когда падает ваш смартфон или машина
попадает в аварию либо терпит крушение
самолёт понимаешь что важные вещи должны
быть сделаны из самых лучших материалов
представьте как было бы здорово если бы
попадая в жесткую аварию ваш автомобиль
не ломался а вместо этого отскакивал бы
как пружина назад
скажите что это фантастика ну а я вам
скажу что это дело не очень далекого
будущего
за последние десятилетия мы слышали
множество заявлению ученых об открытии
новых материалов таких как графен
который якобы перевернуть все с ног на
голову и навсегда изменит наш мир в
лучшую сторону но идет время год за
годом проходят десятилетия
а ничего казалось бы эти материалы не
меня почему же воз и ныне там
дело в том что для любого материала
совершенно нормально когда есть
временной разрыв между его открытием и
началом активного внедрения для того
чтобы начать повсеместно применять
материал нужно полностью представлять
все его свойства нужно знать как его
посчитать как он будет себя вести под
воздействием тех или иных факторов и
конечно же нужно понять как его можно
массово
эффективно производить все это занимает
немало времени и именно поэтому то что
было изобретено еще в середине
двадцатого века только сейчас становится
действительно массовым ну а например 1
пластик вообще был получен еще в 1855
году но никто не мог понять как
удешевить его производство на это ушло
много времени потому только сто лет
спустя он начал более менее широко
применяться
ну а по-настоящему массовым пластик стал
только в последние десятилетия
из него изготавливается буквально все он
просто нереально повлиял на нашу жизнь
важность освоения работы с новыми
материалами всегда являлась решающей для
научно-технического прорыв ведь не зря
мы отмечаем целые этапы в истории
человечества по ним каменный медный
бронзовый железные века ну а нынешний
цифровой мир стал возможен только
благодаря тому что мы научились
использовать кремний в электронике
иными словами если вам нужен новый
научно технический прорыв то начните
применять новый материал и вот про то
какие материалы станут массовыми в
ближайшие десятилетия и как они повлияют
на наш мир я вам сейчас и расскажу
однако помните как бы сильно наш мир не
изменился для хорошей жизни всегда
придется работать а чтобы жизнь была еще
лучше желательно работать на любимой
работе и если ты хочешь найти профессию
своей мечты то приходи на марафон новых
профессий от skillbox в онлайн
университете skillbox сейчас идет
новогодний марафон по трем профессиям
будущего веб-дизайн и программирование и
интернет-маркетинг эксперты из фейсбук
озон figma и другие расскажут о трендах
в образование и профессию
поделятся историями и кейсами и ответят
на все вопросы лично марафон доступен по
регистрации
но поторопись всего полторы тысячи
бесплатных билетов станет востребованным
специалистом ссылка в описании раз уж
упомянули графин то с него и начнем к
тому же он имеет славу самого
перспективного материала на планете по
сути графин это плоский лист из атомов
углерода 1 из открытых двухмерных
кристаллов возможность существования
которых долгое время вызывало сомнение
его впервые получили два британских
ученых российского происхождения в 2004
году за что позже им дали нобелевскую
премию чудеса этот материал показывает
пока только в лаборатории количество
патентов изобретений связанных с ним
просто зашкаливать в графин верит весь
мир несколько лет назад
евросоюз вложил в изучении графена
миллиард евро помимо этого в
исследовании вкладываются крупнейшие
корпорации такие как samsung
ай-би-эм sony и intel по некоторым
данным суммарно на такие разработки
выделено во всем мире свыше 10
миллиардов долларов пока что внедрение
графена сегодня сдерживает его высокая
стоимость и сложность производства
но ученые без устали ищут возможности
упрощения и удешевления процесса чтобы
начать производить графен в массовых
количествах и при этом качественно но
что же нас ждёт когда это наконец
произойдет потенциальные сферы
применения графена по крайней мере в
теории практически безграничны поскольку
он обладает очень многими полезными
свойствами например этот материал в 200
раз прочнее стали имеет невероятную
электропроводность а также в 10 раз
большую теплопроводность по сравнению с
медью проводником который массово
используется при производстве самой
разной электроники добавьте сюда высокую
прозрачность графена и это открывает
возможности для гаджетов будущего
например контактных линз на которые
можно передавать изображение как
фантастических фильмах благодаря этому
материалу мы сможем делать кузова машин
в 200 раз прочнее стали
да и не только прочность космических и
морских кораблей подводных лодок и
самолетов выйдут на совершенно иной
уровень графин помимо небывалой
прочности как уже было сказано обладает
самой высокой подвижностью носителей
заряда среди всех известных материал это
делает его перспективным для
использования в самых различных
приложений в частности как будущую
основу наноэлектроники возможную замену
кремния в микросхемах построенный на
базе графена различные химические и
электрические датчики будут в 30 раз
точнее тех что создаются на базе более
традиционных материалов также можно
будет создавать батарейки чья
удерживающая способность будет в десять
раз превосходить современной модели
графен может раз и навсегда решить
вопросы с нехваткой чистой воды на
планете по подсчетам оон дефицит воды
затрагивает более 40 процентов мирового
населения и по прогнозам будет расти
фильтры на основе графена вполне могли
бы стать решений jira абрахам из
манчестерского университета помог
разработать масштабируемые сито из графе
нового оксида для фильтрации морской
воды то есть возможно благодаря графе ну
никакой угрозы нехватки пресной воды в
будущем не будет ведь вода в морях и
океанах которая может быть объяснена
дешевым методом никогда не закончится
кроме того исследователей из
университета мо нашей университета
кентукки разработали графеновые фильтры
которые могут отфильтровать что угодно
по размерам превышающие один нанометр
они говорят что их фильтры могут быть
использованы для фильтрации химических
веществ вирусов или бактерий в жидкостях
их можно использовать для очистки воды
молочных продуктов или вина ну или для
производства фармацевтических препаратов
графин также может помочь в борьбе с
изменением климата и его последствиями
одним из главных виновников изменения
климата конечно является чрезмерное
количество углекислого газа вы
являющегося в атмосферу графеновые
мембраны могли бы улавливать эти выбросы
ученые из университета южной каролины
университетах а ньянг в южной корее
самостоятельно разработали фильтры на
основе графена которые могут
использоваться для отделения
нежелательных газов от промышленных
коммерческих и жилых выбросов генри поле
из университета миссури утверждал что
эти открытия стали чем-то вроде святого
грааля с их помощью мир мог бы
остановить рост co2 в атмосфере особенно
сейчас когда мы преодолели важный
показатель в 400 частей на миллион а что
насчет медицины множество людей по всему
миру не имеют доступа к адекватному
здравоохранению но графен может
перевернуть и этот вопрос вверх но
прежде всего высокая механическая
прочность графена делает его идеальным
материалом для замены частей тела таких
как кости и благодаря своей проводимости
он может заменить части тела которые
требуют электрического тока например
органы и небо ученые из мичиганского
технологического университета работают
над применением 3d принтеров для печати
нервов на основе графена и эта команда
разрабатывает биосовместимые материалы
используя графин для проведения
электричества
графин также можно использовать для
создания биомедицинских 5 чacoв для
обнаружения болезней вирусов и других
токсинов китайские ученые даже создали
датчик способны обнаруживать всего одну
раковую клетку невероятно сильно графен
может повлиять на инфраструктуру
композиты усиленные графе нам и другие
строительные материалы могут приблизить
нас к этой цели недавние исследования
показали что чем больше добавляется
графена тем лучше становится композит
это значит графин можно добавлять к
строительным материалам бетону алюминию
что сделает их прочнее и легче
даже сферу энергетики графен в силах
изменить
из-за легкости проводимости и прочности
на растяжение графен может сделать
экологичную энергию более эффективно и
дешевой например графеновые композиты
можно было бы использовать для создания
более универсальных солнечных панелей
исследователи из массачусетского
технологического института говорят что
при помощи графена возможно сделать
гибкие недорогие и прозрачные солнечные
элементы которые могут превратить
практически любую поверхность в источник
elect
мягкие благодаря графе новым композитом
также возможно создание больших и легких
ветровых турбин
кроме того графин даже можно
использовать для улучшения традиционных
литий-ионных батарей что уже и делается
водители получат аккумуляторы на
электрокары которые способны будут
проехать тысячи километров на одном
заряде проводятся также исследование
графеновых аэрогель и для хранения
энергии и суперконденсаторов все это
понадобится для крупномасштабного
хранения чистой энергии графен может
стать ключом в мир по-настоящему гибких
дисплеев
гибким дисплеем сегодня никого не
удивишь на рынок уже выходят смартфоны с
гнущиеся экранами но такую гибкость все
же следует назвать условный она не
позволяет сворачивать весь экран в
трубочку как в научно-фантастических
фильмах не позволяет снять в комочек а
потом размять дисплей но в обозримом
будущем мы действительно можем увидеть
по-настоящему гибкие экраны
сочетание механических и электрических
характеристик графена такова что он
обладает нужной проводимостью но при
этом гибок и достаточно эластична чтобы
не трескаться
а это является ключом к созданию
действительно гибких дисплеев и ученые
из южной корее уже несколько лет
занимается исследованиями по внедрению
графинов гибкие дисплеи
выход первых продуктов ожидается в
течение пяти лет масштабы сферы
применения таких экранов трудно
представить ведь их можно использовать
даже в качестве элементов одежды пока
разумеется в теории более того в будущем
не исключена возможность создания целого
платья экрана которая сможет помимо
всего прочего менять цвет когда вам того
захочется допустим сегодня вы ходите в
красном платье завтра меняйте его цвет
на белый а послезавтра на черный одежду
и до автомобиля по возможности изменения
цвета возможно ждет огромное будущее
сюда же можно добавить графеновые обои
которые смогут менять цвет вашей комнаты
по вашему желанию благодаря графена у
нас появится почти невесомые
пуленепробиваемые жилеты особо прочный
поролон признанный самым лучшим
утеплителем в мире аграфена есть и
минусы но его плюсы высокая прочность
возможность точно рассчитать нужное
количество слоев и другие факторы
оставляют ему славу самого
перспективного материала на планете есть
надежда что простые листики углерода
толщиной в 1
а там могут изменить нашу жизнь сильнее
чем когда-то железо и пластик за
следующие 10 лет графин почти наверняка
найдет множество применений в реальном
мире но и это еще не все дело в том что
если свернуть в трубку лист графена то
получается еще один невероятный и очень
перспективный материал о котором грезят
многие ученые по всему миру это
углеродные нанотрубки нанотрубки
фактически являются эмблемой
нанотехнологий если верить экспертам
нанотрубки это наше все высокий
коэффициент прочности превосходная тепла
и электропроводность максимальная
плотность тока огнестойкости весовой
коэффициент на порядок выше чем у
большинства известных материал именно с
углеродными нанотрубками связывают
надежду на строительство космического
лифта для снижения стоимости вывода
грузов в космос расчеты показывают что
нить из углеродных нанотрубок толщиной
всего в один миллиметр способна удержать
тонну веса это так вдохновила японцев
что они объявили что построить
космический лифт из углеродных
нанотрубок уже через 40 лет
правда если только удастся наладить их
массовое качественное и дешевое
производство на сегодняшний день мы еще
не научились получать достаточно длинные
углеродные трубки из-за чего приходится
использовать нити сплетенные из
относительно коротких нанотрубок
что уменьшает итоговую прочность даже
минимальное нарушение атомной структуры
углеродных нанотрубок приводит к падению
их прочности на 50 процентов поэтому их
надо делать идеальными и вот эту
проблему предстоит решить ученым если
они реально хотят построить космический
лифт ну а потенциальную пользу от
нанотрубок для всей промышленности по
всей планете вообще очень сложно
переоценить
у нас появятся трос и в сотни раз
прочнее стали еще из этих трубок можно
делать аккумуляторы фильтры для воды
иглы для внутриклеточных инъекций и так
далее пока что на рынке есть только
композитные материалы с частичным
использованием нанотрубок и это уже
повышает прочность продуктов на
несколько десятков процентов это детали
для спортивных велосипедов и корпуса
яхты
помимо композитных материалов благодаря
нанотрубкам мы сможем делать
сверхпрочные нити на на весы на на
провода прозрачные проводящие
поверхности в будущем с помощью них мы
сможем делать соединение
что биологическими нейронами
электронными устройствами в новейших
нейрокомпьютерных разработках у нас
появится умная легкая комфортная одежда
которая будет защищать от любых невзгод
медицинские на на роботы для доставки
лекарств и проведения операций в
лабораториях уже создаются искусственные
мышцы из углеродных нанотрубок
это приведет к появлению киборгов и
продвинутых роботов
инвалиды будут возвращаться к
полноценной жизни но одна из главных
надежд возлагаемых на нанотрубки это
транзисторы в которых подвижность
носителей заряда сильно превышает
подвижность в традиционных кремниевых
транзисторах транзисторы из нанотрубок
уже не являются теорий на последней
конференции министерства обороны сша
произошло то что там бывает крайне редко
а именно шквал аплодисментов
его вызвал старший преподаватель
массачусетского технологического
института со сцены он объявил о выпуске
на производстве 1 пластины с монолитными
3d чипами с использованием транзисторов
на углеродных нанотрубках
им удалось создать процессор который
содержит 14 тысяч транзисторов не густо
учитывая что современные кремниевые
процессоры содержат 10 миллиардов
транзисторов но с чего-то же надо
начинать
исследователи из университета
центральной флориды в орландо
занимающиеся созданием транзисторов из
углеродных нанотрубок считают что этот
материал ускорит компьютеры в тысячи раз
при этом потребляя энергию в сотни раз
меньше чем кремниевые конкуренты по
оценкам специалистов на внедрение
технологии уйдет от 10 до 15 из
углеродных нанотрубок можно будет
изготовить аккумуляторы которые могут
хранить и передавать в 10 раз больше
энергии в том же самом размере и это не
пустые слова например инженеры из эмайти
разработали такой аккумулятор и получили
действительно впечатляющие результаты
емкость тестового образца в
восемь-десять раз превышала емкость
аналогичных по размеру моделей но
опять-таки пройдет еще лет 15 пока это
дойдёт до массового производства но вы
только вдумайтесь
уже не в очень далеком будущем одного
заряда электромобиля будет хватать на
несколько тысяч километров
одного заряда смартфона хватит на неделе
вообще многие ученые считают что
углеродные нанотрубки будут связаны со
всеми основными технологиями 21 века от
электроники до медицины потому множество
стран мира торопятся чтобы как можно
быстрее внедрить этот инновационный
материал в основные технологические
процессы нашего века если бы будущее
имела герб его стоило бы украсить
венками из нанотрубок
далее у нас идет еще один невероятнейший
материал аэрогель его называют твердым
воздухом или замороженным газом а внешне
он напоминает кристалл застывшего дыма
аэрогель и это класс материалов
представляющих собой гель в котором
жидкая фаза полностью замещена
газообразной такие материалы обладают
рекордно низкой плотностью и
демонстрируют ряд уникальных свойств
твердость прозрачность жаропрочность
чрезвычайно низкую теплопроводность и
так далее аэрогель у отведено сразу
множество позиций в книге рекордов
гиннеса из-за целого ряда удивительных
свойств
на 99 целых восемь десятых процентов
аэрогель состоит из пустого пространства
он лишь в полтора-два раза тяжелее
воздуха и в 300 500 раз легче воды при
этом аэрогель невероятно прочный
небольшой кусочек весом в 2 грамма может
выдержать вес целого кирпича массой в
два с половиной килограмма
то есть он выдерживает тяжести в тысячи
раз больше собственного веса
аэрогеля то действительно фантастический
материал щит из него может защитить как
от потока огня так и от холода витя ира
гель обладает чрезвычайно низкой
теплопроводностью некоторые типы
аэрогеля выдерживают температуру в 1200
градусов цельсия
к сожалению не смотря на то что впервые
его создали 90 лет назад он до сих пор
не начал широко применяться в
промышленности из-за его нереально
высокой стоимости производства но ученые
верят что способ удешевления процесса
обязательно появится а потому называют
аэрогель материалом 21 века
ну а пока что этот материал используют в
основном для научных нужд например в
качестве теплоизолятора в космических
скафандрах и предлагалось также
использовать его для космических
кораблей марсоходов с помощью этого
материала в открытом космосе
регистрирует частицы антивещества и
улавливают микрометеориты
именно аэрогель стал важнейшим элементом
решетчатого улавливатель а при помощи
которого космический зонд stardust
захватил миллионы крошечных частиц из
хвоста кометы уайлд 2 и доставил
спускаемый аппарат с этими образцами на
землю как только мы научимся дешево
производить аэрогель его сразу же
повсеместно станут применять для
теплоизоляции всего что только можно
аэрогель может радикально сократить
потери тепла зданиями или напротив
снизить расходы на кондиционирование
воздуха и работу морозильных установок
обеспечить высокоэффективную теплозащиту
любых трубопроводов дать нам легкую
теплую одежду прозрачные плитки для
утепления окон
это лишь самые очевидные способы
применения подобного материала
производители спортивного и
туристического снаряжения уже применяют
аэрогель для производства обуви одежды
аэрогель и также могут служить фильтром
для очистки воды от вредных примесей
таких как ртуть свинец и других ядовитых
тяжелых металлов перспективы аэрогель и
также имеют и в микроэлектронике в
качестве изоляционных слоев в
многослойных печатных платах что
позволит значительно повысить
быстродействие электроники
далее в нашем списке самый легкий металл
микролаттис который более чем на 99
процентов состоит из воздуха он в сто
раз легче пенопласта настолько легкий
что если его положить на одуванчик то он
его даже не деформирует в конце октября
2016 года микролаттис попал в книгу
рекордов гиннеса как самый легкий
искусственный металл в мире но несмотря
на свою легкость он невероятно прочный а
главное его фишка поглощать кинетическую
энергию допустим если обернуть яйцо в
микролаттис и сбросить его с крыши
многоэтажного здания то при падении
металл поглотит всю ударную силу и яйцо
останется целым так что возможно
материал станет основой самолётов и
автомобилей будущего микролаттис был
изобретён учеными не так давно прочность
материалу создает ячеистая структура
выполненная из полных никель фосфорных
трубок пересекающихся крест-накрест
стенки трубок в тысячу раз тоньше
человеческого волоса
на такую структуру ученых вдохновили
человеческие кости которые остаются
прочными несмотря на внутренние полости
и вновь возникает вопрос а почему же мы
до сих пор микролаттис не начали
повсеместно использовать и ответ
остается таким же как и в случае с
другими новыми материалами мы пока не
знаем как выпускать его в промышленных
масштабах но и закончим еще одним
перспективным материалом который уже
частично применяется во многих сфер из
него делают некоторые части суперкаров
детали космических кораблей корпуса
судов спортивный инвентарь и многое
другое этот материал может здорово нам
помочь освоить другие планеты а заодно
устроить революцию в земных технологиях
это углепластик или как его ещё называют
карбон в одном только карбоновом волокне
содержится 10 тысяч нитей что делает его
нереально прочным но одновременно и
легким по отдельным характеристикам он
превосходит высокопрочную сталь стоит
добавить волокно как композит материал и
он получает сверх-способности но если
карбон так хором что почему же до сих
пор его не используют вообще везде а для
самолетов делают только отдельные части
и вновь ответ дороговизна при
производстве углепластиков необходимо
очень строго выдерживать технологические
параметры при нарушении которых
прочностные свойства изделий резко
снижаются необходимы сложные и
дорогостоящие меры контроля качества
вследствие этого материал пока применяют
только в качестве усиливающих дополнение
в различных конструкциях
но конечно год за годом стоимость
производства будет потихоньку снижаться
пока наконец углепластик не захватит
весь мир