В школе (и не только) часто рассказывают про правило "раствор должен быть прозрачным" - это удобное упрощение, которое помогает отличить настоящий раствор от коллоидной системы или суспензии. Потому соль в воде - прозрачная, а стакан молока кажется непрозрачным. Теперь интересный момент. Физически раствор - это однородная смесь, в которой частицы одного или нескольких веществ распределены в другом веществе на атомном, ионном или молекулярном уровне. Но при этом раствор вовсе не обязан быть жидкостью. Воздух можно рассматривать как газовый раствор, а некоторые металлические сплавы - как твёрдые растворы. Например, сталь - это часто именно твёрдый раствор. В определённых фазах стали атомы углерода занимают междоузельные позиции в кристаллической решётке железа. Другие легирующие элементы могут образовывать твёрдые растворы замещения, когда их атомы занимают места атомов железа в решётке. Теперь возникает закономерный вопрос. Школьное правило сломается? Если это раствор, почему через кусок стали нельзя посмотреть? Потому что раствор и прозрачность - совершенно разные свойства. Прозрачность определяется тем, как электромагнитное излучение взаимодействует с веществом. В обычном разбавленном растворе растворённые частицы действительно могут взаимодействовать со светом. Например, окрашенный раствор поглощает определённые длины волн. Но если поглощение видимого света невелико, а крупных неоднородностей, способных сильно рассеивать свет, нет, раствор остаётся прозрачным. Совсем иначе ведёт себя молоко. В нём присутствуют частицы и структуры, размеры которых позволяют эффективно рассеивать свет. Поэтому свет многократно меняет направление, и молоко становится мутным. Такое рассеяние связано, в частности, с эффектом Тиндаля. Но твёрдому раствору вовсе не обязательно быть прозрачным. Возьмём металл. В металлическом кристалле внешние электроны не принадлежат строго отдельным атомам. Они образуют делокализованную электронную систему, благодаря которой металл хорошо проводит электрический ток. Когда на металл падает свет, его электромагнитное поле воздействует на эти электроны. Электроны металла начинают коллективно реагировать на это поле. Их движение создаёт собственное электромагнитное поле, которое приводит к сильному отражению света от поверхности. Для видимого света у обычных металлов электромагнитное поле также очень быстро ослабевает внутри материала. Поэтому свет не проходит через обычный кусок металла на заметную глубину. Именно поэтому металл может быть одновременно однородным твёрдым раствором и непрозрачным материалом. Поэтому утверждение "раствор обязательно должен быть прозрачным" работает как простое учебное правило для некоторых типичных примеров, но как общее физическое утверждение оно неверно.

Как вырастить один кристалл размером с ладонь и повесить на него десять тонн В горячей части авиадвигателя стоит железка размером с ладонь. Никелевый сплав, из которого её делают, плавится где-то около 1300 градусов. А газ, который бьёт в неё из камеры сгорания, у гражданских моторов переваливает за 1650. Металл разогрет почти до собственной точки плавления и при этом держит форму тысячи часов подряд. Мало того, на этой детали в несколько сотен граммов висит нагрузка, равная весу лондонского двухэтажного автобуса, а сама она вращается быстрее 12 000 оборотов в минуту. И сделана она хитрее обычного сплава с зёрнами, из одного-единственного кристалла, выращенного нарочно в самом мягком направлении.

🔬ИИ перебрал 150 миллионов составов и нашёл два! Команда Сеульского национального университета взялась за задачу, на которую обычно уходят годы перебора: найти диэлектрик, который не плывёт при нагреве. Диэлектрики это изоляторы, которые ток не пропускают, но накапливают заряд. На них держатся многослойные керамические конденсаторы (MLCC), а их в смартфоне и электромобиле сотни. Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем больше энергии хранит деталь того же размера. Беда в том, что при нагреве характеристики уезжают, а техника всё чаще работает в жаре: силовая электроника, электромобили, авиация и космос. Как всё это искали. Полезные измерения разбросаны по текстам, таблицам и графикам сотен статей, да ещё и получены в разных условиях. Большие языковые модели вытащили составы и режимы обработки из текста и таблиц, графики перевели в числа. Получилось 1202 записи из 448 работ, к которым добавили 22 физических дескриптора, чтобы данные стали сопоставимы. Дальше 30 независимо обученных моделей одновременно предсказывали три показателя и сверялись друг с другом — составы, где модели сходились, получали приоритет. Виртуальное пространство примерно в 150 миллионов составов ужалось до 37 кандидатов. Два синтезировали и проверили руками в лаборатории. Образцы с добавкой олова 1 и 2 мол% показали диэлектрическую проницаемость 3422 и 3307 при комнатной температуре. Оба уложились в международные стандарты X5R, X6R и X7R. Самое интересное тут даже не два материала, а метод — способ превратить знания, размазанные по сотням статей, в рабочий датасет. Авторы считают, что подход ляжет и на другие функциональные оксиды с тонкими плёнками. @droidergram

Создана технология получения нанокристаллов из нитридов металлов, что считалось невозможным Нанокристаллы стали важной частью современного материаловедения, однако, несмотря на огромный потенциал этих микроскопических кристаллов, получать их удается лишь из относительно ограниченного круга материалов. Американские химики разработали метод синтеза нанокристаллов из нитридов металлов — прежде эта задача считалась невыполнимой. Теперь нанокристаллы можно будет смешивать с полимерами, наносить струйной печатью, встраивать в ткани и создавать гибкие устройства нового поколения для самых разных сфер применения. https://hightech.plus/2026/08/31/novaya-tehnologiya-proizvodstva-nanokristallov-dlya-svetodiodov-implantatov-i-sverhprovodnikov

ИИ дорисовывает невидимые атомы Чтобы просчитать на компьютере свойства материала нужно точно знать, где в кристалле стоит каждый атом. Координаты берут из баз данных, собранных по результатам рентгеновской дифракции. И вот тут вылезает досадная беда: водород этот метод улавливает плохо. В итоге в описании структуры водород либо стоит не там, либо отсутствует вовсе. Кристалл выглядит почти целым — и при этом непригоден для расчётов. Группа учёных из университетов Пармы и Модены решили исправить это с помощью компьютерного зрения. Там есть задача под названием inpainting: восстановить вырезанный кусок изображения. Нейросеть смотрит на то, что вокруг, и достраивает недостающее так, чтобы оно сошлось с окружением. Старые методы засыпали шумом всю картинку целиком и собирали её заново. Современные бьют сильным шумом только по неизвестной области. Ровно этот приём перенесли на кристаллы. Модель XtalPaint шумит только там, где координат нет. Известные позиции атомов остаются на месте и служат опорой всё время реконструкции. Отсюда, по словам аспиранта Тимо Реентса, и рост точности, и экономия вычислений. Проверяли так: брали структуры, где водород уже был найден, стирали его координаты и просили модель восстановить. В 87% случаев она попала точно в известную конфигурацию. Ещё в 10% предложила расположение, энергетически более устойчивое, чем записанное в базе. Итого 97% успеха. Побочный эффект оказался не менее полезным: методом уже ловят ошибки в базах, которые возникают при переносе данных из оригинальных статей. Дальше — литий и натрий. Их позиции модель тоже умеет восстанавливать, а это прямая дорога к поиску материалов для аккумуляторов. Ну и к водородным хранилищам с возможными новыми сверхпроводниками — ради них всё и затевалось. @vselennayaplus

В челюстях морского червя нашли новый металл? Животное, растение или минерал? С морским червём Perinereis cultrifera однозначного ответа не найти. У этого хищного многощетинкового червя челюсти сделаны из белков, прошитых ионами металлов, — ими он кусает, дробит и заглатывает добычу. И ведут себя эти челюсти настолько необычно, что учёные предложили для подобных материалов отдельное имя — «биометаллы». Разбирались австрийские исследователи из Венского технического и Венского университетов. Сначала замерили твёрдость методом наноиндентирования — вдавливали микроскопический наконечник и смотрели, насколько легко остаётся вмятина. Плюс химический анализ и детальная съёмка. Выяснилось: ионов металлов больше всего на самых кончиках челюстей — оттого кончики и твёрже, что логично для того, кто дробит панцири. Червь показал эффект, знакомый по меди и серебру, — так называемый размерный эффект Никса–Гао: на совсем мелких масштабах материал становится твёрже, продавить его труднее. Но вот что делает биометаллы особенными. Упругость челюсти тоже зависит от масштаба — то, как она гнётся и возвращается в форму, меняется в зависимости от того, насколько мелкий участок мы рассматриваем. У обычных кристаллических металлов вроде меди или серебра такого нет. Именно это и выделяет червя в отдельный класс материалов. Как из атомных процессов рождается такая упругость, команда описала математическими моделями и честно признаёт, что пока лишь скребёт по поверхности. Дальше в планах — больше видов, больше данных и совсем уж любопытная идея: посмотреть, как генетические правки меняют «конструкцию» материала. Природа, похоже, освоила материаловедение задолго до нас. @vselennayaplus

Как специфика строения атома водорода может повлиять на его функциональные свойства? Вот вам очень интересный пример из серии "почему нельзя остановиться просто на изучении структуры" и как я пришёл в итоге к теоретической физике. Энергетики обычно облицовывают ёмкости для хранения водорода под давлением специальными полимерными составами. И часто пара металл-чистый водород становится для специалистов кошмаром. И нет, ёмкости и резервуары не корродируют. Всё куда круче - если полимера не будет, то емкость просто... Развалится 😆 Выше показан излом, образовавшийся естественным путём. Виной всему строение атома водорода. Когда атом водорода входит в металл (а при постоянном контакте это происходит хотя бы из-за диффузии), он обычно отдает свой единственный электрон в зону проводимости материала. Большинство элементов сохраняют внутреннее электронное облако, создающее стерические препятствия, из-за которых электроны сильно отталкиваются друг от друга при слишком близком сближении. У протона водорода, не имеющего внутренней оболочки, такого электронного облака нет. Поскольку у него нет внутреннего электронного облака, которое могло бы оказывать сопротивление кристаллической решетке, он легко перемещается в межатомных пространствах. Способность водорода избегать столкновений не ограничивается только физическими факторами. Поскольку водород невероятно мал, на его поведение сильно влияет квантовая механика. Длина волны де Бройля протона достаточно велика, чтобы он мог квантово туннелировать сквозь физические энергетические барьеры между междоузлиями. Вместо того чтобы использовать тепловую энергию для преодоления барьера от одного пустого пространства в кристаллической решетке к другому, атом водорода может просто обойти эту преграду. Это позволяет водороду быстро диффундировать через твердые материалы даже при чрезвычайно низких температурах, где более тяжелые атомы прочно зафиксированы. Свободно перемещаясь по стальной решетке, эти протоны сталкиваются с микроскопическими дефектами, границами зерен или крошечными пустотами. Когда два протона водорода встречаются в одной из таких пустот, они забирают электроны и образуют связь, формируя газообразный водород. Это уже не полезно, так как вызывает колоссальные внутренние напряжения. Но помимо этого всё это ещё и реагировать химически начинает с образованием продуктов реакции. Это огромное внутреннее давление разрывает окружающий металл, вызывая катастрофическое разрушение структуры, известное как водородное охрупчивание. Металл разрушается изнутри наружу. И это под микроскопом выглядит так, как показано на картинке. Вот вам сразу три фактора в одно связке. и Два из них выходят за рамки механики. Чат канала теперь тут