Наука без которой прогресс остановится

Крупнейшие открытия в области материаловедения

Новые инструменты помогли создать метаматериалы, используемые в композитах из углеродного волокна для разработки более легких транспортных средств, усовершенствованные сплавы — для более долговечных реактивных двигателей и биоматериалы — для замены суставов человека.

Мы также видим прорывы в области сохранения энергии и квантовых вычислений. В робототехнике новые материалы помогают нам выращивать искусственные мышцы, необходимые для создания гуманоидных роботов.

Литий-ионные аккумуляторы

Такого рода аккумулятор, который сегодня питает все — от наших смартфонов до автономных автомобилей — был впервые разработан в 1970-х годах, но не мог полноценно выйти на рынок вплоть до 1990-х годов. Производство достаточного их количества для удовлетворения спроса было постоянной проблемой. Но компания Tesla шагнула навстречу этому вызову: одна из гигафабрик компании в штате Невада производит в год накопители энергии мощностью в 20 ГВт — впервые литий-ионные аккумуляторы производятся в таком масштабе.

Другие компании также быстро двигаются к этой цели: Renault строит домашний накопитель энергии на основе своих батарей Zoe, аккумуляторы BMW 500 i3 интегрируются в национальную энергетическую сеть Великобритании, а Toyota, Nissan и Audi объявили о собственных пилотных проектах.

Американский предприниматель Илон Маск предсказывает, что сотня подобных гигафабрик смогли бы удовлетворить энергетические потребности всего земного шара.

Графен

Полученный из того же графита, что и обычные карандаши, графен представляет собой лист углерода толщиной всего в один атом. Он почти невесом, но в 200 раз прочнее стали. Этот суперматериал проводит электричество и рассеивает тепло быстрее, чем любое другое известное вещество.

Графен позволяет использовать сенсоры и высокопроизводительные транзисторы. Во многих гибких экранах устройств, 3D-принтерах, солнечных панелях и защитной ткани используется графен. Поскольку производственные затраты снижаются, этот материал способен ускорить прогресс во всех сферах.

Перовскит

Сейчас «эффективность преобразования» солнечной панели (сколько «захваченного» солнечного света может быть превращено в электричество) составляет в среднем 16%. Светочувствительный минерал перовскит способен довести это значение до 66%, что удвоит возможности кремниевых панелей.

Технологии работы с перовскитом широко доступны и недороги. Что означают все эти факторы в совокупности? Доступная солнечная энергия для всех.

Материалы нано-мира

Нанотехнологии — это та «точка» материаловедения, где манипуляции производятся над веществами в 8 тыс. раз меньше, чем эритроцит, и в 2,5 раза меньше, чем нить ДНК.

Прогресс в нано-мире был удивительно быстрым, и сейчас на рынке появилось множество нанопродуктов. Наноразмерные вплетения в ткани делают одежду не мнущейся. Нанопленки могут сделать окна самоочищающимися, «антибликовыми» и даже способными проводить электричество.

Исследователи из Гарварда создали наноразмерный 3D-принтер, способный производить миниатюрные батареи шириной менее одного миллиметра. Ученые также используют нанотехнологии для создания умных контактных линз с разрешением в шесть раз большим, чем у современных смартфонов. Биоинженер из Гарварда недавно сохранил 700 терабайт данных в одном грамме ДНК.

Дальше — больше. Наноботы для транспортировки лекарств были бы особенно полезны в борьбе с раком. На экологическом фронте ученые могут извлекать углекислый

газ из атмосферы. Если мы сможем масштабировать технологию в солнечной энергии, то система размером в 10% пустыни Сахара сможет снизить выбросы CO2 в атмосферу до доиндустриального уровня примерно за десятилетие.

И напоследок

С помощью искусственного интеллекта и квантовых вычислений открытие новых материалов в течение следующего десятилетия ускорится в геометрической прогрессии.

При этом персонификация материалов станет обычным делом: будущие имплантаты коленного сустава будут подобраны персонально для точного удовлетворения потребностей каждого организма, как с точки зрения структуры, так и состава.

Наноразмерные материалы, хотя и невидимые невооруженным глазом, будут интегрироваться в нашу повседневную жизнь, плавно улучшая медицину, энергетику, смартфоны и многое другое.

В конечном счете путь к демонетизации и демократизации передовых технологий начинается с изменения материалов — невидимого активатора и катализатора. Наше будущее зависит от материалов, которые мы создаем.

Подписывайтесь на Телеграм-канал BB.LV!
Заглядывайте на страницу BB.LV на Facebook!
И читайте главные новости о Латвии и мире!


Заметили ошибку или опечатку? Материал нуждается в исправлении? Будем рады Вашей помощи! Пишите на на адрес [email protected]


Comments are disabled for this post