Pantherul negru: Care este cel mai apropiat material din lumea reală de vibraniu?

Vibranul este un lucru foarte util. Un minereu fictiv de la benzi desenate Marvel care provine din națiunea africană Wakanda prin meteorit, Vibranium este folosit în scutul Captain America, pumnale și, bineînțeles, Panther Habit, care este căptușeala costumului lui Black Panther.

Nu există în lumea noastră, dar am vrut să știm ce materiale do există în lumea noastră ar putea avea toate sau unele dintre proprietățile de Vibranium. Deci, bineînțeles, am ajuns la profesorul James Kakalios, autorul Fizica super-eroilor, pentru a ne ajuta.

"Are proprietatea de a absorbi toate vibrațiile", spune Kakalios. "Deci, dacă l-ați lovit, el absoarbe energia și, probabil, face ceva cu ea".

Kakalios subliniază un lucru foarte important pe care trebuie să-l amintim pentru scopurile acestei discuții și aceasta este legea conservării energiei: energia nu poate fi creată sau distrusă.

Având în vedere acest lucru, vom examina Vibranium în mare măsură în contextul scutului Cap, care este de fapt un aliaj de oțel-Vibraniu. Oțelul face rigiditatea și rigiditatea - excelentă pentru a se ridica la lovituri puternice și pentru a provoca daune atunci când este aruncat - dar Vibraniul păstrează forța loviturilor puternice de la transferul în cap. Materialele lucrează în tandem, permițând Captain America să se protejeze cu scutul și să o folosească ca o armă.

Un element cheie al Vibraniului este modul în care acesta absoarbe vibrațiile. Știind ce facem despre legea conservării energiei, energia vibrațională trebuie să meargă undeva. Așa se întâmplă?

Kakalios indică o scenă specifică în Răzbunătorii în care ciocanul lui Thor, Mjolnir, lovește scutul Capului și are ca rezultat o lumină strălucitoare. De ce este aceasta semnificativa?

Deoarece vorbește despre posibilitatea transformării energiei de la vibrații la lumină.

"Dacă într-un fel am putea să transformăm toată agitarea atomilor, vibrația atomilor, aceste valuri de presiune care se declanșează din cauza exploziei energiei pe care scutul o absorbează și o convertesc în lumină, în fotoni ai energiei" spune Kakalios, "care încă ar satisface regulile de conservare a energiei și ar fi o modalitate eficientă de a absorbi vibrațiile, de a face un tip real de vibraniu".

Asta ne duce la întrebarea noastră mare în această conversație: Este posibil acest lucru?

Intru totul. Fenomenul este numit "sonoluminescență" și este foarte real. Clipul de mai jos demonstrează sono-luminescența prin trecerea undelor sonore printr-un balon într-un recipient de lichid, cauzând extinderea și, ulterior, colapsul bulei. Când se prăbușește, moleculele de vapori din bule se prăbușesc împreună și dau căldură și - tu ai ghicit-o - lumină. O lumină strălucitoare, albastră.

Nu putem pune exact acest lucru pe un scut, dar teoria este solidă (literalmente) și este destul de uimitor. Unde ne lasă asta pentru materiale?

Pentru a ilustra comportamentul a ceva de genul Vibranium, Kakalios vorbește despre căderea unei mingi de bowling dintr-o fereastră. Dacă renunți la mingia de bowling pe trotuar, ai o crăpătură. Dacă o aruncați pe nisip, veți obține un crater. De ce?

"Deoarece nisipul, alcătuit din aceste granule care sunt libere să se miște, energia mingii de bowling care se încadrează este răspândită rapid peste multe granule de nisip", spune Kakalios. "Faptul că nisipul are aceste grade diferite de libertate și poate răspândi cu ușurință energia îl face un amortizor foarte bun".

Deci asta înseamnă că ar trebui să avem scuturi din … nisip?

Nu chiar. Dar ne dă ideea de proprietăți pe care ar trebui să le vedem în structurile atomice sau particulare ale unui material pentru a-l face un substitut viabil.

Kevlar este un punct de plecare evident. Fabricat din molecule organice cu catenă lungă, Kevlar este cel mai notabil pentru utilizarea sa în veste anti-glonț.

"Ceea ce se întâmplă este că aceste molecule cu lanț lung, datorită aspectelor unice ale chimiei lor, se blochează în loc să formeze structuri foarte rigide", spune Kakalios.

Kakalios explică în termeni de metale precum plumbul și oțelul.

"Oțelul, plumbul, astfel de lucruri au o anumită rezistență la bullet deoarece atomii implicați sunt foarte mari și grei și, prin urmare, necesită multă energie pentru a le mișca", spune Kakalios. "Kevlar folosește un atom de greutate mai mică, dar din cauza unei chimii unice și a modului în care toți se blochează într-o structură foarte rigidă, este foarte greu să spargem aceste legături și să scoatem atomii să se îndepărteze".

Chiar mai puternic decât Kevlar este grafenul, care este alcătuit din atomi de carbon legați. Super subțire și capabil de a fi mai bullet-dovada decât oțel atunci când strat, grafen este lucruri puternice. E adevărat și este și o parte din cărțile de benzi desenate.

Anul trecut, Kakalios a scris un articol pentru WIRED denumit Magic Bulletproof Material care a făcut Iron Man să renunțe la fier. Materialul ăsta? Grafen, desigur.

Deși nu reușim chiar să facem foi mari de grafen pentru scopuri asemănătoare cu Vibranium, este poate cel mai apropiat lucru pe care trebuie să-l facem cu adevăratul Vibraniu.

"Pentru că toate legăturile sunt super-puternice în planul grafenului … deci este foarte greu să le spargi", spune Kakalios.

Celălalt element standout? Viteza sunetului în grafen este super rapidă în comparație cu alte materiale.

"Asta înseamnă că atunci când veniți cu o anumită energie cinetică dintr-un proiectil cu impact," spune Kakalios, "energia vibrează cu atomii de carbon, dar deoarece viteza sunetului este atât de rapidă, energia vibrațiilor se răspândește foarte repede peste planul grafenului și energia se diluează, deci nu are șansa de a sta liniștit și de a rupe legăturile chimice care dețin atomii de carbon împreună și dacă nu poate rupe legăturile, atunci glonțul nu trece prin material."

Ce înseamnă asta pentru IRL Captain America Shield? E greu de spus, dar grafenul prezintă câteva posibilități interesante. In acelasi mod in care componentele masinii si burghiele sunt acoperite cu diamant, Kakalios se gandeste ca o acoperire cu grafen se poate dovedi o ridura potential semnificativa.

"Nu aș vrea să prezic că tot ce trebuia să faci era să acoperi un scut din oțel cu grafen și ai scutul Capului", spune Kakalios, "dar ar fi o cale de urmărit."

Să nu ne oprim acolo, totuși - Graphene este probabil cel mai bun material pe care îl avem pentru un echivalent real al Vibraniului … deocamdată. Dar există oameni care lucrează la structuri nanocompozite și dezvoltă materiale care folosesc nanoparticule care acționează ca nisipul din exemplul de bowling-drop-out-of-the-window.

"Ce fac oamenii este crearea de structuri care au alte nanoparticule mici în interiorul lor și când energia vine de la un fel de explozie sau un fel de coliziune, energia se răspândește peste nanoparticule", spune Kakalios. "Ei pot raspandi energia peste multi atomi, astfel incat nimeni nu trebuie sa suporte acea povara si astfel sa nu rupi legaturile chimice sau sa creezi fisuri".

Posibilele aplicații ale unor astfel de materiale? O armură mai bună, de exemplu. Se pare că e direct din cărțile de benzi desenate, nu-i așa?

"Acesta absoarbe energia mingii și se răspândește rapid. Nu convertește energia în fotoni ai luminii, ci se extinde în mai multe grade de libertate, astfel încât nici un atom nu suferă o pauză catastrofală ".

În timp ce nu suntem destul de în stadiul de eliberare a SSR-urilor scuturi Vibranium, materiale precum dezvoltarea tehnologiei nanocompozite, kevlarului și grafenului ne dau câteva dintre proprietățile pe care le vedem în Vibranium fără ajutorul meteoritilor extraterestri. Sigur, ficționalul lui Vibranium, dar unele proprietăți poate sa să fie găsit în lumea reală, și asta e destul de incredibil.

Acest articol a fost publicat inițial în 20 mai 2016 și a fost actualizat cu informații noi.