Уважаемые пользователи Голос!
Сайт доступен в режиме «чтение» до сентября 2020 года. Операции с токенами Golos, Cyber можно проводить, используя альтернативные клиенты или через эксплорер Cyberway. Подробности здесь: https://golos.io/@goloscore/operacii-s-tokenami-golos-cyber-1594822432061
С уважением, команда “Голос”
GOLOS
RU
EN
UA
shinereading
6 лет назад

Человечество с нетерпением ждет уникальных материалов

Каждая эпоха человеческой истории определялась потребностью в том или ином материале. Все мы знаем о существовании каменного, бронзового и железных веков. В наши дни мы не зависим от куска железной руды, зато почти в каждой сфере жизни присутствуют многочисленные инновационные и искусственные сплавы, полученные на заводах и в лабораториях.

Чтобы построить невероятной высоты небоскребы, человеку пришлось модифицировать обычную сталь добавками и придать ей повышенную прочность на сжатие и растяжение. Алюминий когда-то был очень дорогим металлом, пока инженеры не научились быстро и дешево выделять его из оксида и теперь он используется для каждой пивной банки. Работа любого смартфона и компьютера основана на передаче электроимпульсов в твердотельном кремниевом чипе, а чтобы создать его в современном виде физикам пришлось изрядно потрудиться, не говоря уже о том, чтобы в процессе производства уменьшить его до наноразмеров, которые позволяют заполнять каждую микросхему миллионами транзисторов. В основе светодиодного освещения и фотоэлектрических элементов, которые, возможно, станут основой для альтернативных источников энергии, опять же лежат разработки инновационных материалов, способных излучать по-особому свет или превращать его в электричество. Литий-ионные батареи для электромобилей и смартфонов потребовали изобретения LiCoO2 - оксида лития-кобальта - уникального вещества, способного восстанавливать кристаллическую структуру начинки батареи, благодаря чему появилась возможность цикличной перезарядки.

Эти и многие другие материалы прочно вошли в нашу жизнь и стали частью современных технологий, но на горизонте появилась потребность в материалах с новыми свойствами. Нам нужны еще более прочные и упругие стали, которые защитят высотные здания от землетрясений и других катастроф. Нам нужны возобновляемые источники энергии, стоимость киловатт-часа электричества от которых дешевле, чем в результате сжигания нефти и газа, а заданные требования смогут обеспечить только материалы нового уровня. И есть еще много причин для разработки, в том числе, ограниченное количество земных ресурсов.

Геологическое изобилие не вечно

В земной коре некоторые элементы распространены в большом количестве, к примеру Si или кремний, а другие очень редки, к примеру, Pt или платина, которой в миллиарды раз меньше, чем Si. Нынешние запасы редкоземельных элементов пока позволяют их широкое использование в технологической сфере, но это не может продолжаться бесконечно. Показательный пример - оксид индия-олова - прозрачный полупроводник, использующийся в большинстве сенсорных экранов и для ветровых стекол самолетов для запуска тока против образования наледи. Индий очень редкий элемент, поэтому ученые должны разработать ему замену. К другим примерам важности некоторых материалов в промышленности можно отнести золото, которое используется в электрических цепях, и платину, участвующую в ускорении химических реакций и топливных элементах. По соображениям инженеров, мы либо должны научиться синтезировать аналогичные материалы и элементы, либо добывать их на ближайших астероидах.

Инновационные материалы как способ удешевить жизнь

Будущее альтернативное энергетики за солнцем. Еще нет ни одного похожего по своему изобилию источника энергии, который смог бы обеспечить человечество дешевой электроэнергией. В настоящее время для производства солнечных батарей с эффективностью в 20% используется кремний, и он тоже присутствует на Земле в большом количестве. Под производство фотоэлементов уже подготовлена промышленная база, но все равно при превращении песка в кремний затрачивается слишком много энергии. Если Солнце станет главным источником электричества для людей, то они должны подумать о новых материалах для фотоэлементов, к примеру, органических веществах или галогенных перовскитах, чье КПД чуть меньше, но зато они гораздо дешевле для обработки.

Какой материал нужен завтра?

Мы сами не знаем ответ на этот вопрос. Многие специфические материалы обнаружили совершенно случайно, а вскоре они нашли широкое применение во многих сферах человеческой жизни. Открытые в 1911 году сверхпроводники пропускают через себя ток с минимальным сопротивлением и вначале забавный феномен был лишь игрушкой для ученых. А теперь мы знаем тысячи случаев использования эффекта сверхпроводимости в современной технике. Их используют для создания и поддержания в опытных термоядерных реакторах сильных магнитных полей и в более прозаичном, но не менее важном оборудовании - МРТ для сканирования человеческого тела.

Если исходить из того, что в единице объема вещества может по-разному взаимодействовать огромное количество электронов и ионов, образуя новые связи, то перед физиками твердого тела и материаловедами стоят практически бесконечные возможности по изобретению новых материалов с необыкновенными свойствами. Разработка новых материалов происходит на стыке фундаментальной и прикладной наук и играет главную роль в развитии современной цивилизации.

Источник Фото Unsplash Brandon Smith

0
481.939 GOLOS
На Golos с November 2017
Комментарии (7)
Сортировать по:
Сначала старые