы думали, что золото будет стабильным всегда, но оказалось, что оно превращается в другую родственную кристаллическую структуру при достаточном давлении ударной волны, - сказал Йогендра Гупта (Yogendra Gupta), директор Института физики ударных волн при WSU. - По сути, если вам нужен материал, который никогда не изменится, несмотря ни на что, то копите платину».
Именно такое интеллектуальное любопытство и приверженность научным открытиям помогли принести международное признание исследованиям WSU в области физики ударных волн. И это демонстрирует уникальные возможности Сектора динамического сжатия (Dynamic Compression Sector, DCS) в Чикаго, спроектированного и построенного WSU, который позволил проводить эти эксперименты.
«Наука основана на любознательности, - сказал Гупта. - Несмотря на то, что у меня был 48-летний опыт работы в этой области, и я был уверен, что золото поведет себя так, как я подозревал, но я ошибался. Вот почему мы в науке проводим эксперименты».
В ходе серии исследований, проведенных с июля 2019 года по июль 2020 года, он с коллегами подверг четыре драгоценных металла более экстремальным динамическим нагрузкам с целью определить, какой из них является наиболее прочным. Платина была единственных металлом, участвующим в испытаниях, которая сохраняла свою структуру при давлении до 3,5 млн атмосфер, действующем в центре Земли. На самом деле, металл сохранял свою структуру при воздействии почти 4 млн атмосфер, до момента, пока он не достиг 3 215 градусов по Фаренгейту и начал плавиться.
Исследователи были удивлены, обнаружив, что золото, которое они тестировали, претерпело структурную трансформацию при относительно скромном давлении в 1,5 млн атмосфер.
Кроме того, группа из WSU также проводила эксперименты с серебром и медью. Серебро претерпело трансформацию примерно при том же давлении, что и золото, а медь просуществовала немного дольше, прежде чем трансформировалась при давлении 1,7 млн атмосфер.
«На самом деле это просто занимательная наука, но тем не менее я нахожу ее увлекательной, - сказал Гупта. - Я как бы смеюсь над этим, потому что никогда невозможно создать давление в 1,5 млн атмосфер ни в одной реальной ситуации. Для всех практических целей золото является стабильным».
Однако, помимо чистой занимательной науки, исследование предполагает, что платина может быть более подходящим эталоном давления и температуры, чем золото, для экспериментов по физике ударных волн.
В DCS, где проводилось исследование, ученые используют мощный лазер для воздействия на различные материалы давлением до 4 млн атмосфер в течение коротких интервалов примерно в 10-15 миллиардных долей секунды. Затем они используют синхротрон для отправки импульсов рентгеновского излучения в материалы для изучения того, что происходит с их физической структурой под огромным давлением.
«По сути, мы можем заглянуть внутрь вещей и предоставить информацию об их атомной структуре, - сказал Гупта. - Это единственная синхротронная установка в США, на которой можно проводить подобные эксперименты, имеющие практическое применение в различных областях, таких как оборона и производство».
Начиная с апреля 2023 года, синхротрон пройдет серьезную модернизацию в течение 12-14 месяцев. В течение этого периода DCS также проведет модернизацию оборудования для улучшения своих возможностей, и будет доступен для использования учеными со всего мира летом 2024 года.
«Одна из замечательных особенностей этого объекта заключается в том, что им может пользоваться каждый, - сказал Гупта. - Ученые из WSU работают с исследователями из США и других стран».
Автор: Уилл Фергюсон (Will Ferguson), отдел новостей и связей с общественностью Вашингтонского госуниверситета (WSU News & Media Relations)
