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即使一个小小的高速粒子也能将空间站融出一个洞

作者:李彤馨/编译 来源:蝌蚪五线谱 发布于2018/12/06

  我们知道,即使是一粒尘埃或是微小的液滴,当它们以足够高的速度聚集撞击,再坚强的金属表面也会造成损坏。
  但到目前为止,还存在一个问题困扰着我们,即如何或为什么会造成这种损坏的发生。因为这个物体的速度一定得是非常快,同时其规格也必须非常小。
  现在,来自MIT的研究人员们已经研发了一款速度足够快、放大倍数足够大的相机,能够捕捉到物体撞击的细节。同时,他们已经通过研究发现,物体撞击的速度是如此之快,以至于被撞击到的那部分表面熔化了。
  科学家们表示,之前对于侵蚀的研究“并没有预料到”会产生这个结果。
  高速的微观粒子实际上也是非常有用的,而它们所造成的这种侵蚀也并非全然无益。它们的其他用处包括喷砂,或是应用于涂料方面。
  但它们也可能是很危险的。例如,撞击国际空间站的那些微小的陨石,或是被强风携带撞击风力涡轮机的粒子。
  来自麻省理工的工程师Mostafa Hassani-Gangaraj解释道:“我们想要了解这些侵蚀发生的机制,以及确切的条件。”
  因此,他和他的团队想利用麻省理工开发的一个微粒子碰撞试验台,进行一系列相关的实验来找出答案。因为其最高帧率可以达到1亿帧/秒,所以这台试验台能够以实验所需的超高速进行实验记录。
  接下来,他们设置了一个锡纸表面,并使用激光来加热另外一张锡纸。这使得该锡纸表面蒸发,并在这个过程中加速喷射出锡的微观粒子。这致使直径为10微米(约0.01毫米)的锡粒子以每秒1公里(每小时2237英里)的速度,来撞击另一个锡表面。
  他们还使用激光来照射撞击的过程,以便能清楚地看到正在发生的事情。这是第一次他们不用依赖撞击后的表面检查,就能看到造成损伤的机制。

一个10μm的粒子在1kps的速度下所拍摄的扫描电子显微照片。(图片来源:Hassani-Gangaraj et )

  这项研究所提供的信息实际上是非常有价值的。它能够改善那些使用高速微观粒子的工业过程。研究人员表示,在这些工业工程中,大家公认的至理名言是,速度越快,效果越好。
  但实验的结果表明,情况并非总是如此——如果你把速度调的太快,你可能会在无意中就将东西给融化
  这同样可以帮助我们了解微粒子是如何损坏涡轮机、航天器以及石油管道的。还有火星上那些可怜的机器人们,它们需要承受疯狂的沙尘暴。有了这些新知识,工程师们就能够结合该研究成果开发出更多抗侵蚀的材料,将其用于太空行业和陆地
  但显然的是还有更多的研究需要进行。该团队只是使用了锡,并采取的是直接撞击的角度。而对于不同的材料来说,可能会有些许不同的效果——如不同的硬度或韧性、不同的熔点(锡的熔点很低)以及不同的撞击
  但这是第一步,在证实试验台和实验装置可以用来捕捉高速粒子和进行分析的那一刻,就非常地令人印象
  麻省理工学院工程师David Veysset表示:“我们可以把这项技术推广到任何一个会因材料侵蚀而受到影响的领域。”

 

 

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