Magie fyziky: Plátek grafitu levituje, aniž by potřeboval energii  
Magnetická levitace vypadá jako zázrak, ale je zcela reálná. Problém je, že obvykle vyžaduje vnější zdroj energie nebo se s ní pojí technické potíže. Tým japonského institutu OIST upravil grafit, který je diamagnetický, ale jeho levitace je jenom velmi dočasná, kvůli rušivým elektrickým proudům. Nový materiál obsahuje částice grafenu obalené křemenem a levituje jako o život.
Levitující grafit. Kredit: OIST.
Levitující grafit. Kredit: OIST.

Zná to každý, kdo k sobě přiblížil magnety stejným pólem. Působí na sebe odpudivou silou. Když jsou magnety silné, je silná i odpudivá síla. Pokud se do silného magnetického pole dostane diamagnetický materiál, tedy takový, co je magnetický jen v přítomnosti vnějšího magnetického pole, třeba uhlík nebo měď, tak dotyčný materiál levituje.

 

Jason Twamley. Kredit: OIST.
Jason Twamley. Kredit: OIST.

V dnešní době to už není nic moc výjimečného. Objevují se rozmanité komerční produkty, které levitují, od aplikací pro domácnost až po maglevy, co se řítí po magnetickém polštáři vytvořeného s pomocí výkonných supravodivých magnetů. Všechny tyto technologie mají ale společné to, že potřebují vnější zdroj energie. Pokud jde o supravodivé magnety, ty ještě potřebují kryogenní teploty, což je úžasný žrout energie.

 

Částice grafitu potažené křemíkem (zeleně). Kredit: OIST.
Částice grafitu potažené křemenem (zeleně). Kredit: OIST.

Odborníci japonského institutu Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) přišli s pozoruhodnou technologií, která ve své základní podobě žádnou vnější energii nepotřebuje. Vyvinuli materiál, který je levný a dokáže levitovat nad magnetickými povrchy, aniž by potřeboval vnější energii.

 

Jason Twamley a jeho kolegové použili jako základ pro nový materiál starý dobrý grafit, který je sám o sobě vysoce diamagnetický, takže v magnetickém poli levituje. Má to ale háček. Grafit vydrží levitovat jen krátce. Elektrické proudy procházející skrz grafitem připraví systém o energii a grafit spadne.

 

Aby tento problém vyřešili, Twamley a spol. chemicky pokryli částice grafitu v materiálu vrstvou křemene, tedy oxidu křemičitého, což je elektrický izolant. Takto upravené částice grafitu smíchali s voskem a vyrobili plátky o velikost zhruba 1 centimetr čtvereční. V této úpravě zůstává grafit diamagnetický a zároveň nepodléhá zmíněnému problému s elektrickými proudy. Experimenty potvrdily, že výsledný materiál vydrží levitovat po dlouhou dobu. Podle vědců se může stát základem nových typů senzorů, například pro měření síly, zrychlení nebo gravitace.

 

Vimeo: The graphite composite plate floats above magnets - SPUSTIT ZDE

 

Video: Jason Twamley in Quantum Gravity in Lab Forum

 

Literatura

New Atlas 10. 4. 2024.

Applied Physics Letters 124: 124002.

Datum: 10.04.2024
Tisk článku

Související články:

Převratná studie o materiálu supravodivém za běžných podmínek sklízí kritiku     Autor: Dagmar Gregorová (02.08.2023)
Materiálová magie: Špetka grafenu razantně zvýší vodivost mědi     Autor: Stanislav Mihulka (25.12.2023)
První funkční polovodič z grafenu nabízí nový typ elektroniky     Autor: Stanislav Mihulka (08.01.2024)



Diskuze:

To mi někdo vysvětlete

Jirka Novotný,2024-04-14 00:35:56

To jsem z toho Karel Gott. O čem ten článek je? Nechce se mi sledovat tu 80timinutovou přednášku a hledat tam odpověď.
Diamagnetickou hračku s bizmutem jsem si sestrojil už před lety a pořád levituje. Žádný vnější zdroj energie nepotřebuje...

Odpovědět


Re: To mi někdo vysvětlete

Josef Hrncirik,2024-04-14 10:29:23

Je to o Žaponcích (obr.2) basírujících na Okinawa.

Odpovědět


Re: To mi někdo vysvětlete

F M,2024-04-14 20:07:44

Je to o o stabilitě toho magnetu, tedy čistotě signálu. Není zde srovnání s bizmutem, ale ve srovnání s čistým grafitem je to o 3 řády u kompozitu pryskyřice a grafitu a téměř o další řád s tím potažením.
Nejde o nějaké nadnášení podstatných břemen, maximálně nějakého toho zrcadélka/senzoru, případně měření pohybu té desky samotné.
V originálu (textu) je toho mnohem víc, to video vypadá zajímavě, ale anglicky se mi do něj také nechce.

Odpovědět


Re: To mi někdo vysvětlete

F M,2024-04-14 22:45:22

Pokusím se shrnout ten původní článek, nesnažím se tvrdit, že všemu o čem budu psát rozumím.
https://pubs.aip.org/aip/apl/article/124/12/124002/3275770/Feedback-cooling-of-an-insulating-high-Q
Oproti aktivním metodám pasivní levitace může levitovat daleko větší platformy a pasivní
magnety neprodukují šum ze zdroje. S velikostí roste citlivost akcelerometrů/gravimetrů.
Nejčastěji se ve výzkumu používá "vysoce orientovaný pyrolytický grafit (HOPG)", u toho je diamagnetickoá susceptibilita (to jak je nadnášen) orientována převážně jedním směrem (z). Zároveň je dobrý vodič (to by mohlo platit i pro ten bizmut) což pokud se pohne proti siločárám indukuje proudy (vířivé ?) což snižuje faktor kvality (předpokládám citlivost/čistotu signálu) na několik set pro milimetrové desky a dále klesá s velikostí. V současnosti se úspěšně využívají tenké grafitové filmy.
Po narušení grafitu "inženýrskými štěrbinami" roste faktor na tisíce. Při zamíchání částic grafitu do nevodivé pryskyřice dochází izolování jednotlivých zrníček a vířivé proudy se týkají jen samotných zrníček, případně těch se kterými se stýkají (nežádoucí, ale možné). Zde se dosahuje ve vysokém vakuu a pokojové teplotě pro milimetrové kousky faktoru půl milionu.
Jsou zde i problémy "protože magnetická susceptibilita grafitu je vysoce orientovaná, náhodné umístění částic v kompozitu snižuje efektivní magnetickou susceptibilitu. Dále klesá pro velikosti částic menší než 30 mikrometrů, ačkoli takové velikosti jsou nutné k výraznému potlačení vířivých proudů". A od 40% objemového obsahu to přestává držet pohromadě, u vyšších poměrů roste i šance na nežádoucí spojení více částic, tady se zapojuje to SiO2. Suma sumárum tento odstavec, klesá nosnost nejen menším množstvím nadnášedla.

Teď to co udělali oni. Částice grafitu o velikosti cca 11 mikro chemicky potáhnou tenkou vrstvou SiO2. Zamíchají do vosku cca 41% objemového podílu těchto částic, víc to nejde je třeba moc síly a SiO2 se oddrtí a potom se z tohoto materiálu vyrobí destičky 8x8x0,5mm.
Potom je tam moc fyziky, ale pár použitelných grafů a obrázků, následovaných popisem pokusu, kdy se ve vysokém vakuu sleduje chování této destičky se zrcátkem. Dosahuje se faktoru kvality 160k, což je o "1 řád lepší než podobné kompozity" a to dokládá, že ten povlak SiO2 funguje.
Potom se řeší že, "Optomechanické aplikace grafitových kompozitů budou vždy vyžadovat zpětnovazební chlazení. S pomocí elektromagnetické cívky nad levitujícím rezonátorem aplikujeme zpětnovazební síly k ochlazení vertikálního pohybu." U toho systému 18,95 Hz. A probírá se nastavení toho rezonátoru, ale to je opět příliš odborné.
Dosažená teplota 320mK? Asi nějaký přepočet pozůstalé energie po tom chlazení.
Nakonec se chlubí dosaženou citlivostí vůči zrychlení 1,7E-12 g/(odmocnina z Hz) oproti běžně používaným atomovým gravimetrům s 2,2E-9.
Snad tam není moc hrubyl.

Odpovědět

Rádium Džere 1 stále vyzařuje, aniž by potřeboval energii na leví tací.

Josef Hrncirik,2024-04-12 07:13:07

Kupte si levné magnety a levný bizmut na Magsy Pha a levně prozříte fake.
"Grafit vydrží levitovat jen krátce. Elektrické proudy procházející skrz grafitem připraví systém o energii a grafit spadne na hubu" (neboalespoňsepřestanepohybovatvsilnémnehomogennímmagnetickémpoliivevysokémvaku úůu f mi)

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Zásady ochrany osobních údajů webu osel.cz