H ισχυρότερη κόλλα του κόσμου

 (Φωτογραφία : Michael Maggs / Wikimedia Commons)  

Η κόλλα στιγμής θα φαινόταν αδύναμη σαν σάλιο μπροστά στα θυσανόποδα, συγγενείς των καβουριών που περνούν το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους κολλημένα στα βράχια. Ο μηχανισμός δράσης της κόλλας τους παρέμενε μυστήριο μέχρι σήμερα.

 «Έχουν περάσει πάνω από 150 χρόνια από τότε που ο Δαρβίνος περιέγραψε τους αδένες τσιμέντου των θυσανοπόδων. Κι όμως, ελάχιστη πρόοδος έχει σημειωθεί από τότε» σχολιάζει ο Νιλ Άλντρεντ του Πανεπιστημίου του Νιούκασλ στη Βρετανία, επικεφαλής της διεθνούς μελέτης που δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση Nature Communications.

Όπως επισημαίνει, η κόλλα, ή τσιμέντο, των θυσανοπόδων ξεπερνά κατά πολύ οποιαδήποτε συνθετική κόλλα, και λειτουργεί σε μια μεγάλη ποικιλία επιφανειών.

H μελέτη θυσανοπόδων με μικροσκόπιο σκέδασης Raman έδειξε ότι οι προνύμφες των θυσανοπόδων εκκρίνουν πρώτα ένα έλαιο που απομακρύνει το νερό από την επιφάνεια των βράχων. Στην επόμενη φάση το καρκινοειδές παράγει μια κόλλα από φωσφοπρωτεΐνες.

«Γνωρίζαμε εδώ και καιρό ότι υπάρχουν δύο συστατικά στο τσιμέντο των θυσανοπόδων, μέχρι σήμερα όμως νομίζαμε ότι συμπεριφέρονταν όπως ορισμένες συνθετικές κόλλες, οι οποίες σχηματίζονται από την ανάμειξη διαφορετικών συστατικών. Αυτό όμως άφηνε αναπάντητο το ερώτημα του πώς η κόλλα έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια η οποία καλύπτεται ήδη από νερό. Αυτό αποτελεί ένα από τα βασικά εμπόδια στην ανάπτυξη κολλητικών ουσιών για υποβρύχιες εφαρμογές» αναφέρει ο Δρ Άλντρεντ.

Το εντυπωσιακό μάλιστα είναι ότι η βιολογική κόλλα λειτουργεί σε ένα μεγάλο εύρος χημικών συνθηκών όπως τα διαλυμένα ιόντα και το pH (οξύτητα) του νερού.

Τα θυσανόποδα έχουν δύο προνυμφικά στάδια, από τα οποία το πρώτο κολυμπά ελεύθερο και τρέφεται με πλαγκτόν, ενώ το δεύτερο ερευνά τις επιφάνειες των βράχων στα ρηχά και εντοπίζει κατάλληλο σημείο για προσκόλληση.

Τα λιπίδια που εκκρίνονται στην πρώτη φάση της διαδικασίας, αναφέρουν οι ερευνητές, δείχνει να απομακρύνει το νερό από την επιφάνεια, ενώ ταυτόχρονα οριοθετεί την περιοχή όπου θα απλωθεί στην επόμενη φάση το τσιμέντο, και επιπλέον ενδέχεται να εμποδίζει τη διάσπαση της κόλλας από βακτήρια πριν προλάβει να σκληρύνει.

Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, τα αποτελέσματα της μελέτης αφενός μπορεί να βοηθήσουν στην ανάπτυξη κολλητικών ουσιών για υποβρύχια χρήση, αφετέρου ίσως βοηθήσουν τη ναυτιλιακή βιομηχανία να απαλλαγεί από μια μεγάλη πληγή: τα θυσανόποδα και άλλα ασπόνδυλα που προσκολλώνται στο κύτος των πλοίων αυξάνουν την αντίσταση και κοστίζουν γύρω στα 7,5 δισ. δολάρια το χρόνο λόγω της αυξημένης κατανάλωσης καυσίμου.

Πηγή : in.gr

Ακτίνες λέιζερ μετατρέπουν τσιμέντο σε υγρό μέταλλο

Σαν μία εκδοχή σύγχρονων αλχημιστών, οι επιστήμονες του Εθνικού Εργαστηρίου Αργκόν στο Ιλινόις των Ηνωμένων Πολιτειών και του Ερευνητικού Ινστιτούτου Ακτινοβολίας Σύνκοτρον της Ιαπωνίας ανέπτυξαν μια μέθοδο για τη μετατροπή του τσιμέντου σε ένα υγρό μεταλλικό ημιαγωγό.

Η διαδικασία που ακολούθησαν ήταν αρκετά εντυπωσιακή και ανορθόδοξη, καθώς συνδυάζει έναν ειδικό εξοπλισμό σαν αεροδυναμικό ανυψωτή και μία ακτίνα λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα. Ο ανυψωτής χρησιμοποιεί πίεση αερίου για να κρατάει το υλικό από το να έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια του δοχείου που το περιέχει. Η ακτίνα λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα στη συνέχεια θερμαίνει το υλικό σε θερμοκρασία 2000 βαθμών Κελσίου.

Το εν λόγω υλικό ονομάζεται μαγενίτης, ένα κυβικά συμμετρικό δυαδικό οξείδιο αργιλίου και ασβεστίου που αποτελεί μέρος του τσιμέντου "alumina". Το υλικό τοποθετήθηκε στον αεροδυναμικό ανυψωτή και θερμάνθηκε μέχρι να λιώσει. Κατόπιν αφέθηκε να κρυώσει σε μία υαλώδη κατάσταση. Η μέθοδος αυτή οδήγησε σε ένα υλικό που παγιδεύει ηλεκτρόνια και επιτρέπει την αγωγιμότητα, μετατρέποντας με επιτυχία το τσιμέντο σε έναν ημιαγωγό που συμπεριφέρεται σαν μέταλλο.

Για να καταγράψουν τις λεπτομέρειες της διαδικασίας αυτής, οι επιστήμονες συνδύασαν πολλές πειραματικές τεχνικές και ανέλυσαν τα δεδομένα χρησιμοποιώντας έναν υπερυπολογιστή. Στη συνέχεια επιβεβαίωσαν τα ευρήματα χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές ακτίνων-Χ.

"Αυτό το νέο υλικό έχει πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των ιδιαίτερα λεπτών αντιστάσεων που χρησιμοποιούνται σε οθόνες υγρών κρυστάλλων, ουσιαστικά σαν την επίπεδη οθόνη υπολογιστή από την οποία πιθανώς διαβάζετε αυτή τη στιγμή", δήλωσε ο φυσικός Κρις Μπένμορ του Εργαστηρίου Αργκόν την περασμένη Δευτέρα.

Το υλικό μπορεί να βρει εφαρμογές μεταξύ άλλων σε υπολογιστές, τηλεοράσεις και smartphones, ενώ η ίδια τεχνική ανύψωσης και θέρμανσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετατροπή και άλλων υλικών σε ημιαγωγούς, σύμφωνα με την επιστημονική ομάδα.

Ένα άλλο πλεονέκτημα του υλικού είναι ότι είναι πολύ πιο ανθεκτικό στη διάβρωση από ότι τα παραδοσιακά μέταλλα και σαφώς λιγότερο εύθραυστο από το συνηθισμένο γυαλί.

Πηγή : Ναυτεμπορική

Υλικά (1) : Τσιμέντο

Από τότε που οι άνθρωποι άρχισαν να χτίζουν, ένιωσαν την ανάγκη να χρησιμοποιήσουν κάποιο υλικό που να ενώνει τις πέτρες για να φτιάχνονται τοίχοι και πατώματα.

Οι Ασσύριοι και οι Βαβυλώνιοι χρησιμοποιούσαν υγρό πηλό, ενώ οι αρχαίοι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν ορυκτό γύψο  (ένυδρο θειικό ασβέστιο), ανακατεμένο με άμμο για να φτιάξουν τη λάσπη που χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή των Πυραμίδων.

Οι αρχαίοι Έλληνες έφτιαχναν ασβέστη θερμαίνοντας ασβεστόλιθο και βρήκαν ότι η δράση του μίγματος ασβέστη και άμμου βελτιωνόταν όταν πρόσθεταν και κάποια ηφαιστειακή στάχτη, τεχνική που συνέχισαν οι Ρωμαίοι.

Η τέχνη της κατασκευής τσιμέντου χάθηκε μέσα στους αιώνες μετά την παρακμή της Ρώμης. Το Μεσαίωνα χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικά υλικά και μόλις το 1824, ο Joseph Aspdin, ένας Άγγλος χτίστης βρήκε ότι η προσθήκη ηφαιστειογενούς στάχτης θα μπορούσε να είχε αποφευχθεί, εάν ο ασβεστόλιθος περιείχε μεγάλη αναλογία αργίλου (πηλού). Αυτός και περισσότερο ο γιος του William παρασκεύασαν τσιμέντο παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιείται σήμερα. Το προϊόν αυτό ονομάστηκε τσιμέντο Portland, από το όνομα της Αγγλικής πόλης, όπου είχε εξορυχθεί ασβεστόλιθος με υψηλή περιεκτικότητα σε άργιλο.

Η χημική σύσταση μιας ποιότητας τσιμέντου Πόρτλαντ είναι η παρακάτω :

Ασβεστόλιθος 62%, Διοξείδιο του πυριτίου 22%, Άργιλος 7,5%, Μαγνησία 2,5%, Τριοξείδιο του σιδήρου 2,5%, Τριοξείδιο του θείου 1,5% και τα υπόλοιπα συστατικά 2%.

Πώς παρασκευάζεται το τσιμέντο

Το αλεσμένο μίγμα στην αρχή θερμαίνεται στους 800^οC, οπότε ο ασβεστόλιθος δίνει ασβέστη και στη συνέχεια θερμαίνεται σε περιστροφικά καμίνια, μήκους 50-150 μέτρων και διαμέτρου 3-6 μέτρων, όπου, σε θερμοκρασία περίπου 1500^οC, γίνονται διάφορες αντιδράσεις με αποτέλεσμα το σχηματισμό ασβεστο-αργιλο-πυριτικών ενώσεων. Το προϊόν, αφού ψυχθεί, ονομάζεται clinker. Όταν αυτό αλεστεί σε λεπτότατη σκόνη, δίνει το τσιμέντο.

Συνήθως στο τσιμέντο προσθέτουμε γύψο, που βελτιώνει την πήξη του και ορισμένα φυσικά ή τεχνητά υλικά, που προσδίδουν στο τσιμέντο ωφέλιμες ιδιότητες. Τέτοιες ύλες είναι οι ποζολάνες. Οι δοσολογίες των υλικών συνάλεσης είναι αυστηρά καθορισμένες και συνεχώς ελεγχόμενες.

Σκλήρυνση του τσιμέντου - Μπετόν

Οι πρώτες θεωρίες για τη σκλήρυνση του τσιμέντου διατυπώθηκαν από τους Le Chatelier και Michaelis, γνωστούς από άλλες εργασίες τους στη Χημεία, το 1893.

Οι σημαντικότερες μηχανικές ιδιότητες του τσιμέντου είναι η δύναμη ενάντια στη συμπίεση και η δύναμη ενάντια στην έκταση (το τέντωμα).

Σε γενικές γραμμές, ο μηχανισμός της σκλήρυνσης του τσιμέντου είναι ο εξής :

με την ενυδάτωσή του σχηματίζονται αδιάλυτες ένυδρες ενώσεις, ενώ τα οξείδια των μετάλλων που υπάρχουν σ' αυτό, μετατρέπονται στα αντίστοιχα αδιάλυτα υδροξείδια.

Μίγμα τσιμέντου, άμμου και χαλικιών αποτελεί το υδραυλικό σκυρόδεμα (μπετόν). Στο μπετόν το τσιμέντο παίζει το ρόλο του συνδετικού ανάμεσα στην άμμο και τα χαλίκια.

Εάν το μπετόν περιέχει και ενίσχυση με σιδερένιες ράβδους, που σχηματίζουν πλέγμα, προκύπτει το οπλισμένο σκυρόδεμα (μπετόν αρμέ) που βρίσκει εκτεταμένες εφαρμογές στην οικοδομική και τα δημόσια έργα.

Δείτε περισσότερα εδώ (Δημοκρίτειο πανεπιστήμιο Θράκης-Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών)