XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Введение

В материаловедении изучаются различные материалы, их свойства и применение. Новые материалы играют важную роль в современном мире, поскольку они обладают уникальными свойствами и могут использоваться в различных отраслях промышленности. В данной лекции мы рассмотрим понятие новых материалов, их преимущества, примеры и технологии их создания, а также применение в различных отраслях. Погрузимся в мир новых материалов и узнаем, как они влияют на нашу жизнь и будущее технологий.

Понятие новых материалов

Новые материалы – это материалы, которые разрабатываются и создаются с использованием новых технологий и инновационных подходов. Они отличаются от традиционных материалов своими уникальными свойствами и возможностями.

Новые материалы могут быть созданы путем изменения состава, структуры или обработки уже существующих материалов, а также путем разработки и использования совершенно новых материалов.

Основная цель создания новых материалов – улучшение и расширение функциональных возможностей материалов, чтобы они могли удовлетворять новым требованиям и потребностям в различных отраслях промышленности и науки.

Новые материалы могут иметь уникальные свойства, такие как высокая прочность, гибкость, эластичность, теплопроводность, электропроводность, устойчивость к коррозии и другие. Они могут быть также биокомпатибельными, экологически безопасными и иметь другие полезные свойства.

Использование новых материалов может привести к созданию более эффективных и надежных изделий, улучшению производительности и снижению затрат в различных отраслях, таких как авиация, энергетика, медицина, электроника и другие.

Необходимость создания новых материалов

Создание новых материалов является неотъемлемой частью развития промышленности и науки. Существующие материалы могут иметь ограничения в своих свойствах и не всегда удовлетворять требованиям современных технологий и задачам, стоящим перед инженерами и дизайнерами.

Одной из основных причин создания новых материалов является необходимость улучшения характеристик и свойств материалов. Например, в авиационной промышленности требуется создание материалов, которые обладают высокой прочностью при низком весе, чтобы уменьшить массу самолетов и повысить их эффективность. В медицине нужны материалы, которые могут быть биокомпатибельными и не вызывать отторжения в организме пациента.

Также создание новых материалов может быть обусловлено необходимостью разработки материалов с новыми свойствами, которые ранее не были доступны. Например, в электронике требуются материалы с высокой электропроводностью или полупроводниковые материалы для создания более эффективных и компактных устройств.

Еще одной причиной создания новых материалов является необходимость замены существующих материалов, которые могут быть дорогими, редкими или иметь негативное воздействие на окружающую среду. Например, в энергетике и строительстве требуются материалы, которые могут быть более энергоэффективными и экологически безопасными.

Таким образом, создание новых материалов является необходимостью для развития технологий, повышения эффективности производства и решения современных задач в различных отраслях промышленности и науки.

Преимущества новых материалов

Создание новых материалов имеет ряд преимуществ, которые делают их востребованными в различных отраслях промышленности и науки:

Улучшенные свойства

Новые материалы могут обладать улучшенными свойствами по сравнению с традиционными материалами. Например, они могут быть более прочными, легкими, гибкими, теплопроводными или электропроводными. Это позволяет создавать более эффективные и инновационные изделия и устройства.

Увеличение производительности

Новые материалы могут повысить производительность и эффективность процессов производства. Например, они могут обладать более высокой теплостойкостью, стойкостью к износу или коррозии, что позволяет увеличить срок службы и надежность изделий.

Экологическая безопасность

Новые материалы могут быть более экологически безопасными, чем традиционные материалы. Они могут быть биоразлагаемыми, перерабатываемыми или иметь меньшую токсичность. Это позволяет снизить негативное воздействие на окружающую среду и улучшить экологическую устойчивость производства.

Инновационные возможности

Новые материалы открывают новые возможности для инноваций и разработки новых продуктов и технологий. Они могут быть использованы для создания совершенно новых устройств, систем и материалов, которые ранее были недоступны.

Экономическая выгода

Использование новых материалов может привести к экономической выгоде. Например, они могут быть более дешевыми в производстве, иметь более низкую стоимость эксплуатации или позволять сократить затраты на энергию. Это позволяет снизить стоимость производства и улучшить конкурентоспособность продукции.

Таким образом, новые материалы предоставляют широкий спектр преимуществ, которые делают их важным инструментом для развития промышленности и науки.

Примеры новых материалов :

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Металлическая липучка.

Собственно, все очевидно из названия. Она представляет собой лист металла с колючками, которые позволяют соединять между собой более двух подобных листов без использования клея, сварки или болтов. Соединенные вместе два куска такой липучки становятся в три раза крепче, чем они были по отдельности. Такой материал идеально подойдет для создания мебели, строительства и производства.

Заключение

В заключение можно сказать, что новые материалы играют важную роль в современном мире. Они обладают уникальными свойствами, которые позволяют создавать более эффективные и инновационные продукты. Технологии создания новых материалов постоянно развиваются, что открывает новые возможности для применения этих материалов в различных отраслях. Использование новых материалов способствует развитию науки и технологий, а также повышению качества жизни людей.

Список литературы.

1. https://ritm-magazine.com/ru/public/top-10-materialov-kotorye-izmenyat-budushchee

2. https://scientificrussia.ru/articles/iz-nih-mozno-budet-sdelat-vse-10-perspektivnyh-materialov-budusego

3. https://vc.ru/future/298248-materialy-kotorye-izmenyat-mir-v-blizhayshie-10-15-let

4. https://habr.com/ru/companies/atlas/articles/379073/

5. https://www.litoplast.by/blog/10-materialov-budushhego-obzor-neveroyatnyh-tehnologij/

6. https://extxe.com/28995/primenenie-novyh-i-sovremennyh-materialov/

Код для цитирования: Скопировать