Черная пантера: какой материал в вибрании ближе всего в реальном мире?

Вибраниум - это очень полезный материал. Вымышленная руда из комиксов Marvel, пришедшая из африканской нации Ваканда с помощью метеорита, вибраний, который используется в Щите Капитана Америки, кинжалах и, конечно, в Пантер Хабит, который является облицовкой костюма Черной Пантеры.

Его нет в нашем мире, но мы хотели узнать, какие материалы делать Существовать в нашем мире может иметь все или некоторые свойства Vibranium. Поэтому, конечно, мы обратились к профессору Джеймсу Какалиосу, автору Физика супергероев, чтобы выручить нас.

«Он обладает свойством поглощать все вибрации», - говорит Какалиос. «Поэтому, если вы ударите по нему, он поглощает энергию и, по-видимому, что-то делает с этим».

Какалиос указывает на одну очень важную вещь, которую мы должны помнить для целей этой дискуссии, и это закон сохранения энергии: энергия не может быть создана или уничтожена.

Имея это в виду, мы собираемся исследовать Vibranium в основном в контексте экрана Cap, который на самом деле является сплавом стали и Vibranium. Сталь делает щит жестким и жестким - отлично подходит для того, чтобы выдерживать сильные удары и наносить урон при броске, - но Vibranium удерживает силу от указанных сильных ударов от передачи в колпачок. Материалы работают в тандеме, что позволяет Капитану Америки защитить себя щитом и использовать его в качестве оружия.

Ключевым элементом Vibranium является способ поглощения вибрации. Зная, что мы делаем с законом сохранения энергии, эта вибрационная энергия должна куда-то уходить. Так что будет с этим?

Какалиос указывает на конкретную сцену в Мстители в котором молот Тора, Мьельнир, попадает в щит Кэпа и вызывает яркую вспышку света. Почему это важно?

Потому что это говорит о возможности преобразования энергии из вибрации в свет.

«Если бы каким-то образом мы смогли превратить все сотрясения атомов, вибрации атомов, эти волны давления, которые вызваны взрывом энергии, поглощаемым экраном, и преобразовать его в свет, в фотоны энергии» говорит Какалиос, «это все равно будет соответствовать правилам сохранения энергии, и это будет эффективным способом поглощения вибраций, создания настоящего типа вибраниума».

Это приводит нас к нашему большому вопросу в этом разговоре: возможно ли это?

Полностью. Это явление называется «сонолюминесценция», и оно очень реально. Клип ниже демонстрирует сонолюминесценцию, пропуская звуковые волны через пузырь в контейнере с жидкостью, заставляя пузырь расширяться и впоследствии разрушаться. Когда он разрушается, молекулы пара в пузыре устремляются вместе и выделяют тепло и, как вы уже догадались, свет. Яркий синий свет.

Мы не можем точно использовать это на щите, но теория звучит (в буквальном смысле слова) и это чертовски удивительно. Где это оставляет нас для материалов?

Чтобы проиллюстрировать поведение чего-то вроде вибраниума, Какалиос говорит о том, чтобы выпустить шар для боулинга из окна. Если вы бросите шар для боулинга на асфальт, вы получите трещину. Если вы уроните его на песок, вы получите кратер. Зачем?

«Поскольку песок, состоящий из этих зерен, которые могут свободно двигаться, энергия падающего шара для боулинга быстро распространяется по многим, многим песчинкам», - говорит Какалиос. «Тот факт, что песок обладает многими степенями свободы и может легко распространять энергию, делает его очень хорошим амортизатором».

Значит ли это, что у нас должны быть щиты из… песка?

Не совсем. Но это дает нам представление о свойствах, которые мы должны видеть в структурах атомов или частиц материала, чтобы сделать его жизнеспособным заменителем.

Кевлар - очевидная отправная точка. Изготовленный из длинноцепочечных органических молекул, кевлар, пожалуй, наиболее известен его использованием в бронежилетах.

«Что происходит, так это то, что эти длинноцепочечные молекулы из-за уникальных аспектов их химического состава они фиксируются на месте, образуя очень жесткие структуры», - говорит Какалиос.

Какалиос объясняет с точки зрения металлов, таких как свинец и сталь.

«Сталь, свинец и тому подобное имеют определенное сопротивление пули, потому что задействованные атомы очень большие и тяжелые, и поэтому для их перемещения требуется много энергии», - говорит Какалиос. «Кевлар использует более легкий атом, но из-за некоторой уникальной химии и способа, которым они все соединяются в очень жесткую структуру, очень трудно разорвать эти связи и заставить атомы сойти с дороги».

Еще сильнее, чем кевлар, является графен, который состоит из связанных атомов углерода. Сверхтонкий и способный быть более пуленепробиваемым, чем сталь в слоистых слоях, графен является мощным материалом. Это реально, и это тоже часть комиксов.

В прошлом году Какалиос написал статью для Проводные называется Волшебный пуленепробиваемый материал, из которого сделан железный человек отказывается от железа, Этот материал? Графен, конечно.

Хотя мы пока еще не производим большие листы графена для виброподобных целей, это, пожалуй, самая близкая вещь, которую мы имеем к настоящему вибрану.

«Потому что все связи сверхпрочные в плоскости графена… поэтому их очень трудно разорвать», - говорит Какалиос.

Другой выдающийся элемент? Скорость звука в графене очень высокая по сравнению с другими материалами.

«Это означает, что когда вы приходите с некоторой кинетической энергией от какого-то ударного снаряда, - говорит Какалиос, - эта энергия заставляет атомы углерода вибрировать, но, поскольку скорость звука очень высокая, энергия вибрации очень быстро распространяется по всей Плоскость графена и энергия затем разбавляются, и поэтому у него нет возможности сидеть на месте и разрывать химические связи, удерживающие атомы углерода вместе, и если он не может разорвать связи, то пуля не проходит через материал «.

Что это значит для нашего IRL Captain America Shield? Трудно сказать, но графен представляет некоторые интересные возможности. Какалиос размышляет о том, что компоненты станка и сверла имеют алмазное покрытие, поэтому графеновое покрытие может привести к образованию значительных складок.

«Я не хотел бы предсказывать, что все, что вам нужно, это покрыть стальной щит графеном, и вы получите щит Кэпа, - говорит Какалиос, - но это будет один путь, который стоит искать».

Но давайте не будем останавливаться на достигнутом - графен, пожалуй, лучший материал, который у нас есть для реального эквивалента Vibranium … на данный момент. Но есть люди, работающие над нанокомпозитными структурами и разрабатывающие материалы, в которых используются наночастицы, которые действуют как песок, из примера с изображением шара для боулинга, выпадающего из окна.

«Люди создают структуры, в которых есть другие маленькие наночастицы, и когда энергия поступает от какого-то взрыва или какого-то столкновения, энергия распространяется по наночастицам», - говорит Какалиос. «Они могут распределять энергию по многим атомам, так что ни один атом не должен нести всю эту нагрузку, и поэтому вы не разрушаете никаких химических связей и не создаете трещин».

Возможные применения подобных материалов? Лучшая броня, например. Похоже, это прямо из комиксов, не так ли?

«Он поглощает энергию шара и быстро распространяет ее. Она не преобразует энергию в фотоны света, но распространяет ее на множество степеней свободы, чтобы ни один атом не пострадал от катастрофического разрыва ».

Хотя мы еще не совсем на этапе выпуска Вибрационных экранов, выпускаемых в рамках SSR, такие материалы, как разработка нанокомпозитной технологии, кевлар и графен, дают нам некоторые свойства, которые мы видим в Vibranium, без помощи внеземных метеоритов. Конечно, Vibranium вымышленный, но некоторые его свойства Можно быть найденным в реальном мире, и это довольно невероятно.

Первоначально эта статья была опубликована 20 мая 2016 года и пополнилась новой информацией.