Мировой научно-технический прогресс не стоит на месте, а постоянно идет вперед. Одно из его основных направлений — это создание принципиально новых материалов, которые будут иметь выдающиеся конструктивные характеристики. Использование таких материалов серьезно облегчит повседневную деятельность людей, дав им возможность реализовать все свои самые смелые планы.
Биокерамика
Это специальный материал, используемый в медицине для восстановления поврежденных твердых тканей. Его размер — от одного до нескольких сотен нанометров. Биокерамика не токсична, не дает усадки, химически стабильна, обладает жесткостью, что исключает побочные эффекты (например, воспаление или отторжение биокерамических имплантов) и в то же время придает им повышенные прочность и износоустойчивость. В будущем прогнозируется появление биокерамики нового типа — способной к быстрому растворению с последующим замещением естественными клеточными тканями.
Аморфные металлы
Это металлы с неупорядоченной атомной структурой, возникающие в процессе быстрого охлаждения расплавленного металла до того, как он сформирует кристаллическую решетку. Это обеспечивает им высокую прочность и твердость в сочетании с высокой пластичностью при сжатии или изгибе, упругость и высокий предел прочности на растяжение. Поэтому из них можно будет изготавливать различные конструкционные, инструментальные и композитные материалы. Так, например, по своей прочности и пластичности проволока из аморфного сплава Fe75Si10B15 превосходит даже стальную рояльную проволоку.
Графен
Графен — это очень легкий, полупрозрачный материал, способный проводить достаточное количество тепла и электроэнергии, в то же время он в сотни раз крепче стали. Это делает его пригодным для использования в электронике, медицине, промышленности, энергетике и других отраслях народного хозяйства. Для массового производства он пока недоступен, поэтому одним из возможных решений здесь может стать использование графенового покрытия для создания легких и одновременно очень прочных смартфонов с аккумулятором большой емкости.
Наноткани
Нанотехнологии теперь могут использоваться везде, в том числе и для изготовления тканей. Наночастицы просто вшиваются в любой тканевый материал — шерсть или, скажем, хлопок — либо напыляются на него. Это позволяет создавать ткани с заданными свойствами: полимерные, лечебные, водостойкие, пылезащитные, бронированные, теплопоглощающие. Так, одежду из теплопоглощающей ткани ThermalTech, можно будет носить на Крайнем Севере. Наноткани помогут и в производстве «умной» одежды, в которую можно будет вшить датчики или приборы — часы, зарядное устройство, телефон или компьютер, — каким бы фантастическим это ни казалось на первый взгляд.
Аэрогель
Аэрогель, или как его еще называют, «замороженный дым» — один из самых известных перспективных материалов. Достаточно сказать, что в книге рекордов Гиннеса ему отведено 15 позиций. Газообразная основа аэрогеля обеспечивает рекордно низкую плотность, твердость, прозрачность, жаропрочность, чрезвычайно низкую теплопроводность и отсутствие водопоглощения. Это позволяет ему обеспечить защиту практически от любых известных воздействий: так, слоя в 2.5 см достаточно, чтобы защитить человеческую руку от прямого воздействия паяльной лампы. Аэрогель активно используется в космонавтике, защищая электронику марсоходов НАСА от мощнейших марсианских морозов или ловя пыль от комет — из-за малой плотности и пористой структуры частицы буквально вязнут в материале.
Мемристоры
Мемристоры — это микроэлектронные компоненты, обладающие своеобразной памятью. Проводимость в них меняется в соответствии с количеством прошедшего через мемристор заряда в зависимости от величины интеграла по времени прошедшего через компонент тока. Ожидается, что они откроют новую эпоху в вычислительной технике. Так как мемристор своеобразным образом фиксирует в памяти пропущенный заряд, то, в принципе, в компьютерах можно вообще исключить такое понятие, как загрузка системы. И работа будет продолжаться ровно с того места, на котором вы ее остановили в прошлый раз. Теоретически с их помощью можно будет создать искусственный синапс в составном комплексе нейронных сетей. Ведь реальное поведение мемристора очень похоже на поведение синапса: чем больший сигнал через него проходит, тем лучше пропускная способность в дальнейшем.
Самовосстанавливающийся бетон
Всем известно, что без бетона не может обойтись ни одна стройка. Это очень прочный материал, способный выдерживать колоссальные нагрузки. Но со временем под действием ветра, влаги, других климатических явлений бетон начинает разрушаться, рискуя обрушить всю конструкцию. Чтобы избежать этого, специалисты из Голландии разработали самовосстанавливающийся бетон. В состав бетона вводят молочнокислый кальций, а потом добавляют в него живые бактерии, которые им питаются, вырабатывая затем известняк, которым и заделываются возникшие трещины и каверны. Ожидается, что в будущем эта разработка совершит революцию в строительстве, позволив отказаться от ремонтных работ.
Пластик из армированного волокна
Любое транспортное средство, как правило, обладает очень большим весом из-за того, что производится из металла. Поэтому на повестке всегда стоит вопрос: как снизить вес, одновременно повысив энергоэффективность и экономичность. Для решения этой проблемы ученые из Германии предложили использовать легкие пластиковые композиты из армированного волокна. Ожидается, что их применение приведет не только к сокращению веса транспортного средства, но и снизит шум двигателя и количество затрачиваемого топлива, поскольку детали из пластикового армированного волокна отдают меньшее количество тепла в окружающую среду и значительно сокращают время на производство двигателей нового типа.
Самоочищающаяся краска
Потребность в новых материалах есть не только у непосредственных производителей, но и у тех, кто отвечает за дизайн и внешний вид изделий. Специально для них компания Nissan разработала самоочищающуюся автомобильную краску. Она создана по технологии Ultra-Ever Dry — между ней и окружающей средой и краской возникает тонкий воздушный нанослой, отталкивающий от себя пыль, грязь, машинное масло, органические растворители и другие типы загрязнителей, оседающие на поверхности автомобилей. Ожидается, что использование Ultra-Ever Dry в десятки раз увеличит время между мойками автомобиля и защитит корпус от деформации, сохраняя таким образом безупречный вид автомобиля длительное время.
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки — это длинные цепи углерода, удерживаемые сильнейшей связью во всей химии, sp2, которая сильнее даже sp3, удерживающей алмаз. Они с легкостью проводят электроны и настолько прочны, что это единственное вещество, в теории пригодное для строительства космического лифта. Удельная прочность углеродных нанотрубок — 48,000 кН·м/кг, такой прочностью не может похвастать даже высокоуглеродистая сталь (154 кН·м/кг). Из такого материала можно строить все, что угодно.
Материал подготовлен по открытым источникам.
Фото на странице: Maria Teneva on Unsplash
