Люди всегда искали возможность создания самых качественных и функциональных материалов. Некоторые современные разработки способны совершить революцию в приборостроении в ближайшие 5-10 лет. Автор научно-популярного блога Science & Future в Яндекс.Дзене Денис Юшин рассказывает о материалах, которые изменят мир.

Графен

Самый перспективный материал будущего — графен, двумерная модификация углерода, состоящая из плоской кристаллической решётки толщиной в один атом. Кристаллическая решётка графена представляет собой плоскость, состоящую из шестиугольных ячеек.

Графен
Графен

С одной стороны, все невероятные теоретические свойства графена ограничены тем, что идеальную двумерную плёнку в свободном состоянии ученые пока не смогли получить из-за её термодинамической нестабильности. Тем не менее, графен обладает уникальной электропроводностью, что делает его прекрасной заменой кремнию.

Это позволит создавать ещё более миниатюрные электронные устройства. Кроме того, графен идеально подходит для хранения энергии в топливных элементах, применения в оптике, создания гибких дисплеев и даже для очистки жидкостей, ведь графеновая плёнка пропускает молекулы воды, задерживая другие вещества.

Для того, чтобы воспользоваться большинством уникальных свойств графена, не обязательно применять его в идеальном виде. Если в плёнке графена появляются дефекты, то она может существовать в виде нанотрубок. Композитные материалы, источники тока, нейрокомпьютерные интерфейсы и бионика (например, искусственные мышцы) – ограничений для применения нанотрубок практически нет.

Даже пресловутый «космический лифт» можно построить благодаря углеродным нанотрубкам, ведь теоретически одностенная нанотрубка длиной в несколько километров может выдерживать вес до тонны на квадратный миллиметр.

Интересно:  Почему нельзя сидеть на столе?

Vantabalck

Vantabalck
Vantabalck

Британская компания Surrey Nanosystems разработала материал, способный поглощать до 99,965% падающего света, что делает его самым чёрным материалом в мире. Название у него соответствующее – Vantabalck.

Такое удивительное свойство объясняется тем, что он образован углеродными нанотрубками, которые настолько малы, что фотоны просто не могут пройти между ними.

Казалось бы, чем может быть полезен самый чёрный материал? Он позволяет предотвращать рассеивание света, что можно применять в телескопах. С помощью Vantabalck можно значительно повысить качество инфракрасных камер. Его можно использовать при создании систем тепловой защиты.

Способность материала поглощать различные излучения открывает перспективу создания максимально лёгких и прочных покрытий космических кораблей, защищающих от радиации.

Интересно, что специалистам Surrey Nanosystems запрещено обсуждать с журналистами перспективы военного применения Vantabalck, а на вопрос о стоимости они отвечают максимально лаконично: «он очень дорогой». Но Vantablack в военной сфере, как минимум, можно применить для создания «температурного камуфляжа».

Графеновый аэрогель

Графеновый аэрогель
Графеновый аэрогель

В последнее десятилетие аэрогелям, разработанным, как класс материалов ещё в 1931 году, начали уделять гораздо больше внимания. Здесь тоже не обошлось без углерода. Ещё в 2011 году на основе многослойных углеродных нанотрубок был создан аэрогель, обладающий плотностью 4 мг/см3. Почти каждый год появлялись аэрогели с более низкой плотностью и на сегодняшний день самым лёгким материалом является графеновый аэрогель, плотность которого всего 0,16 мг/см3.

Интересно:  Почему за самолетом остается след, а иногда нет? Причины, фото и видео

Удивительно, но полученный специалистами материал обладает чрезвычайно высокими прочностью и упругостью. Он максимально быстро возвращает форму после сжатия. За одну секунду он способен впитать до 68 граммов органических соединений. При этом аэрогель удерживает не растворяющиеся в воде вещества до 900 раз больше собственного веса.

Таким образом, в случае катастрофы, например, разлива нефти, её всю можно будет не только собрать с поверхности воды, но и практически ничего не потерять, просто «отжав» из аэрогеля.
Помимо этого, аэрогель можно применять в качестве изоляционного материала, в системах аккумулирования энергии для катализации реакций и как наполнитель для сложных композитных материалов.

Willow Glass

Willow Glass
Willow Glass

Про противоударное стекло Gorilla Glass знают все, но как насчёт гибкого стекла, обладающего теми же свойствами по прочности? Познакомьтесь с Willow Glass — при толщине всего 100 микрон (толщина листа формата А4) оно сохранило устойчивость к механическим повреждениям на уровне «гориллы».

Самым очевидным применением для него видится создание гибких смартфонов, но эта идея не так уж и популярна. Но ведь речь о гибком и очень прочном стекле, так что проблем с его применением не возникнет. В компании-разработчике заявляют, что их продукт в перспективе будет повсеместно использоваться при создании, например, осветительной аппаратуры или даже солнечных батарей.

Абсолютно всё, что нас окружает, состоит из самых разнообразных материалов и, казалось бы, зачем создавать новые, если всё уже есть? Ответ очевиден: нам необходимо заботится об экологии, понимать, что ресурсы не безграничны, осваивать океан и новые миры и просто делать жизнь лучше для всех на Земле. Новые материалы – это всегда новые возможности для дальнейшего развития.

avatar