10 Материалов будущего: обзор невероятных технологий

В настоящее время развитие науки и технологий не останавливается, поэтому существует множество материалов, о которых многие ничего не знают, но они уже активно производятся и применяются. В этом тексте мы рассмотрим 10 материалов будущего, включая аэрогель, материалы из грибов, бумагу из камня, электронные ткани и другие. Эти материалы изменят нашу жизнь, так как обладают внушительным потенциалом в различных сферах, от энергетики и строительной сферы до модной индустрии и медицины. Давайте изучим эти материалы более подробно и посмотрим, как они могут изменить наш мир.

Сверхлегкий и сверхпрочный пластик

Одним из наиболее перспективных материалов будущего на сегодня является сверхлегкий и сверхпрочный пластик, который может использоваться в различных отраслях, включая авиацию, автомобильную промышленность, строительство и электронику. Такой пластик создается с помощью новейших технологий, в том числе метода «электронно-лучевой фотополимеризации». Метод предполагает создание структуры на микроуровне, что обеспечивает материалу максимальную прочность и легкость.

Сверхлегкий и сверхпрочный пластик имеет впечатляющий потенциал и в скором времени 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. В числе недостатков пластика отмечают высокую стоимость производства и ограниченный лимит на рынке.

Аэрогель

Аэрогель относится к новейшим материалам будущего. Он обладает перечнем исключительных и уникальных физических свойств. Структура аэрогеля представлена сферическими кварцевыми 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 невесомость материала.

Преимущества аэрогеля:

• выступает самым легким и вместе с тем твердым материалом на Земле, структура которого на 99% состоит из воздуха;
• обладает высокой термоизоляцией, что позволяет ему сохранять тепло и предотвращать его потерю;
• демонстрирует высокую прочность и стойкость к повышенному давлению, что делает его универсальным 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;
• минимальный акустический индепенданс, который задается путем изменения плотности аэрогеля. 

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. И так как современные производственные компании активно пропагандируют эко-направленность, то новейшие материалы будущего, выращенные на питательной среде при помощи микроорганизмов, занимают место в списках прогрессивных разработок.

Известно также о применении материалов из грибов в строительстве. Так, например, на их основе производят плиты, панели, изоляционные материалы, архитектурные элементы – мицеллярные блоки. Они производятся путем выращивания мицелия в специальных формах, которые затем затвердевают и образуют твердую и прочную структуру. Такие плиты могут использоваться для строительства стен, перегородок и других конструкций.

Жидкий металл

Инновационный материал будущего, как жидкий металл на 95 % состоит из металлической пыли. В ее составе встречаются частички железа, меди, алюминия, латуни, цинка и их комбинации. Мелкодисперсная паль гарантирует характерный для металлов блеск и текстуру. Вторым важным компонентом выступает композитное связующее с упрочняющими добавками. Оно обеспечивает оптимальную текучесть, простоту в нанесении на предпочтительную основу и долговечность покрытия.

Одним из главных преимуществ жидкого металла является его способность к изменению формы и текучести при определенной температуре. Это позволяет использовать его для создания форм, которые сложно или невозможно изготовить из других материалов. Также жидкий металл обладает высокой теплопроводностью, что делает его очень привлекательным для применения в электронике и технологиях охлаждения.

Самовосстанавливающиеся материалы

В группу самовосстанавливающихся материалов включают те, которые способны восстановить целостность структуры в случае ее повреждения или разрушения из-за внешнего воздействия. Самовосстановление происходит благодаря содержимся в их структуре восстанавливающих агентов. К наиболее распространенным самовосстанавливающихся материалов 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 полимеризация и затвердение материала.

Существует также самовосстанавливающийся бетон, который содержит микрокапсулированную натриево-силикатную смесь. 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. По схожему принципу восстанавливается целостность автомобильных покрышек после прокола. Внутри протектора размещен тонкий слой вязкой и тягучей смазки, которая заполняет прокол и гарантирует беспроблемную дальнейшую эксплуатацию.

Метаматериал

Метаматериалы, которые относятся также к новейшим материалам будущего, допускают возможность управления свойствами электромагнитных волн, то есть света. Они позволят создать оптические преобразователи, полностью маскирующие находящийся перед наблюдателем предмет. Так, за счет отрицательного угла преломления лучи света огибают объект, делая его полностью невидимым. Наблюдатель может видеть лишь то, что происходит позади предмета.

Иного род метаматериалы способны к перестройке самих себя. Например, возведенный с их помощью объекта может изменить форму без участия человека, так как блоки, из которых он состоит движутся по команде программы. Структура умного материала состоит из кубов, каждая стенка которых представляет собой два внешних слоя из полиэтилентерефталата и одного внутреннего слоя из двусторонней клейкой ленты. Конструкция предполагает изменение формы, объема и жесткости.

Бумага из камня

К еще одним удивительным материалам будущего, которые можно встретить сегодня, относится бумага из камня. Она производится известнякового порошка, смол, выступающих пластификаторов и растительных волокон. Это не разлагаемый в воде материал, который может быть использован как альтернатива целлюлозной бумаге из древесины. При этом материал многократно прочнее ее, впитывает меньше краски и позволяет сократить расходы чернил при офсетной печати на 20%. Вес бумаги из камня составляет 245 г на 1 кв. м, для сравнения вес мелованного листа составляет 100-120 г, а бумаги для визиток порядка 300 г. Писать на таком листе легко и просто, как на обычной, но чернила высыхают чуть дольше. К минусам каменной бумаги можно относится повышенная стоимость. Использование каменной бумаги распространено в области печати, упаковки, строительстве и других сферах, где ее прочность и стойкость к влаге являются важными факторами.

Гибкая керамическая плитка

Основой гибкой плитки выступает поливинилхлорид. В смесь для придания прочностных или улучшенных декоративных свойств добавляются пластификаторы, каменная крошка, полиуретан. Ключевой областью применения этого инновационного 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.

Электронная ткань

Электронный текстиль – это ткань, которая относится к материалам будущего. Изготавливаемая из синтетических волокон, она предполагает наличие встроенных мельчайших датчиков, которые допускают:

• 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, демонстрацию свойств «брони», актуальные для спортсменов и военных.

Спектр их возможностей умных тканей впечатляет: они могут использоваться во многих областях, включая медицину, спортивную экипировку, моду. В медицине, например, электронная ткань применяется для мониторинга состояния пациента.

Сверхсплавы

В категорию материалов будущего «сверхсплавы» входят металлы, способные выдерживать экстремально высокие температуры – до 1100 °C. 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.

Стремительное развитие технологий и растущие потребности различных отраслей провоцируют появление новых материалов будущего. В этой статье были рассмотрены 10 материалов, которые уже нашли свое применение и будут использоваться в будущем. Они обладают уникальным набором характеристик и поражают инновационными свойствами.