Mensen hebben altijd gezocht naar de mogelijkheid om functionele materialen van de hoogste kwaliteit te creëren. Denis Yushin, auteur van de populaire wetenschap en wetenschapsblog Yandex & Zen, praat over materialen die de wereld zullen veranderen.
Grafeen
Het meest veelbelovende materiaal van de toekomst is grafeen, een tweedimensionale koolstofmodificatie bestaande uit een plat kristalrooster van één atoom dik. Het grafeenkristalrooster is een vlak dat bestaat uit hexagonale cellen.
Aan de ene kant worden alle ongelooflijke theoretische eigenschappen van grafeen beperkt door het feit dat wetenschappers door hun thermodynamische instabiliteit nog niet in staat zijn geweest om een ideale tweedimensionale film in vrije staat te verkrijgen. Grafeen heeft echter een unieke elektrische geleidbaarheid, waardoor het een uitstekende vervanging is voor silicium.
Dit zal nog meer miniatuur elektronische apparaten creëren. Bovendien is grafeen ideaal voor het opslaan van energie in brandstofcellen, voor gebruik in optica, het creëren van flexibele displays en zelfs voor het reinigen van vloeistoffen, omdat een grafeenfilm watermoleculen passeert en andere stoffen vasthoudt.
Om te profiteren van de meeste unieke eigenschappen van grafeen, is het niet nodig om het in perfecte vorm aan te brengen. Als er defecten optreden in de grafeenfilm, kan deze bestaan in de vorm van nanobuisjes. Composietmaterialen, huidige bronnen, neurocomputerinterfaces en bionica (bijvoorbeeld kunstmatige spieren) - er zijn praktisch geen beperkingen op het gebruik van nanobuizen.
Zelfs de beruchte "ruimtelift" kan worden gebouwd dankzij koolstofnanobuizen, omdat theoretisch een enkelwandige nanobuis van enkele kilometers lang een gewicht tot een ton per vierkante millimeter kan weerstaan.
Vantabalck
Het Britse bedrijf Surrey Nanosystems heeft een materiaal ontwikkeld dat tot 99,965% van het invallende licht kan absorberen, waardoor het het zwartste materiaal ter wereld is. De naam is toepasselijk - Vantabalck.
Deze verbazingwekkende eigenschap wordt verklaard door het feit dat het wordt gevormd door koolstofnanobuisjes, die zo klein zijn dat fotonen er gewoon niet tussen kunnen.
Het lijkt erop, hoe kan het zwartste materiaal nuttig zijn? Het helpt lichtverstrooiing te voorkomen, die kan worden gebruikt in telescopen. Vantabalck kan de kwaliteit van infraroodcamera's aanzienlijk verbeteren. Het kan worden gebruikt om thermische beveiligingssystemen te creëren.
Het vermogen van een materiaal om verschillende straling te absorberen, opent de mogelijkheid om de meest lichtgewicht en duurzame coatings van ruimtevaartuigen te creëren die beschermen tegen straling.
Het is interessant dat Surrey Nanosystems-specialisten verboden zijn om de vooruitzichten van het militaire gebruik van Vantabalck met journalisten te bespreken, en zij beantwoorden de vraag over kosten zo beknopt mogelijk: "het is erg duur." Maar Vantablack in de militaire sfeer kan op zijn minst worden gebruikt om "temperatuurcamouflage" te creëren.
Grafeen Aerogel
In het laatste decennium begonnen airgels, ontwikkeld als een klasse van materialen in 1931, veel meer aandacht te krijgen. Ook hier kon koolstof niet ontbreken.In 2011 werd een aerogel met een dichtheid van 4 mg / cm3 gemaakt op basis van meerlagige koolstofnanobuisjes. Bijna elk jaar verschenen aerogels met een lagere dichtheid en tegenwoordig is het lichtste materiaal grafeenaerogel, waarvan de dichtheid slechts 0,16 mg / cm3 is.
Verrassend genoeg heeft het door specialisten verkregen materiaal een extreem hoge sterkte en elasticiteit. Na compressie keert hij snel terug naar de vorm. In een seconde kan het tot 68 gram organische stoffen opnemen. Tegelijkertijd bevat de aerogel stoffen die tot 900 keer het eigen gewicht niet in water oplosbaar zijn.
Dus in het geval van een catastrofe, bijvoorbeeld een olieramp, zal het mogelijk zijn om niet alleen alles van het wateroppervlak te verzamelen, maar ook praktisch niets te verliezen, simpelweg door het uit een aerogel te persen.
Daarnaast kan aerogel worden gebruikt als isolatiemateriaal, in energieopslagsystemen voor het katalyseren van reacties en als vulmiddel voor complexe composietmaterialen.
Wilgenglas
Iedereen kent schokbestendig glas van Gorilla Glass, maar hoe zit het met flexibel glas met dezelfde sterkte-eigenschappen? Maak kennis met Willow Glass - met een dikte van slechts 100 micron (A4-plaatdikte) is het bestand gebleven tegen mechanische schade op gorilla-niveau.
De meest voor de hand liggende toepassing voor hem is het maken van flexibele smartphones, maar dit idee is niet zo populair. Maar we hebben het over een flexibel en zeer duurzaam glas, zodat er geen problemen zullen zijn met het gebruik ervan. Het ontwikkelingsbedrijf zegt dat hun product in de toekomst op grote schaal zal worden gebruikt bij het maken van bijvoorbeeld verlichtingsapparatuur of zelfs zonnepanelen.
Absoluut alles om ons heen bestaat uit een grote verscheidenheid aan materialen en, naar het schijnt, waarom nieuwe creëren als alles er al is? Het antwoord ligt voor de hand: we moeten zorgen voor het milieu, begrijpen dat de bronnen niet onbeperkt zijn, de oceaan en nieuwe werelden ontwikkelen en het leven voor iedereen op aarde gewoon beter maken. Nieuwe materialen zijn altijd nieuwe kansen voor verdere ontwikkeling.