Магний - супер материал будущего

Для производства автомобилей, возможно, будут в скором времени использовать магниевые сплавы, что приведет, таким образом, к уменьшению как веса, так и расхода топлива, но это произойдет только в том случае, если инженеры смогут разработать технологию промышленно-производственной обработки одного из наиболее широкодоступных металлических элементов на Земле.

Магний горит при высоких температурах, образуя блестящий белый свет, благодаря которому он стал популярным при использовании его в фейерверках и школьных научно-экспериментальных лабораториях. На данный момент возникает потребность в более легких, энергетически-эффективных и щадящих для окружающей среды материалах, что может сделать магний революционным материалом для многих отраслей, начиная с автомобильной и заканчивая мобильной электроникой, говорится в статье, опубликованной 21 мая в очередном выпуске журнала Science (Наука).

Если некоторые технические проблемы, связанные с металлом смогут быть преодолены, легкий вес магния и его уникальные свойства могут сделать этот материал идеальным для использования всего: от автомобилей до батарей.

"Эта задача мотивируется тем, что магний широко распространен в земной коре восьмой из наиболее часто встречающихся элементов, к тому же извлекается из морской воды," пишет автор Тереза Поллок Tеresa Pollock, инженер материаловед Университета Калифорнии Санта Барбара (Santa Barbara).

Изготовителям нравится магний как возможный легковесный материал, поскольку плотность его на 30 %, меньше плотности алюминия, в более чем в четыре раза меньше чем плотность стали, и примерно такая же, как и у многих видов пластмасс.

Удобство в эксплуатации двигателя из магниевых сплавов делает его более щадящей альтернативой для окружающей среды, схожей с легковесным пластмассам, произведенным из нефти.

Производители уже планируют повысить содержание магния в автомобилях, с 11-13 фунтов (норма магния в типичном автомобиле сегодня) до 99 - 353 фунтов (45-160 кг). При расчете экономической эффективности выявлено, что уменьшение веса почти до 50 фунтов (22.5 кг) повысит экономию топлива машины примерно на 1%.

Согласно отчету Совета по Защите Природных Ресурсов (NRDC) этот 1% сокращения потребления топлива машинами по всей стране мог бы сохранить 100,000 баррелей нефти за день.

Магний также является многообещающим материалом для использования в зарядных батареях, включая жидкие батареи, которые помогут сохранять солнечную энергию. Детали, изготовленные из магниевых сплавов, обладают хорошими электромагнитными характеристиками, хорошо экранируют радиочастоты, что делает их привлекательными для использования в сотовых телефонах, ноутбуках, фотоаппаратах, видеокамерах и т. д.

Таким образом, магний является самым вероятным кандидатом на замещение часто используемых металлических материалов, применяемых в инженерных разработках. "Ученые и инженеры должны сначала лучше понять его механическую, химическую и физическую природу", говорит Поллок (Pollock) в своей статье.

Одно из условий наиболее ограничивающее возможность применения магния исходит из его довольно негибкой шестиугольной структуры на атомном уровне - ограничение, которое усложняет для изготовителей процесс прокатывания, выдавливания или протягивания металла для придания ему нужной формы.

Возможным решением проблемы является создание сплавов металла на основе магния с добавлением других элементов, что позволит получить необходимый сплав с заданными свойствами. Некоторые редкоземельные элементы такие как, например, иттрий, лантан, церий, и неодимий могут усилить структуру и свойства магниевых сплавов, но тогда из-за вопросов поставки этих металлов может увеличиться себестоимость материала.

Недавно, двигаясь в этом направлении, исследователи создали новый дешевый сплав, на основе алюминия, кальция и магния, который может стать альтернативой для легковесных и высокотемпературных элементов в автомобильных агрегатах.

С большей долей вероятностью можно сказать, что перспективные сплавы будущего пока еще не открыты. Новые компьютерные модели позволяют ученым и инженерам предсказывать и даже диагностировать преимущества и недостатки вновь создаваемых сплавов, что может ускорить темп развития этих проектов и инноваций.

"Доступность моделирования средствами высокой точности дает больше составляющего пространства для исследований, повышая вероятность того, что новые, оптимальные решения будут найдены," отметила Поллок (Pollock). Вы всегда можете скачать новостной информер и быть  в курсе всех мировых новостей.

Оригинал (на англ. языке): LiveScience.com перевод: М. Гончар

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов