Наука не стоит на месте — ученые постоянно разрабатывают различные материалы с необычными свойствами, которые могут помочь человечеству. Расскажем о последних исследованиях — как зарубежных, так и отечественных.
Дерево, способное копить тепло
Ученые Техасского университета придумали древесный материал, с помощью которого можно регулировать температуру в зданиях без использования электричества. Для этого они удалили из древесины лигнин — природный полимер, отвечающий за жесткость и прочность клеточных стенок растений — и оставили только целлюлозный каркас. После этого получившуюся «конструкцию» наполнили материалом с фазовым переходом, способным сохранять и выделять тепло, и мягким стабилизирующим пластиком — так получился абсолютно новый синтетический вид древесины.
Данный материал в лабораторных условиях выдержал более 1 тыс. циклов охлаждения и нагрева без потери структурной прочности и каких-либо утечек.
«В отличие от многих энергоаккумулирующих материалов, жертвующих прочностью, эти композиты сохраняют механическую целостность, что критически важно для долгосрочного использования в зданиях», — рассказал соавтор исследования, доктор Хонбинг Лу.
Таким образом, новый материал может стать более экологичной альтернативой электричеству — технология способна улавливать днем избыточное тепло в окружающей среде, собирать его, а затем обогревать здания ночью. Таким образом будет создаваться энергоэффективный климат-контроль.
Проводник лучше меди
Группа исследователей из инженерной школы Калифорнийского университета обнаружила необычный материал со сверхвысокой проводимостью. Им оказался металлический нитрид тантала в тета-фазе. Все дело в его уникальной кристаллической модификации с гексагональной решеткой, где атомы тантала чередуются с атомами азота.
Оказалось, что конкретно в этой конфигурации возникают очень слабые электрон-фононные связи, которые образуют решетку с небольшим сопротивлением элементов друг другу — в результате тепловой поток гораздо эффективнее проходит через материал, делая его свойства уникальными.
Для сравнения: теплопроводность меди составляет 401 Вт/мК (Ватт на метр-Кельвин), тогда как у нового материала этот показатель может достигать рекордных 1100 Вт/мК.
У этой разработки огромный потенциал, поскольку медь как более дешевый в сравнении с серебром металл повсеместно применяют для охлаждений центров обработки данных (ЦОД). Из-за этого IT-отрасль стала критически зависеть от меди, а металлический нитрид тантала в тета-фазе — альтернатива с лучшими показателями. Кроме этого, дальнейшее развитие искусственного интеллекта требует огромных мощностей, которым потребуется пропорциональный объем охлаждающего оборудования.
Мягкие программируемые материалы
Обычно искусственные материалы создают, чтобы получить легкую и прочную структуру. Однако инженеры Массачусетского технологического института разработали необычную вычислительную платформу, которая способна проектировать абсолютно другой класс материалов — мягких и подверженных деформации.
Разработка предполагает алгоритм, который может смоделировать податливую сложную структуру, показав геометрию переплетения волокон и их спутанность. Это позволяет ученым прогнозировать деформацию и характер разрушения нового материала. В итоге инженеры смогут создавать не только их новые типы, но и контролировать свойства, к примеру, устойчивость к разрывам или возможность менять форму при растяжении.
В перспективе такая технология поможет в создании различных носимых адаптивных систем и сенсоров, которые смогут подстраиваться под движения кожи, а также гибких электронных устройств и специальных тканей для работы в суровых условиях (к примеру, в космосе).
Различает газы и следит за влажностью
Ученые Саратовского государственного технического университета имени Ю. А. Гагарина вместе с коллегами из других учебных заведений разработали материал на основе одного из соединений карбида вольфрама, которое может обнаружить в воздухе опасные газы, недоступные человеческому восприятию. Также разработка способна определять уровень влажности.
Такой сверхчувствительный материал — i-MXene — был синтезирован методом селективного травления из объемных кристаллов и содержит слои из атомов углерода и металла. Главная особенность — наличие в структуре вещества пустот на атомных позициях металла, что позволяет материалу эффективно захватывать молекулы на своей поверхности.
«Нам удалось доказать повышение сопротивления W1.33C i-MXene при воздействии паров разных веществ, включая кетоны, спирты, ароматические соединения и влагу. При этом точность различения достигается благодаря одновременному считыванию показаний множества датчиков и применению методов искусственного интеллекта, обрабатывающих сигналы», — пояснил ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории сенсоров и микросистем Илья Плугин.
Специалисты сравнивают процесс определения материалом веществ с тем, как мозг млекопитающих сортирует запахи.
Данное изобретение позволит определять наличие опасных и вредных веществ в системах мониторинга окружающей среды, а также стать частью устройств для умного дома, в интернета вещей и т.д.
Защита для освоения космоса
Люди планируют начать освоение дальнего космоса, однако для этого необходимо решить ряд фундаментальных задач, одна из которых: защита космонавтов и оборудования от воздействия радиации. В этом вопросе продвинулся коллектив ученых из нескольких российских университетов — они предложили новый высокоэффективный композитный материал LaB6-Al-Mg, получаемый за счет «передовой технологии электроимпульсного плазменного спекания».
Процесс производства сложен, однако в результате получается вещество с высокой протонопоглощающей способностью. Это значит, что радиация «врезается» в материал, а большая часть излучения не проходит дальше, что, соответственно, снижает риск для космонавтов. Толщина эффективного слоя, ослабляющего радиоактивный эффект вполовину, составляет чуть больше 2 миллиметров.
По словам ученых, такой материал не только эффективен, но и экономически более целесообразен, чем разработки других стран.
Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией | При копировании ссылка обязательна | Нашли ошибку - выделить и нажать Ctrl+Enter | Жалоба