Люди завжди шукали можливість створення найякісніших і функціональних матеріалів. Автор науково-популярного блогу Science & Future в Яндекс.Дзене Денис Юшин розповідає про матеріали, які змінять світ.

Графен

Найперспективніший матеріал майбутнього - графен, двовимірна модифікація вуглецю, що складається з плоскої кристалічної решітки товщиною в один атом. Кристалічна решітка графена є площину, що складається з шестикутних осередків.

З одного боку, все неймовірні теоретичні властивості графена обмежені тим, що ідеальну двовимірну плівку у вільному стані вчені поки не змогли отримати з-за її термодинамічної нестабільності. Проте, графен володіє унікальною електропровідністю, що робить його прекрасною заміною кремнію.

Це дозволить створювати ще більш мініатюрні електронні пристрої. Крім того, графен ідеально підходить для зберігання енергії в паливних елементах, застосування в оптиці, створення гнучких дисплеїв і навіть для очищення рідин, адже графенову плівка пропускає молекули води, затримуючи інші речовини.

Для того, щоб скористатися більшістю унікальних властивостей графена, не обов'язково застосовувати його в ідеальному вигляді. Якщо в плівці графена з'являються дефекти, то вона може існувати у вигляді нанотрубок. Композитні матеріали, джерела струму, нейрокомп'ютерний інтерфейс і біоніка (наприклад, штучні м'язи) - обмежень для застосування нанотрубок практично немає.

Навіть горезвісний «космічний ліфт» можна побудувати завдяки вуглецевих нанотрубок, адже теоретично одностінна нанотрубка довжиною в кілька кілометрів може витримувати вагу до тонни на квадратний міліметр.

Vantabalck

Британська компанія Surrey Nanosystems розробила матеріал, здатний поглинати до 99,965% падаючого світла, що робить його самим чорним матеріалом в світі. Назва у нього відповідне - Vantabalck.

Таке дивне властивість пояснюється тим, що він утворений вуглецевими нанотрубками, які настільки малі, що фотони просто не можуть пройти між ними.

Здавалося б, чим може бути корисний найчорніший матеріал? Він дозволяє запобігати розсіювання світла, що можна застосовувати в телескопах. За допомогою Vantabalck можна значно підвищити якість інфрачервоних камер. Його можна використовувати при створенні систем теплового захисту.

Здатність матеріалу поглинати різні випромінювання відкриває перспективу створення максимально легких і міцних покриттів космічних кораблів, що захищають від радіації.

Цікаво, що фахівцям Surrey Nanosystems заборонено обговорювати з журналістами перспективи військового застосування Vantabalck, а на питання про вартість вони відповідають максимально лаконічно: «він дуже дорогий». Але Vantablack у військовій сфері, як мінімум, можна застосувати для створення «температурного камуфляжу».

Графеновий аерогель

В останнє десятиліття аерогель, розробленим, як клас матеріалів ще в 1931 році, почали приділяти набагато більше уваги. Тут теж не обійшлося без вуглецю.Ще в 2011 році на основі багатошарових вуглецевих нанотрубок був створений аерогель, що володіє щільністю 4 мг / см3. Майже щороку з'являлися аерогелі з більш низькою щільністю і на сьогоднішній день найлегшим матеріалом є графеновий аерогель, щільність якого всього 0,16 мг / см3.

Дивно, але отриманий фахівцями матеріал володіє надзвичайно високими міцністю і пружністю. Він максимально швидко повертає форму після стиснення. За одну секунду він здатний увібрати до 68 грамів органічних сполук. При цьому аерогель утримує не розчиняються у воді речовини до 900 разів більше власної ваги.

Таким чином, в разі катастрофи, наприклад, розливу нафти, її всю можна буде не тільки зібрати з поверхні води, але і практично нічого не втратити, просто «віджавши» з аерогеля.
Крім цього, аерогель можна застосовувати в якості ізоляційного матеріалу, в системах акумулювання енергії для каталізації реакцій і як наповнювач для складних композитних матеріалів.

Willow Glass

Про протиударне скло Gorilla Glass знають всі, але як щодо гнучкого скла, що володіє тими ж властивостями по міцності? Зустрітися з Willow Glass - при товщині всього 100 мікрон (товщина листа формату А4) воно зберегло стійкість до механічних пошкоджень на рівні «горили».

Найочевиднішим застосуванням для нього бачиться створення гнучких смартфонів, але ця ідея не так вже й популярна. Але ж мова про гнучкий і дуже міцному склі, так що проблем з його застосуванням не виникне. У компанії-розробника заявляють, що їх продукт в перспективі буде повсюдно використовуватися при створенні, наприклад, освітлювальної апаратури або навіть сонячних батарей.

Абсолютно все, що нас оточує, складається з найрізноманітніших матеріалів і, здавалося б, навіщо створювати нові, якщо все вже є? Відповідь очевидна: нам необхідно піклується про екологію, розуміти, що ресурси не безмежні, освоювати океан і нові світи і просто робити життя кращим для всіх на Землі. Нові матеріали - це завжди нові можливості для подальшого розвитку.