Ледяные композиционные материалы. История создания, свойства

волокнистых и
композиционных материалов им. А.И. Меоса
Студент: Ю.Е. Федорова
Преподаватель: проф.

А.А. Лысенко

Санкт-Петербург
2014 г.

весу) древесных опилок (или какого-либо другого вида древесной массы, например,

бумажной пульпы) и до 82% водяного льда. 

Кафедра наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А.И. Меоса

2

с следами от попадания пули. Аналогичный кусок льда разлетелся бы

в пыль.)

Пайкерит в 4 раза прочнее льда, обладает ковкостью и оказывает примерно такое же сопротивление взрыву, как бетон. Благодаря низкой теплопроводности тает медленнее чистого льда.

Таблица 1. Сравнительные характеристики материалов

Пайк
(Geoffrey Pyke)
Назван в честь британского инженера, журналиста

и разведчика Джеффри Пайка, предложившего в начале 1940-х годов, когда был недостаток металлического сырья, строить из этого материала авианосцы (проект «Хабаккук»). 

Таяние такого «корпуса» не стало бы проблемой в операции, которая могла занять

считанные дни или недели, к тому же – немного замедлить его можно было с помощью мощных холодильных установок.
Чуть позднее идея трансформировалась. Джеффри Пайк предложил собирать боевые корабли из замороженных ледяных блоков, встраивая в конструкцию трубы холодильных установок. По расчетам Пайка, на производство пайкерита расходовался всего 1% той же энергии, что на эквивалетное количество металла. 

Корабль с остовом из деревянных балок и наполнением из ледяных блоков (стабилизированных

тремя небольшими холодильными установками и сетью трубок) насчитывал 18,3 метра в длину, 9 с лишним метров в ширину и весил 1,1 тысячи тонн. Его создание силами 15 человек заняло два месяца.

Боевые же ледяные авианосцы должны были иметь длину 1,22 километра и ширину 183 метра. Их водоизмещение должно было составлять несколько миллионов тонн.

затратить:
300000 тонн древесных стружек,
25000 тонн огнеупорных веществ,
35000 тонн

древесины,
10000 тонн стали.
Расчетная цена - всего лишь около 700000 фунтов.

Кафедра наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А.И. Меоса

Меоса

съемок проекта «MythBusters» («Разрушители мифов»)

волокнистых и композиционных материалов имени А.И. Меоса

воздух барботирует воду с добавками поверхностно-активных веществ. Образующаяся пена замораживается

при отрицательных температурах.

Кафедра наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А.И. Меоса

По второму способу сначала укладывают твердый “скелет”, состоящий в основном из армирующей добавки, его заливают водой и, наконец, замораживают смесь.

если его создают из переохлаждённой воды (до –40°C). В этом случае между кристаллами

льда образуются тонкие аморфные прослойки. Ещё лучше скрепить такие образования можно воздействием ультразвука.
Но инженерам этого мало: они пытаются дополнительно увеличить прочность льда. Так, в Якутском университете успешно ведутся эксперименты по вмораживанию 5–10-миллиметровых шариков из полиэтилена в лёд для работы при больших нагрузках.

Кафедра наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А.И. Меоса

морского льда и добычи полезных ископаемых

Кафедра наноструктурных, волокнистых и композиционных

материалов имени А.И. Меоса

Ледовые дороги

Виды "ледяных" нанотрубок. 
Моделирование с использованием метода молекулярной динамики

позволило показать, что молекулы воды не только могут проникать в гидрофобные каналы открытых одностенных углеродных нанотрубок, помещенных в резервуар с водой, но и двигаться по ним. Внутри нанотрубки диаметром 0.8 нм и длиной 1.34 нм молекулы воды образуют одномерно упорядоченные цепочки из примерно 5 молекул, связанных сильной водородной связью.

Совсем недавно японские ученые показали, что "ледяные" нанотрубки внутри одностенных

углеродных нанотрубок существуют даже при комнатной температуре и давлении ниже атмосферного. 

Рис. 2. Ледяная нанотрубка внутри углеродной нанотрубки.

воды при высоком давлении внутри углеродных нанотрубок.

Малый диаметр и гидрофобная поверхность стен нанотрубок существенно ограничивает сеть водородных связей в кристалле льда, заставляя воду подстраиваться под новые условия.
В последнее время было зафиксировано несколько форм необычного «трубчатого» льда, образующегося при нормальном атмосферном давлении внутри нанотрубок.

Кафедра наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А.И. Меоса

Ледяные кристаллы внутри нанотрубок

Вид по продольной оси двухстенного кристалла нано-льда, формирующегося при давлении 500 МПа.

ледяных композитов позволяют использовать их в качестве строительных материалов
Ледяная инженерия

имеет большие перспективы для развития в будущем
Эту отрасль имеет смысл развивать в основном в тех районах, которые находятся за полярным кругом

Кафедра наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А.И. Меоса

http://stroysklad.com/post/62/pajjkerit-ljod-opilki
8. http://www.scientific.ru/journal/news/0305/n300305.html
9. http://www.chemport.ru/datenews.php?news=289
10. http://www.stroy-domik.com/item176.html
11. http://wsyachina.narod.ru/technology/aqua_2.html
Кафедра наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов

имени А.И. Меоса

Меоса