Графен – это не единственный материал, появившийся в лаборатории и способный многое изменить в повседневной жизни. Еще можно вспомнить аэрогель – почти такой же легкий, как воздух, метаматериалы, которые управляют светом и некоторые другие, о которых можете почитать ниже.
Первый материал: самовосстанавливающиеся материалы
Человеческое тело хорошо себя восстанавливает, а встроенные материалы – нет. скотт Уайт из Университета штата Иллинойс занимается разработкой биоиндустрированных пластмасс, которые могут восстанавливаться самостоятельно. В прошлом году его лаборатория создала новый полимер, который восстанавливает видимые дыры. Полимер встроили в сосудистую систему жидкостей, которая при поломке становится густой, как кровь при ранениях. В то время как другие материалы способны избавляться от микроскопических трещин, новый отремонтировал отверстие шириной 4 миллиметра с трещинами вокруг него. Это не особо примечательное достижение, если речь идет о коже, но для пластика довольно много.
Инженеры также предполагают создание бетона, асфальта и металла, которые могут чинить себя (только представьте себе город без выбоин!) Главная задача, стоящая перед специалистами, заключается в изобретении достаточно дешевых материалов, чтобы их можно использовать на практике. вероятнее всего, первой отраслью, где применят их, станет космос или удаленные участки Земли.
Второй материал: теплообменники
Если вы когда-нибудь держали работающий ноутбук на коленях, то точно знаете, как он нагревается. Отработанное тепло является неизбежным при использовании любого устройства, использующего энергию. Согласно одной из оценок, количество отработанного тепла составляет две трети от используемой энергии. Но что если изобрести способ сохранять потраченную впустую энергию? И такой вариант есть – это термоэлектрические материалы, которые позволяют получить электричество из температурного градиента.
В прошлом году калифорнийская Alphabet Energy представила термоэлектрический генератор, который подключается прямо к выхлопной трубе обычного генератора, превращая отработанное тепло в полезное электричество. В нем используется относительно дешевый и естественный термоэлектрический материал – тетраэдрит. По словам представителей Alphabet Energy, эффективность тетраэдрита может достигать 5-10 процентов.
Ученые занимаются и другим перспективным и даже более эффективным термоэлектрическим материалом – скуттерудитом, типом минерала, содержащим кобальт. Термоэлектрические материалы обычно применяют в космических аппаратах, а скуттерудит способен изменить ситуацию. Он настолько дешев и достаточно эффективен, чтобы использовать его для выхлопных труб автомобилей, в холодильниках и любых других машинах.
Третий материал: перовскиты
Самое большое препятствие для перехода к возобновляемой энергии – деньги. Солнечная энергия становится все более дешевой, но стоимость солнечных батарей из кристаллического кремня до сих пор остается слишком высокой, а их производство – наукоемким процессом. Сейчас появился альтернативный материал – перовскиты.
Перовскиты обнаружили более века назад, но их потенциал удалось выявить только сейчас. В 2009 году солнечные батареи, изготовленные из перовскитов, имели эффективность преобразования солнечной энергии в 3,8 процента, а в 2014 году показатель вырос до 19,3 процента. Это может показаться слишком малым по сравнению с традиционными кремниевыми ячейками (их эффективность равна 20 процентам), но есть еще два важных момента, которые следует учитывать. Во-первых, перовскиты совершили скачок в эффективность всего за несколько лет использования, а ученые считают, что она может быть еще выше. Во-вторых, перовскиты намного дешевле кремния.
Перовскиты представляют собой класс материалов с конкретной кристаллической структурой. Они могут содержать любое количество элементов, обычно свинец и олово, если их используют в солнечных батареях. Эти материалы дешевы по сравнению с кристаллическим кремнием, их можно распылять на стекло, а не собирать в чистых комнатах.
Четвертый материал: аэрогель
Аэрогель выглядит так, будто это нереальный материал. Он призрачный и эфирный, но легко способен выдерживать тепло от паяльной лампы и вес автомобиля. Фактическую матрицу аэрогеля могут изготавливать из любого количества вещества, включая диоксид кремния, оксиды металлов, а также графена. Но тот факт, что аэрогель действительно в основном делают из воздуха, означает, что он может быть отличным изолятором. Его структура делает его невероятно сильным.
У аэрогеля есть один фатальный изъян – хрупкость, если он сделан из кремнезема. Но ученые выяснили, что если смешать другие соединения с аэрогелями на основе двуокиси кремния, можно сделать их более гибкими.
Пятый материал: метаматериалы
Метаматериалы имеют структуру, способную рассеивать свет по-разному. Их можно когда-нибудь использовать, чтобы сделать объекты невидимыми, хотя это будет выглядеть не так внушительно, как в «Гарри Поттере», когда в кадре появляется мантия-невидимка.
Чем более интересны метаматериалы, так это тем, что они не просто перенаправляют видимый свет. В зависимости от того, как и из чего сделан конкретный метаматериал, он может рассеивать микроволны, радиоволны и Т-лучи, находящиеся между микроволнами и инфракрасным светом на спектре.
Метаматериалы могут использовать в новых рентгеновских сканерах в медицине и безопасности, а также при производстве компактных радиоантенн, свойства которых меняются «на лету». Теоретические возможности материалов бесконечны, но коммерциализации их пока ждать не приходится.
