Материалы будущего - какими они будут? На сегодняшний день учеными уже разработаны или находятся в разработке материалы, которые для людей прошлого могли быть только мечтой. Они будут намного прочнее, более качественными и дешевыми. Областей применения у них будет очень много. Давайте познакомимся с некоторыми из материалов, которые перевернут все привычные представления.
Силицен
Уже в недалеком будущем из него будут производить супертонкие гаджеты. Когда был открыт графен, считалось что именно за ним будущее в электронных технологиях. Но в 2012 году в Германии был синтезирован, хотя и похожий, силицен, но более перспективный.
Графен состоит из слоя, толщина которого - один атом углерода. Такой же слой, но из атомов кремния, представляет собой силицен. У них многие свойства похожи. Второй из них также является отличным проводником. Это является гарантией повышения производительности с меньшими теплозатратами. Но при этом преимущества силицена неоспоримы.
Первое - это то, что по структурной гибкости он превосходит графен. Атомы у него способны выпирать из плоскости, а это расширяет спектр его применения. Второе - он в полной мере совмещается с электроникой, которая уже существует, и в основе которой лежит кремний. Отсюда следует, что на внедрение силицена нужно меньше денег и времени.
Материалы из грибов
На сегодняшний день молодая компания под названием Ecovative является лидером в производстве таких материалов, как строительные, отделочные и упаковочные. Но при этом сделаны они из грибов. Золотая жила была найдена в мицелии. Это вегетативное тело гриба. Как выяснилось, ему присущи прекрасные цементирующие свойства. Оно смешивается с шелухой кукурузы и овсянки, затем смеси придается желаемая форма, и она оставляется на несколько дней в темноте.
За этот период питательный орган гриба переваривает пищу, связывая смесь в гомогенную массу. Чтобы она стала прочной, ее обжигают в печи. В итоге получается материал, обладающий огнестойкостью и влагостойкостью. Он экологичен, внешне напоминает пенопласт. Основываясь на этой технологии, компанией Ecovative разрабатывается материал для дверей, приборных панелей и бамперов автомобиля "Форд". А также налажено производство компактных домов, которые полностью сделаны на основе мицелия. Помимо экологического строительства практикуется и производство мебели.
Аэрогель
Его применяют для теплоизоляции. Обыкновенный гель состоит из жидкости, трехмерность полимерного каркаса которой придает ей механические свойства, присущие твердым телам. Это упругость, пластичность, способность сохранять форму, отсутствие текучести.
Когда материал высушивается до критической температуры, жидкость в аэрогеле заменяется на газ. Полученное вещество обладает рядом удивительных свойств. Это рекордно низкие плотность и теплопроводность. Аэрогель, произведенный на основе графена, является самым легким материалом в мире.
Невзирая на то, что около 98 процентов объема - это воздух, материалу присуща огромная прочность. Выдерживаемая им нагрузка в 2 тыс. раз превышает его вес. На сегодня это один из лучших теплоизоляторов. Его применяют и в скафандрах, и в тонких альпинистских куртках. Также аэрогель обладает способностью к абсорбированию количества вещества, превышающего его собственный вес в 900 раз. Так, всего 3,5 кг абсорбируют тонну нефти.
Феррофлюид
Феррофлюид является жидким материалом, который под воздействием магнитного поля способен менять форму. Он содержит микрочастицы магнетита или других минералов, включающих в себя железо. Когда к ним подносится магнит, притягиваясь к нему, они вместе с собой толкают молекулы жидкости. Из таких материалов феррофлюид, пожалуй, самый доступный. Он продается в интернете, а также его можно сделать самому.
По теплоемкости и теплопроводности феррофлюиды относятся к тем материалом, которые превосходят все смазочно-охлаждающие. Сегодня они применяются как жидкие уплотнители в поршнях гидравлических подвесок. В планах NASA - использование их в зеркалах для телескопов в целях подстраивания под турбулентность атмосферы. А также они должны быть годными при лечении онкологии. Их можно смешать с препаратами против опухоли и, не повреждая окружающие клетки, вводить в пораженный участок лекарство с помощью магнита.
Самовосстанавливающиеся материалы
Они применяются, чтобы продлить жизнь вещам. Их разрабатывают в самых разных областях, таких как строительство, электроника, медицина. Одна из самых примечательных разработок - компьютер, защищенный от механических повреждений. Женщине-инженеру Нэнси Соттос пришло в голову снабдить провода устройства микроскопическими капсулами, внутри которых находится жидкий металл. Когда капсула разбивается, трещина заполняется за считанные секунды.
Похожим способом Хэнк Джонкерс, микробиолог, занимается продлением срока службы зданий и дорог. В цемент подмешиваются споры бактерий вместе с питательными веществами для них. При появлении трещины в цементе в нее просачивается вода, тут пробуждаются ото сна бактерии, и начинается переработка корма. Он трансформируется в карбонат кальция, отличающийся высокой прочностью и заполняющий трещину. Это новшество коснулось и текстильной отрасли.
Еда из принтера (главное фото)
Исследовательнице Марин Савва удалось сконструировать биореактор, который производит вегетарианскую еду. Этот 3D-биопринтер перерабатывает содержащиеся в микроводорослях питательные вещества. Устройство, в основе которого - принцип струйной печати, создает продукты питания. Это не простая еда, а "суперфуды", богатые витаминами и минералами.
Удивительно, но сегодня уже на подходе мясо, изготавливаемое в домашних биореакторах. В процесс его производства в пробирке включается получение мышечных животных клеток и применение белка. С помощью последнего вырастают большие куски мяса. Для этого матрицу коллагена засеивают мышечными клетками. После чего их заливают питательным раствором. Это побуждает их размножаться.
Метаматериал
Применяется для изготовления вещей-невидимок. Свойства материалов обусловливаются воспроизводимой ими структурой, которая создана искусственно. Синтезируя их, разработчики выбирают размеры этих структур, формы, прочие параметры. В итоге можно получить такие характеристики, которые в природе не встречаются. В 2000-м году исследователем Дэвидом Смитом был изготовлен материал, имеющий отрицательный показатель преломления.
Такие субстанции являются идеальными для маскировки объектов. Отрицательный коэффициент преломления материалу придают наноструктуры. Пущенные по контуру предмета, они искривляют световые волны и делают его невидимым. Принцип удалось воплотить в реальность, но пока что успех ограничен микроволновым диапазоном.
Каменная бумага
Ее изобрела компания Ogami. По внешнему виду от обычной она мало отличима. Производят ее не из дерева и полимеров, а из двух ингредиентов. Первый - нетоксичная смола, второй - карбонат кальция. Он присутствует в природе в таком виде, как кальцит, известняк, мрамор.
Чтобы получить бумагу, минерал нужно измельчить до состояния порошка. При производственном процессе не требуется вода, хлор, кислоты и нефтяные продукты. Все это делает отходы традиционного производства ядовитыми.
По фактуре оба вида бумаги не отличаются друг от друга. Но у каменной есть дополнительные замечательные свойства. Ее трудно разорвать, воды она не боится, подлежит многократному использованию. На таком материале уже напечатали первую книгу на тайваньском языке.