10 суперматериалов из фантастических рассказов, которые уже сегодня внедряются в промышленность и повседневное использование.
Развитие науки и технологий не останавливается, поэтому каждый день появляется множество новых материалов, о которых многие даже не подозревают. Однако они уже активно производятся и применяются.
Сверхлегкий и сверхпрочный пластик
Ученые во многих странах пытаются улучшить свойства различных пластиков: сделать их более прочными, легкими, быстропроизводимыми. Сырья для таких экспериментов полно, остается дело за малым - разработать удачную формулу.
В лабораториях создаются протоматериалы, у которых пока еще нет названий, но очень интересные свойства. Например, сверхлегкий и сверхпрочный пластик. Он может использоваться в авиации, космической индустрии, электронике или даже в текстильной промышленности. Один из способов получения таких сверхпрочных пластиков - метод «электронно-лучевой фотополимеризации». Он предполагает первоначально создание структуры материала на микроуровне и дальнейшее "распечатывание" материала любого объема.
Сверхлегкий и сверхпрочный пластик скоро может заменить традиционные материалы, такие как металл и стекло. Он обладает поразительной прочностью и жесткостью при низкой плотности, что делает его идеальной основой при производстве легких и прочных конструкций, например, крыльев самолетов, корпусов сверхскоростных автомобилей и космических летающих аппаратов.
Кроме того, в виду прозрачности такие изделия из пластмасс широко используются в электронике при создании ультратонких и прочных плат, датчиков, микросхем. Применяется материал и в производстве солнечных панелей, обеспечивая им эффективность и долговечность. Пока одним из главных ограничителей в производстве таких материалов является высокая стоимость производства.
Аэрогель
Аэрогель - это воздушная структура со свойствами более плотных материалов. Структура аэрогеля представлена сферическими кластерами диаметром около 0,004 мкм, из которых сформирована трехмерная сетка. Ее поры, размер которых превышает кластеры в 10 и более раз, заполнены воздухом. Этим объясняется исключительная легкость материала.
Преимущества аэрогеля:
- Очень легкий, его структура на 99% состоит из воздуха
- Обладает очень низкой теплопроводностью. Через свою структуру практически не передает тепло
- Высокая прочность и стойкость к повышенному давлению
- Низкая звукопроводность. Стабильная структура аэрогеля плохо передает внешние звуковые колебания
Благодаря такому набору свойств, аэрогель становится отличным материалом для различных сфер применения, включая изоляцию зданий, трубопроводов и иных объектов. Широко аэрогель используется в космической промышленности для термической защиты космических аппаратов и костюмов астронавтов.
Материалы из грибов
На одной из последних презентаций коллекции известный модный дом Hermes представил публике сумки из кожзаменителя, произведенного на основе мицелия грибов. Преимущества тканей на основе мицелия заключаются не только в экологичности производства, но и в 100% биоразлагаемости.
Известно также о применении материалов из грибов в строительстве. На их основе производят плиты, панели, изоляционные материалы, архитектурные элементы. Они производятся путем выращивания мицелия (отростки грибов) в специальных формах, которые затем затвердевают и образуют прочную структуру. Такие плиты могут использоваться для строительства стен, перегородок и других конструкций.
Жидкий металл
Жидкий металл - это субстанция, состоящая преимущественно из металлической пыли. Мелкодисперсная пыль (95%) и связующее вещество (5%) создают материал с весьма полезными свойствами. Жидкий металл обладает очень высокой теплопроводностью, и его сегодня часто используют как хладагент в системах охлаждения электроники. Жидкий металл обычно включает в себя такие металлы как железо, медь, алюминий, латунь, цинк, индий, галлий и т.д.
Также одним из главных преимуществ жидкого металла является способность к изменению формы и текучести при определенной температуре. Это позволяет использовать его для создания форм, которые сложно или невозможно изготовить из других материалов.
Самовосстанавливающиеся материалы
В группу самовосстанавливающихся материалов включают те, которые способны восстановить целостность структуры в случае ее повреждения или разрушения. Восстановление происходит благодаря содержащимся в их структуре восстанавливающим агентам. К наиболее распространенным самовосстанавливающимся материалам будущего относят полимеры. В их матрице содержатся жидкие агенты, заключенные в специальных микрокапсулах. При возникновении трещины микрокапсулы открываются и из них высвобождается вещество, заполняющее полость (например, эпоксидная смола и катализатор). В результате происходит полимерная реакция и затвердение материала.
Например, бетон, который содержит микрокапсулированную натриево-силикатную смесь, может самостоятельно заживлять мелкие трещины в себе самом. При появлении трещины в плите капсула раскрывается, высвобождая восстанавливающий агент. Он вступает в химическую реакцию с гидроокисью кальция. В результате образуется гель, заполняющий трещины и блокирующий поры. Этот гель затвердевает, а бетон восстанавливает целостность.
Так же работает и вещество внутри автомобильной покрышки. Внутри протектора размещен тонкий слой вязкой и тягучей смазки. В случае прокола вещество активируется и штопает порез.
Радиоматериалы
Радиоматериалы допускают возможность управления свойствами электромагнитных волн (например, света).
Маскировка, преломление изображения или излучения - все это возможные опции метаматериалов, которые сегодня разрабатываются по всему миру.
Метаматериал
Метаматериалы способны к перестройке самих себя. Например, возведенный с их помощью объект может изменить форму без участия человека. Структура умного материала состоит из кубов, каждая стенка которого представляет собой два внешних слоя из полиэтилентерефталата и одного внутреннего слоя из двусторонней клейкой ленты. Такая конструкция предполагает изменение формы, объема и жесткости.
Гибкая керамическая плитка
Основой гибкой плитки выступает поливинилхлорид, то есть всем известный ПВХ-пластик. В смесь для придания прочностных или улучшенных декоративных свойств добавляются пластификаторы, каменная крошка, полиуретан. Ключевой областью применения этого материала будущего выступает строительство.
Гибкую керамическую плитку укладывают в качестве износостойкого напольного покрытия, в роли подложки для других материалов. С ее помощью проводятся как внутренние, так и наружные отделочные работы: тропинки, дорожки, полы в квартире, в ванной, кухне, стены вспомогательных помещений, облицовка стен и даже мебели. Благодаря эластичности она позволяет производить отделку поверхностей с неровным рельефом без необходимости выравнивания основы.
Электронный текстиль
Электронный текстиль – это ткань, изготавливаемая из синтетических волокон со встроенными электронными компонентами.
Такие датчики и элементы предполагают:
- изменение цвета одежда и рисунка;
- накопление в течение дня солнечного света и его излучение после наступления темноты;
- трансформацию фасона;
- фиксацию физиологических показателей состояния человека или параметров окружающей среды;
- грязе-, водоотталкивающие свойства;
- изменение плотности, вплоть до бронебойной
Сверхсплавы
Сверхсплавы способны выдерживать экстремально высокие температуры, не меняя своих физических характеристик. Эту группу материалов активно используют при проектировании механизмов турбин реактивных двигателей, подверженных необычайному нагреву. Также они применяются в сложных конструкциях при построении гиперзвуковых самолетов и в космическом авиастроении.
***
Лайк или подписка?
