Журнал Compass #14

C ПРИСТАВКОЙ «СУПЕР» Невиданные возможности новых материалов

Материаловеды готовятся удивить мир фантастическими открытиями. Фотоэлементы из богатого белком шпината, «невесомая» металлическая пена, инновационные биоматериалы, составы повышенной функциональности, сверхлегкие строительные материалы – все они обещают в немалой степени изменить подход к выпуску новых изделий.

Кремний. Композиты. Титан. Сенсорное стекло. С появлением этих и других инновационных материалов стало возможным создание невообразимых изделий современности, от самолетов с композитным фюзеляжем, до сотовых телефонов, более похожих на компьютер.

Чем ознаменуется появление новых материалов завтрашнего дня? Эксперты отмечают три основные тенденции 2013 года: биоматериалы, материалы с новыми функциями и материалы для автомобилей облегченной массы.

ВТОРАЯ ЖИЗНЬ ГРИБОВ

Биологические материалы уже целое десятилетие значатся на первых позициях в сфере интересов материаловедения. Например, транснациональная компания 3M, известная своими агдезивами, недавно вложилась в создание молодого предприятия Evocative Design по выпуску заменителя нефтехимической пены, который выполнен на основе мицелия или «грибницы» и представляет собой самособирающийся клей.

ЭКСПЕРТЫ ОТМЕЧАЮТ ТРИ ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ 2013 ГОДА: БИОМАТЕРИАЛЫ, МАТЕРИАЛЫ С НОВЫМИ ФУНКЦИЯМИ И АТЕРИАЛЫ ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ ОБЛЕГЧЕННОЙ МАССЫ.

«Бизнес-идея Ecovative позволит упрочить позиции 3M на рынке экологически чистых полимерных технологий», — сказал Стефан Габриэль, президент 3M New Ventures. «Речь идет о прорыве в области технологий, который может внести решающий вклад в развитие самых разных отраслей, включая автомобильную и строительную промышленность, а также архитектуру».

Ecovative выпускает упаковку под названием EcoCradles, составленную из грибных спор. Упаковка EcoCradles уже получила признание ряда компаний, входящих в список Fortune 500, в том числе, Steelcase и Dell, поскольку является экономичной и экологичной заменой пластику. «EcoCradle выращивается из субпродуктов сельского хозяйства с намного меньшими затратами энергии, чем у имеющихся процессов», — сказал директор Ecovative Джерри Вайнштайн. «По своим характеристиками эта пена не уступает традиционным аналогам и может перерабатываться в домашних условиях».

ЭНЕРГИЯ ШПИНАТА

Еще в одном биологическом материале, разработкой которого занят Университет Вандербилта в Нэшвиле, Теннесси (США), белок шпината используется для производства фотоэлектрических элементов — такой расклад пришелся бы по душе известному герою и почитателю шпината моряку Папаю.

Растения преобразуют электрическую энергию в процессе фотосинтеза. Пускай гибридные солнечные батареи, основанные на этом процессе, пока не сравнимы по эффективности с обычными фотоэлектрическими элементами, ученые из Университета Вандербильта полагают, что уже через три года их разработка станет экономически выгодной.
В то же время Институт материаловедения при Штутгартском университете, Германия, выпускает керамику высочайшего качества, в которой имитируется процесс синтеза ракушечника и морских водорослей. Процесс биоминерализации позволяет получать керамические компоненты для использования в составе устройств с высокой функциональной плотностью, включая электронику и медицинские приложения.

«Принцип биоминерализации позволяет выпускать керамику с высочайшими характеристиками и новыми свойствами, которая по своим экологическим параметрам превосходит традиционные материалы», — объясняет Иоахим Билл, профессор Института материаловедения при Штутгартском университете, который всю жизнь занимается изучением керамики.

УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕРАБОТКОЙ

Экологическая ответственность выступает в качестве важнейшего стимула для многих научных проектов, связанных с биоматериалами. Д‑р Саша Питерс, генеральный директор Haute Innovation, консалтинговой компании, которая специализируется на исследовании материалов, сделала прогноз, что в скором времени основные исследования в области материалов будут связаны с биополимерами — искусственными веществами, выполненными из биологически разлагаемых возобновляемых ресурсов. «В условиях исчерпаемости ископаемых видов топлива, — сказала Питерс, — ученые занялись экологической обработкой и созданием концептуально новых материалов».

ОЩУТИМОЕ И ПРЕКРАСНОЕ

По словам Блеймела, в равной степени важна вторая наметившаяся тенденция при создании новых материалов: добавление функциональности хорошо известным веществам для расширения круга их применения.

Одним из материалов с высоким потенциалом добавленной функциональности является бетон. Помимо ценных качеств, включая сопротивление сжатию и долговечность, бетон всегда считался материалом, к которому неприменимо понятие гибкость. Сейчас же американская текстильная компания Milliken выпускает гибкие рулоны бетона, купив технологию их производства у разработчиков из Concrete Canvas Ltd., вместе с самой компанией.

Новый продукт представляет собой гибкую ткань, пропитанную цементом. После пропитки водой ткань твердеет и образует тонкий, прочный слой бетона, непроницаемый для воды и огня.

«Нужно просто добавить воды», — объясняет Уильям Крауфорд, который на пару с Питером Бревином изобрел этот материал в период обучения в Королевском художественном колледже. Внутри расположен дополнительный слой из пластика, который можно надуть с помощью вентилятора для придания конструкции нужной формы, прежде чем бетон схватится. Основное применение нового материала — возведение бетонных строений военного назначения, которые неплохо защищают от осколков, взрывов и повреждения стрелковым оружием.

Положительные черты бетона также легли в основу нового типа материалов, получивших название BlingCrete, — бетон с обратно отражающими поверхностями, в состав которого на уровне субстрата включаются стеклянные микроскопические шарики. Микрошарики из стекла отражают поступающие лучи обратно к источнику освещения, создавая трехмерную иллюзию на двумерной поверхности.

В числе потенциальных вариантов применения BlingCrete — нанесение разметки на опасных участках конструкций с целью повышения безопасности. Также этот материал можно использовать при проектировании интегрированных систем управления и стильных элементов декора, включая фасады, полы и потолки. Производителю, компании Hering International из города Бурбах близ Зигена, Германия, недавно была вручена награда от Инженерного совета Германии под названием DesignPlus за инновационный подход к созданию материалов. Жюри в первую очередь поразили возможности модуляции бетона.

ГОНКА МАТЕРИАЛОВ РАДИ ОБЛЕГЧЕННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Третье актуальное направление, также востребованное из соображений охраны окружающей среды, связано с тенденцией перехода на более легкие материалы при производстве автомобилей. Армированные оптоволокном композиты достаточно давно и успешно применяются в кузовах спортивных машин и автомобилей премиум сегмента, однако разработчикам хотелось бы создать более широкий спектр легких материалов, которые обладают дополнительными, ценными для транспортной отрасли качествами.

Одним из перспективных новых материалов можно считать алюминиевую пену, которая отличается невероятно малым весом, приглушает звуки и поглощает кинетическую энергию при столкновении. Изобрел ее Иоахим Баумайстер из Института Фраугофера, Бремен, Германия, который занимается производственными технологиями и современными материалами. «Пена из металла — поначалу это звучит дико, однако на проверку оказывается одним из самых причудливых изобретений для снижения веса транспортных средств», — сказал Баумайстер.

Для производства пены используются смесь порошкообразного алюминия и вспенивающего вещества, обычно гидрида титана — сначала происходит его спрессовывание с последующим расширением путем нагревания до температуры плавления. Впервые новый материал стали использовать для багажных сеток в Audi Q7, где алюминий затормаживает поступательное движение грузов в момент столкновения. Ежегодно выпускается 100 000 деталей для багажных сеток Audi Q7 с использованием полностью автоматизированных технологических линий австралийской компании Alu Light.

С появлением возможности основательно менять свойства известных элементов и находить новые приложения для органических веществ материаловедение раздвигает доступные нам границы и открывает дверь в неизведанный мир инновационных изделий.

автор статьи Мона Клерико Вернуться к началу страницы