At Finde Styrken For At Nå Havet Dybeste Dybder

{h1}

For at overleve i de dybe oceaners knusningsdybder, indeholder nye undersøiske undersøiske glasplasters superskum, der er stærke og lette, men uigennemtrængelige for vand.

Nikhil Gupta er en lektor og Steven Zeltmann er en bachelorstuderende forsker i Composite Materials and Mechanics Laboratory af afdelingen for maskin- og luftfartsindustrien ved New York University, Polytechnic School of Engineering. Forfatterne har bidraget med denne artikel til WordsSideKick.com's Ekspert stemmer: Op-Ed & Insights.

Radiosignaler, der måtte have stammer fra flyveoptageren fra Malaysian Airlines Flight 370 markerede starten på en ny fase i søgningen efter flyet og dets passagerer. Når signalerne opstod, udvidede undersøgelsen til at omfatte udforskning af havbunden for at detektere flyet og genvinde blokboksen.

Placeringen af ​​den sorte boks anslås at være omkring 15.000 fod (4,6 kilometer) under havfladen. Trykket ved sådanne dybder i havet er ca. 455 gange atmosfæretryk på havniveau. Resterne af Titanic ligger på en dybde på 12,500 fod (3,8 km) dybde, som har et tryk på ca. 380 atm. De yderligere 2.500 fod øger trykket med 75 atm. Derudover er temperaturen kun 34 til 40 grader Fahrenheit (1 til 4 grader Celsius) på sådanne dybder.

Design af køretøjer til efterforskning på sådanne dybder er en stor udfordring. Dybhavsudforskningskøretøjet skal være lys nok til at have opdrift, men skal være stærk nok til at modstå højt tryk uden imploding.

Både menneskeskabte køretøjer (HOV) og fjernstyrede køretøjer er konstrueret til oceanografiske undersøgelser, skattejagt og genopretnings- og redningsoperationer. Et kendt eksempel på en HOV er det håndværk, der blev bygget til den bemærkede udforsker og filmregissør James Camerons solodykning til den dybeste del af havet, Mariana Trench. Strukturen af ​​hans håndværk, ligesom de fleste lignende køretøjer, var hovedsagelig fremstillet af et nyt materiale kaldet "syntaktisk skum." [Into The Deep: James Camerons Mariana Trench Dive (Infographic)]

Polymerskum er lette, porøse materialer sammensat af luftfyldte porer i polymermaterialer. Men deres lette vægt kommer med to store ulemper: lav styrke og høj vandabsorption, som begge er meget uønskede til dybhavsudforskning.

En 3-D computer model med hule partikler inde i en polymer. Ingeniører lavede polymeren gennemsigtig for bedre at afsløre, hvordan de hule glaspartikler er fordelt i materialet.

En 3-D computer model med hule partikler inde i en polymer. Ingeniører lavede polymeren gennemsigtig for bedre at afsløre, hvordan de hule glaspartikler er fordelt i materialet.

Kredit: Nikhil Gupta, NYU Poly

Ikke alene ville et almindeligt skum blive knust af trykket fra de dybe hav, vand kan let komme ind i sådanne skum (som i en svamp), der får et håndværk til at synke. Syntaktiske skum gør brug af små hule partikler til at sprede luft i en polymer og gøre det til et let skum. Anvendelse af hule partikler giver fordelen af ​​porerne, der ikke forbinder hinanden. Selv hvis sådanne skum er beskadiget, absorberer de stadig ikke nogen betydelig mængde væske, da de ikke er sammenkoblede. De hule partikler er normalt lavet af glas og har diametre i området fra 4 ti tusinde af en tomme til 4 tusindedele tomme (0,01 til 0,1 millimeter) - 1 til 10 gange diameteren af ​​et menneskehår. Indkapsling af luften inde i lille glasskal gør tricket til at gøre materialet lette, samtidig med at det holdes stærkt nok til at modstå de høje tryk.

Strukturen af ​​et syntaktisk skum kan visualiseres i en 3-D computer model. Forskere analyserer computermodellerne ved hjælp af moderne teknikker, som f.eks. Finite elementmetoder, til at bestemme sammensætningerne, der vil fungere bedst under de høje kompressionskræfter, der opstår i dybhavsforskning. Nogle af de lovende kompositioner fremstilles derefter og testes eksperimentelt for at sikre, at de syntaktiske skum har de egenskaber analyserne foreslår.

Hvis du er en aktuel ekspert - forsker, virksomhedsleder, forfatter eller innovatør - og gerne vil bidrage med et op-ed-stykke, mail os her.

Hvis du er en aktuel ekspert - forsker, virksomhedsleder, forfatter eller innovatør - og gerne vil bidrage med et op-ed-stykke, mail os her.

Når det ses under et elektronmikroskop, ser materialet ud som en tæt støttet samling af små bolde. Da alle luftlommer, porerne er omgivet af glas, kan vand ikke komme ind i dem. Det betyder, at materialet kan bruges under vand i længere tid uden at bryde ned og synke. Tilsætningen af ​​hule partikler gør også syntaktiske skum mere termisk stabile - de krymper ikke så meget som polymerskum ville, når temperaturen falder.

Forskere forsøger løbende at udvikle nye syntaktiske skum, som er lettere og stærkere for forbedret nyttelastkapacitet. I vores laboratorium har vi udviklet nye metoder til at skræddersy densitetskummets densitet, styrke og termisk ekspansion. Sådanne metoder kan generere skum, der giver høj ydeevne under de udfordrende miljøer af dybhavsudforskning. Udvikling af partikler af høj styrke keramik, såsom siliciumcarbid og aluminiumoxid, snarere end glas, og forstærkning af syntaktiske skum med fibre kan bidrage til at forbedre deres ydeevne.

Følg alle spørgsmålene og debatterne fra Expert Voices - og blive en del af diskussionen - på Facebook, Twitter og Google +. Synspunkterne er de af forfatteren og afspejler ikke nødvendigvis udgiverens synspunkter. Denne version af artiklen blev oprindeligt udgivet på WordsSideKick.com.


Video Supplement: Making sense of string theory | Brian Greene.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com