Создана ткань, способная и согревать, и охлаждать

Создана ткань, способная и согревать, и охлаждать

Создан согревающе-охлаждающий материал для одежды

Новая ткань позволит человеку комфортно чувствовать себя в одежде даже при изменении температуры окружающей среды на 15 градусов.

Учёные изобрели уникальную ткань, одна сторона которой способна удерживать тепло, а другая – наоборот рассеивать. Новый вид текстиля планируется использовать для создания двусторонней одежды, которая могла бы при необходимости не только согревать, но и охлаждать человека.

Специалисты многие десятилетия работают над созданием различных материалов, которые позволяли бы сохранять оптимальную для человеческого тела температуру. Обычно ткань призвана либо согревать, либо охлаждать, но в жизни часто бывает, что в одной и той же одежде в зависимости от условий окружающей среды или собственной активности то холодно, то жарко. Именно для таких случаев и может пригодиться изобретение учёных Стэнфордского университета.

В основу уникального двустороннего материала лег особый полиэтилен c диаметром пор от 50 до 1000 нанометров. Ранее он применялся другими исследователями для создания «охлаждающей» одежды. Величина отверстий здесь сопоставима с длиной волны видимого излучения (400–780 нанометров), поэтому окружающий свет сильно рассеивается на них и материал становится для него непрозрачным. В то же время тепло человеческого тела соответствует инфракрасному излучению с гораздо большей длиной волны (около 9,5 микрометра). Отверстия в нанопористом полиэтилене «незаметны» для него, поэтому материал пропускает большую часть тепла человеческого тела.

Толщина слоя с «согревающей» стороны составляет 24 микрометра, а с «охлаждающей» – 12. Между двумя слоями полиэтилена разной ширины зажаты ещё два: углеродный и медный. Углерод обладает высоким коэффициентом излучения и хорошо поглощает и отдает тепло, поэтому ученые использовали его для охлаждающей стороны текстиля. Материал пронизан большими порами, и его толщина составляет 9 микрометров, поэтому он позволяет коже дышать. Для согревающей стороны исследователи решили использовать медь из-за её хороших отражательных характеристик. Они сделали медное напыление, обладающее низким коэффициентом излучения. Его толщина составила всего 150 нанометров. Столь тонкое покрытие не закрывает нанопоры и пропускает и воздух, и пар. А это означает, что человек не будет сильно потеть в такой одежде.

Тесты материала с применением искусственной кожи убедительно продемонстрировали, что текстиль обладает хорошей согревающей и охлаждающей способностью. Среднестатистическая обыкновенная ткань (60% хлопка и 40% полиэстера) повышает температуру «тела» с 31 до 36,9 градусов Цельсия, а новая ткань такой же толщины, повернутая охлаждающей стороной к коже, повышает температуру всего до 33,8 градуса. Когда материал был применён другой стороной, медным напылением наружу, то искусственная кожа разогрелась с 31 до 40,3 градуса Цельсия. Исследователи также проверили ткань в условиях повышенного потоотделения. Оказалось, что пар она также пропускает лучше обыкновенных тканей.

Основное новаторство изобретённого материала состоит в увеличении зоны теплового комфорта человека. На данный момент диапазон температур, при которых человек не мерзнет и не потеет составляет 6,5 градусов. Новая ткань позволит увеличить его более чем вдвое – до 14,7 градусов.

© Хорошие новости и добрые истории

Новая чувствительная ткань охладит тело в жару и согреет в холод

Новая ткань мгновенно “переключает настройки”, поэтому человек даже не успеет почувствовать дискомфорт в жарких или прохладных условиях.

Концепция “умной” одежды давно привлекает учёных. Они создают ткани с множеством датчиков, которые могут заменить гаджеты или медицинские приборы.

Но есть ещё одна функция, которой, по мнению исследователей, непременно должна обладать одежда будущего. Это способность согревать или охлаждать тело человека по мере необходимости.

У инженеров и дизайнеров много идей. Одни команды работают над двухсторонней одеждой, одна сторона которой может согревать тело, а другая охлаждать. Другие уверены, что будущее за роботизированной тканью, которая использует алгоритмы искусственного интеллекта, чтобы оценить температуру тела человека и при необходимости обеспечить вентиляцию.

Новое оригинальное решение представили исследователи из Мэрилендского университета в Колледж-Парке. Они создали материал, который регулирует теплоизоляцию, переключаясь между охлаждающим и согревающим режимами.

Как известно, человеческое тело поглощает и испускает инфракрасное излучение, и это один из основных механизмов нашего теплообмена. При этом длины волн зависят от температуры тела: чем она выше, тем меньше длина волны и выше интенсивность излучения.

Новая ткань изменяет “настройки” на основе двух показателей: характеристик теплового излучения, а также уровня влажности, то есть потоотделения.

Для создания волокон, из которых состоят нити ткани, использовались два синтетических материала. Один из них поглощает воду, второй отталкивает её. Сверху нити покрыли слоем углеродных нанотрубок.

Когда часть волокон поглощает влагу, они деформируются. При этом волокна каждой нити сближаются. Охлаждающий эффект достигается за счёт сразу двух изменений.

Во-первых, толщина нити уменьшается, а поры между нитями, соответственно, расширяются, и наружу выпускается больше тепла.

Во-вторых, система из углеродных нанотрубок, которыми покрыты нити, действует как антенна, излучающая инфракрасные волны. При сближении волокон характеристики этой антенны меняются. В результате на целых 35% повышается её излучающая способность. Таким образом, ткань отводит больше тепла от тела человека.

Читайте также:  Разработана умная зебра, способная самостоятельно обнаруживать пешеходов

Отмечается, что материал реагирует на изменения потоотделения мгновенно, поэтому человек даже не успеет почувствовать, что ему жарко: ткань уже успеет создать охлаждающий эффект.

В более прохладных условиях, когда человек не потеет, а уровень теплового излучения от его тела снижается, волокна расширяются, уменьшая зазоры. Таким образом материал предотвращает “утечку” тепла.

“Известны текстильные изделия, которые увеличивают пористость в ответ на потоотделение или повышение температуры. Тем не менее никто до этого не нашёл способа “переключения” [характеристик], чтобы обеспечить повышенный комфорт в ответ на [изменение] условий окружающей среды”, – прокомментировал разработку профессор Рэй Боумэн (Ray Baughman) из Техасского университета в Далласе, не принимавший участия в исследовании.

Авторы подчёркивают ещё одну важную деталь: материалы для создания чувствительной ткани широко доступны. Покрытие из углеродных нанотрубок также не является дефицитом и легко наносится во время обычного процесса окрашивания ткани. Это означает, что производство одежды из инновационного материала будет относительно простым и недорогим.

Подробнее об этой разработке рассказывается в статье, опубликованной в журнале Science.

Одежда из двусторонней ткани согреет и охладит

Производители уже давно создают верхнюю одежду с использованием высоких технологий. Для гарантированной защиты от дождя сложным образом комбинируют специально созданные для этого материалы. Когда человек потеет, дышащие вещи отводят влагу наружу. Для этого в текстильных слоях используется особая наноструктура. Всё это хорошо, но не позволяет регулировать температуру внутри. Греет такая куртка неплохо, но если станет слишком жарко, останется только снять её. Команде из Университета Стэнфорда удалось создать многофункциональную функциональную материю. Она способна как охлаждать, так и согревать тело носителя в зависимости от его желания.

Секрет разработки кроется в сочетании материалов. В ткань входят различные слои толстого полиэтилена. Его пронизали нанопорами и сделали чувствительным к излучениям разных диапазонов: среднего инфракрасного, а также исходящего от человеческой кожи теплового. Есть у материала и ещё один слой. На него изнутри нанесёно углеродное пористое покрытие, коэффициент излучения этого материала довольно высок. Он способен не только поглощать тепло в больших количествах, но и восстанавливать его достаточно эффективно.

С другой стороны ткани напылён очень тонкий слой меди, коэффициент его излучения низок. Он поглощает и отдаёт совсем немного тепла. Но, как демонстрируют электронные микроснимки, данное покрытие из меди в достаточной мере тонкое для пропуска пара с воздухом. Так приятная прохлада доходит до кожи. Из меди с углеродом внутри образуется особый двойной слой. С близостью к человеческой коже данных веществ связан подбор толщины нанополиэтиленовой прослойки. Чтобы охлаждать тело – к нему ближе должен оказаться слой потоньше, чтобы согревать – потолще.

Очень важно, что данная материя увеличивает зону температурного комфорта. Расширяется диапазон «градусов», при которых владелец чудо-одежды не замёрзнет и не вспотеет. Подобные двусторонние вещи компенсируют температурные колебания, не затрачивая дополнительно никакой энергии.

Применять двуслойную материю можно не только при пошиве одежды. С её помощью можно защитить от капризов окружающей среды чувствительную электронику. Двуслойная ткань будет меняться так, что его буферный эффект будет увеличиваться с 6.5 до 14.7 градусов Цельсия.

Ученые создают терморегулирующую ткань

Ученым удалось создать умный текстильный материал, который согреет в холода и охладит в жаркий день.

Исследователи из Университета Мэриленда (UMD) изобрели умный материал, способный согревать человека, когда ему холодно, и охлаждать его, когда ему жарко. Текстиль изготовлен из обычных полимерных волокон, которые покрыты углеродными нанотрубками, что делает его чувствительными к изменениям температуры тела.

Умный текстиль

В теплых и влажных условиях, когда тело потеет в жаркий день, материал сжимается, позволяя большему количеству инфракрасного излучения выходить из организма. Когда становится прохладно и сухо, материал расширяется, задерживая то же тепло.

Эффект будет почти мгновенным, ткань активируется задолго до того, как человек заметит какой-либо физический дискомфорт.

«Человеческое тело – идеальный излучатель. Он быстро отдает тепло», – говорит исследователь Мин Оуян, профессор физики UMD и соавтор статьи. «На протяжении всей истории единственным способом регулирования температуры было снятие одежды или ее надевание. Но эта ткань является настоящим двунаправленным регулятором».

Наиболее очевидным применением этого материала будет спортивная одежда, но исследователи видят более широкие возможности для его использования в одежде и постельном белье.

«Я думаю, что очень интересно иметь возможность применить это явление к разработке текстиля, способного улучшить функциональность одежды», – сказал Оуян.

Ткань представляет собой новый тип активного или умного материала – класса материалов, которые изменяют свой цвет, жесткость или другое свойства. В этом случае материал меняет форму.

Исследователи из Массачусетского технологического института достигли аналогичного эффекта несколько лет назад с материалом, который они назвали BioLogic , который использовал силу определенных бактерий.

Читайте также:  Яндекс намерен усиленно бороться с пиратскими сайтами

В отличие от BioLogic, в материале UMD используется легкодоступное и простое волокно, которое, по их словам, может быть легко добавлено в процессе окрашивания. Также используется электромагнитная обработка углеродного покрытия для усиления эффекта. опубликовано econet.ru

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Сайт о нанотехнологиях #1 в России

Двусторонняя ткань охладила и согрела имитацию человеческой кожи

Инженеры из Китая разработали двустороннюю ткань для одежды, одна сторона которой (модифицированная наночастицами цинка и меди) поглощает солнечный свет и оказывает согревающий эффект, а другая сторона (покрытая слоем полиметилметакрилата и алюминия) отражает свет и рассеивает тепло.

В работе, опубликованной в журнале Nano Letters, исследователи показали возможности ткани согревать и охлаждать имитированную человеческую кожу, а также продемонстрировали способность текстиля вырабатывать электричество.

В течение одного дня температура на улице может значительно меняться, даже на 25 градусов по Цельсию. Разрабатывается все большее количество высокотехнологичных материалов для уличной одежды, способных эффективно согревать и, наоборот, охлаждать.

В 2017 году американские инженеры создали ткань на основе полиэтилена с углеродным и медным слоем, способную одновременно согревать и охлаждать. Углерод обладает высоким коэффициентом излучения и хорошо поглощает и отдает тепло, поэтому ученые использовали его для охлаждающей стороны текстиля. Для согревающей стороны исследователи решили использовать металл из-за его высокой отражательной способности: они сделали медное напыление, которое обладает низким коэффициентом излучения.

Теперь китайские инженеры во главе с Хао Луо (Hao Luo) из Чжэцзянского университета изготовили текстиль на основе политетрафторэтилена, внешнюю и внутреннюю сторону которого модифицировали разными химическими компонентами. Общая толщина ткани составила около 0,3 миллиметров.

На одну сторону ткани нанесли наночастицы цинка с помощью магнитного напыления в вакууме, а затем погрузили в раствор сульфата меди (II) CuSO₄ для осаждения наночастиц меди. Размеры металлических наночастиц составили от 100 до 550 нанометров, что обеспечивает высокую поглощающую способность солнечного света и низкий коэффициент теплового излучения. Другую сторону ткани ученые покрыли тонким слоем алюминия и слоем ПММА (полиметилметакрилата) — из этого полимера делают, например, оргстекло и контактные линзы. Слой алюминия отражает свет, как зеркало, а пористый полиметилметакрилат позволяет теплу выходить наружу.

Hao Luo et. al. / Nano Letters Hao Luo et. al. / Nano Letters

Если одежду, в перспективе изготовленную из этого материала, носить стороной c наночастицами наружу, то наночастицы цинка и меди будут поглощать солнечный свет и согревать тело человека. А если надеть одежду наизнанку, то пористое покрытие из ПММА и алюминия будет отражать солнечный свет и помогать теплу от тела рассеиваться.

Инженеры протестировали ткань под естественным солнечным светом, используя силиконовый материал, имитирующий человеческую кожу. Исследователи хотели сравнить свой текстиль с обычной белой и черной хлопковой тканью. Сторона ткани с наночастицами увеличила температуру кожи на 8,1 градус по Цельсию больше, в сравнении с черным хлопком. А другая сторона ткани охладила кожу сильнее, чем белый хлопок, на 6 градусов. Тесты проводились в солнечную погоду в 14:40 дня.

По словам инженеров, ткань проста и недорога в производстве, а воздухопроницаемость у нее такая же, как у хлопка. Пять циклов стирки этой ткани практически не повлияли на ее способность поглощать и отражать солнечный свет.

И в качестве дополнительного бонуса, надев термоэлектрогенератор толщиной 4,3 миллиметра на настоящую человеческую руку, исследователи смогли выработать небольшое количество электричества, используя разницу температур между поверхностью ткани и кожи. Температурная разница и выходное напряжение составили 9,6 градусов по Цельсию и 33 милливольта, соответственно (в солнечный день в 11:25).

Hao Luo et. al. / Nano Letters

Камуфляж-невидимка и цифровая ткань: 10 реальных материалов «из будущего»

Material science — это наука, которая изучает материалы. Ученые ищут способы улучшить существующие материалы или разработать новые, исследуют их свойства и структуру. Открытия нередко поражают воображение даже самых преданных любителей фантастики.

«Броня» для транспорта

Ученые Пермского и Томского политехнических университетов совместно разработали сверхпрочный литой стеклокристаллический материал. В его основе — оксиды кремния, магния, алюминия, титана и марганца. При взрыве новый материал распределяет энергию по всей своей площади, поэтому он более устойчив к внешнему воздействию и высокой температуре. Схожие материалы, напротив, принимают удар в одной точке и из-за этого разрушаются. Ученые утверждают, что изделия из литого стеклокристаллического материала прослужат в 15 раз дольше, чем изготовленные из металла.

У российского изобретения есть аналоги, но они содержат вредные и недешевые в производстве вещества. Для изготовления литого стеклокристаллического материала не требуются дефицитные, дорогостоящие и токсичные вещества. Из него можно делать ударопрочные корпуса для автомобилей и железнодорожного транспорта, а также тротуарную плитку, бордюры, фонтаны, украшения для фасадов.

Читайте также:  Новая разработка Lada Connect позволяет управлять автомобилем через мобильное приложение

Сплав для новых систем охлаждения

Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» в сотрудничестве с компанией LG Electronics создали новые высокотеплопроводные магниевые сплавы. Их главное преимущество — устойчивость к высоким температурам, поэтому материалы планируют использовать в системах охлаждения. Проблема аналогов в том, что они быстро нагреваются и даже загораются на солнце. Например, в 2018 году в Германии на заводе BMW случился пожар в мастерской, где находилось большое количество деталей из магниевых сплавов.

Новый материал продлевает срок службы бытовой техники, электромобилей. В США, странах Евросоюза, Корее и Китае ученые запатентовали не только сплав, но и радиатор на его основе.

Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в МФТИ:

«Высокотеплопроводные магниевые сплавы — один из удачных примеров, когда сначала компьютер исследовал свойства вариантов соединений Mg-Zn-Si-Ca, а потом ученые реализовали самые перспективные из них. Без помощи программ на создание этих материалов ушло бы в несколько раз больше времени».

Композит с возможностью регенерации

В научно-исследовательском институте космических и авиационных материалов (НИИКАМ) в городе Переславль-Залесский разработали новый композитный материал аристид. Он в десять раз легче промышленного алюминия и по прочности превосходит титан. Тонкая 3-миллиметровая пластина выдерживает выстрел в упор из пистолета среднего калибра. При этом повреждения от пули остаются только на поверхности материала. Аристид обладает свойством регенерации и самостоятельно восстанавливает небольшие повреждения. А еще он жаропрочный и переносит температуру до 1300 ℃. Для сравнения: огонь в камине разгорается максимум до 1200 ℃.

Разработчики утверждают, что аристид может заменить композитные материалы, которые используют при изготовлении деталей для космических кораблей, спутников, авиатехники. Также его можно применять в автомобильной промышленности, строительстве, производстве протезов и кардиостимуляторов.

Волокно для одежды со встроенной нейросетью

В Массачусетском технологическом университете (США) разработали первое в мире цифровое волокно — тонкую и гибкую нить, которая вшивается в любую ткань. Благодаря встроенной нейронной сети разработка умеет распознавать, хранить и анализировать информацию. Например, определять, какой физической активностью занят человек. Это доказали в ходе эксперимента: мужчина сидел, ходил и бегал в одежде с цифровым волокном, а в это время датчики анализировали изменения температуры тела и передавали данные на компьютер. Разработка смогла с точностью до 96% определить, какое действие выполняет человек. Принцип работы новинки можно сравнить со смарт-часами, которые знают, что вы начали движение, с какой скоростью идете и сколько сделали шагов.

В планах ученых — изготавливать вещи с цифровым волокном для массового потребления. Такая одежда не чувствуется на теле, а стирать ее можно до десяти раз. Пока человек носит изделие, оно измеряет пульс, температуру. Разработчики утверждают, что в перспективе технология может хранить в одежде и музыку, ведь они уже смогли записать на волокно 30-секундное аудио весом 0,48 мегабайта.

Бесконечно перерабатываемый пластик

Согласно исследованию Агентства по охране окружающей среды США, в Америке только 12% пластмассы перерабатывается более одного раза. Большинство ее видов не подлежит повторному использованию. В 2019 году американские ученые создали новый пластик полидикетоенамин (ПДК), который можно перерабатывать бесконечно. ПДК без вреда качеству «разбирают» на молекулярном уровне и собирают в другую форму с новой текстурой или цветом. Ученые даже спроектировали компьютерную модель оборудования для производства и обработки материала. На ее основе можно сделать реальную установку.

Полидикетоенамин может заменить пластмассу, которую используют в производстве бытовых предметов, машин, изделий для строительства и медицины. По планам ученых новый материал поможет очистить окружающую среду от мусора.

«Ткань» для плаща человека-невидимки

Канадская компания HyperStealth Biotechnology разработала технологию квантовой невидимости. Сквозь новый материал, как через стекло, видно почти все, что располагается за ним. Однако лучи света, попадая в микроскопические линзы, рассеиваются, и всё, что находится на определенном расстоянии позади материала — будь то люди или предметы, становятся неразличимыми. Материал похож на тонкий пластик, но его точные характеристики компания пока не раскрывает.

Разработчики запатентовали 13 видов материала разной формы и назначения. Одни могут скрывать человека, другие — здания, третьи — транспорт, космическую и военную технику, корабли. На основе нового материала получится создавать камуфляж для военных и полиции, а в будущем — и для массового потребления.

Пленка для очков вместо приборов ночного видения

Ученые из Австралийского национального университета разработали сверхтонкую пленку, которая состоит из микроскопических кристаллов и делает инфракрасное излучение видимым для человеческого глаза. Материал недорогой и простой в изготовлении.

Планируется, что разработку будут применять в службах безопасности и вооруженных силах. Сейчас там используют громоздкие приспособления для ночного видения, которые могут вызывать боли в шее. Новая сверхтонкая пленка крепится на обычные очки — она удобнее и облегчает работу в темноте. В будущем возможно массовое использование новинки: например, пленка пригодится для управления машиной в плохо освещенных местах.

Читайте также:  Представлен первый в мире электрический пикап

Металл против болгарки и дрели

Немецкие физики создали материал Proteus, который невозможно разрезать. Он прочнее стали и в семь раз легче нее. При разработке ученые вдохновлялись природой — раковиной морских улиток и кожурой грейпфрутов. Оказалось, что их структура состоит из переплетений мягких и плотных элементов. Физики повторили этот принцип в своей разработке и получили материал, который похож на желе и заполнен множеством твердых керамических кусочков.

Ученые предполагают, что изобретение будут использовать для изготовления сейфов и защитного снаряжении против холодного оружия и для работы с режущими инструментами. Ведь если попробовать разрезать Proteus болгаркой или дрелью, то он разрушит диск и сверло. Так получается, потому что материал вызывает боковые вибрации внутри режущих граней. В эксперименте блок толщиной 4 см за минуту привел в негодность диск болгарки.

Звукоизолятор, способный сделать самолеты тихими

В британском Университете Бата разработали самый легкий звукопоглощающий материал. Сделан он из жидкого оксида графена и спирта. Изобретение похоже на соты, только внутри не мед, а плотная материя со множеством воздушных пузырьков. Профессор Микеле Мео, который возглавляет команду разработчиков, поясняет: «Метод получения материала можно сравнить со взбиванием яичных белков для создания безе. То есть звукоизолятор крепкий, но содержит много воздуха».

Разработку планируют использовать в авиатехнике: она очень легкая и способна снизить уровень шума двигателей самолета. По словам ученых, авиалайнеры могут стать почти такими же тихими, как новые автомобили. Пока что материал плохо рассеивает тепло, поэтому есть риск перегрева. Ученые проводят дополнительные исследования, чтобы решить эту проблему. Также специалисты хотят найти и другие полезные свойства. Например, огнестойкость или способность защищать от электромагнитных волн.

Золото со свойствами пластмассы

В Швейцарии разработали золото, плотность которого в десять раз меньше обычного: 1,7 г/см3 по отношению к 15 г/см3. По свойствам материал напоминает пластмассу, но химический состав такой же, как у природного металла. Изделие из него не получится сломать голыми руками или разбить, даже если уронить с большой высоты. В «пластмассовом» золоте содержится множество воздушных карманов, невидимых глазу, поэтому оно такое легкое.

Изобретение поможет уменьшить вес корпуса часов, также его предполагают использовать в производстве ювелирных украшений, электронике, атомной и химической промышленности. По желанию заказчика у модифицированного золота можно менять плотность, мягкость и цвет.

Куда движется material science

Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в МФТИ:

«Раньше ученым приходилось методом проб и ошибок разрабатывать новые материалы и изучать их свойства. При этом все ограничивалось профессионализмом специалиста. То есть если он не знает про устойчивость медных проводов к вибрациям, то не поймет, что их можно использовать в транспорте. Такой подход называется экспериментальным.

В 2021 году набирает популярность другой подход — компьютерные методы. Это значит, что специальные программы ищут новые материалы и предсказывают, например, как поведет себя сплав при высокой температуре или насколько прочным будет новый вид пластика. Чаще всего этот способ используют для поиска сверхпроводников (они при низкой температуре теряют электрическое сопротивление) и термоэлектриков (веществ, которые образуют электроток при разности температур). Благодаря технологиям удалось ускорить процесс поиска различных материалов, а значит и в других производственных и научных сферах ожидается более быстрое развитие.

В российской сфере material science делают упор на разработку:

  • новых сверхтвердых материалов;
  • составов сталей с улучшенными свойствами;
  • полимерных композиционных веществ, то есть тех, которые состоят из нескольких компонентов;
  • конструкционных и функциональных материалов — это детали машин, элементы сооружений и другие изделия, которые несут силовую нагрузку.

В 2021 году по этому направлению специально создали Центр НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества». Одна из перспективных разработок — обучение компьютеров поиску уникальных соединений для промышленности. Это возможно благодаря существующим базам данных веществ: программа анализирует их и предлагает собственные варианты с улучшенными свойствами».

Камуфляж-невидимка и цифровая ткань: 10 реальных материалов «из будущего»

Material science — это наука, которая изучает материалы. Ученые ищут способы улучшить существующие материалы или разработать новые, исследуют их свойства и структуру. Открытия нередко поражают воображение даже самых преданных любителей фантастики.

«Броня» для транспорта

Ученые Пермского и Томского политехнических университетов совместно разработали сверхпрочный литой стеклокристаллический материал. В его основе — оксиды кремния, магния, алюминия, титана и марганца. При взрыве новый материал распределяет энергию по всей своей площади, поэтому он более устойчив к внешнему воздействию и высокой температуре. Схожие материалы, напротив, принимают удар в одной точке и из-за этого разрушаются. Ученые утверждают, что изделия из литого стеклокристаллического материала прослужат в 15 раз дольше, чем изготовленные из металла.

У российского изобретения есть аналоги, но они содержат вредные и недешевые в производстве вещества. Для изготовления литого стеклокристаллического материала не требуются дефицитные, дорогостоящие и токсичные вещества. Из него можно делать ударопрочные корпуса для автомобилей и железнодорожного транспорта, а также тротуарную плитку, бордюры, фонтаны, украшения для фасадов.

Читайте также:  Представлен корпус для iPhone X, который можно заряжать от Солнца

Сплав для новых систем охлаждения

Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» в сотрудничестве с компанией LG Electronics создали новые высокотеплопроводные магниевые сплавы. Их главное преимущество — устойчивость к высоким температурам, поэтому материалы планируют использовать в системах охлаждения. Проблема аналогов в том, что они быстро нагреваются и даже загораются на солнце. Например, в 2018 году в Германии на заводе BMW случился пожар в мастерской, где находилось большое количество деталей из магниевых сплавов.

Новый материал продлевает срок службы бытовой техники, электромобилей. В США, странах Евросоюза, Корее и Китае ученые запатентовали не только сплав, но и радиатор на его основе.

Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в МФТИ:

«Высокотеплопроводные магниевые сплавы — один из удачных примеров, когда сначала компьютер исследовал свойства вариантов соединений Mg-Zn-Si-Ca, а потом ученые реализовали самые перспективные из них. Без помощи программ на создание этих материалов ушло бы в несколько раз больше времени».

Композит с возможностью регенерации

В научно-исследовательском институте космических и авиационных материалов (НИИКАМ) в городе Переславль-Залесский разработали новый композитный материал аристид. Он в десять раз легче промышленного алюминия и по прочности превосходит титан. Тонкая 3-миллиметровая пластина выдерживает выстрел в упор из пистолета среднего калибра. При этом повреждения от пули остаются только на поверхности материала. Аристид обладает свойством регенерации и самостоятельно восстанавливает небольшие повреждения. А еще он жаропрочный и переносит температуру до 1300 ℃. Для сравнения: огонь в камине разгорается максимум до 1200 ℃.

Разработчики утверждают, что аристид может заменить композитные материалы, которые используют при изготовлении деталей для космических кораблей, спутников, авиатехники. Также его можно применять в автомобильной промышленности, строительстве, производстве протезов и кардиостимуляторов.

Волокно для одежды со встроенной нейросетью

В Массачусетском технологическом университете (США) разработали первое в мире цифровое волокно — тонкую и гибкую нить, которая вшивается в любую ткань. Благодаря встроенной нейронной сети разработка умеет распознавать, хранить и анализировать информацию. Например, определять, какой физической активностью занят человек. Это доказали в ходе эксперимента: мужчина сидел, ходил и бегал в одежде с цифровым волокном, а в это время датчики анализировали изменения температуры тела и передавали данные на компьютер. Разработка смогла с точностью до 96% определить, какое действие выполняет человек. Принцип работы новинки можно сравнить со смарт-часами, которые знают, что вы начали движение, с какой скоростью идете и сколько сделали шагов.

В планах ученых — изготавливать вещи с цифровым волокном для массового потребления. Такая одежда не чувствуется на теле, а стирать ее можно до десяти раз. Пока человек носит изделие, оно измеряет пульс, температуру. Разработчики утверждают, что в перспективе технология может хранить в одежде и музыку, ведь они уже смогли записать на волокно 30-секундное аудио весом 0,48 мегабайта.

Бесконечно перерабатываемый пластик

Согласно исследованию Агентства по охране окружающей среды США, в Америке только 12% пластмассы перерабатывается более одного раза. Большинство ее видов не подлежит повторному использованию. В 2019 году американские ученые создали новый пластик полидикетоенамин (ПДК), который можно перерабатывать бесконечно. ПДК без вреда качеству «разбирают» на молекулярном уровне и собирают в другую форму с новой текстурой или цветом. Ученые даже спроектировали компьютерную модель оборудования для производства и обработки материала. На ее основе можно сделать реальную установку.

Полидикетоенамин может заменить пластмассу, которую используют в производстве бытовых предметов, машин, изделий для строительства и медицины. По планам ученых новый материал поможет очистить окружающую среду от мусора.

«Ткань» для плаща человека-невидимки

Канадская компания HyperStealth Biotechnology разработала технологию квантовой невидимости. Сквозь новый материал, как через стекло, видно почти все, что располагается за ним. Однако лучи света, попадая в микроскопические линзы, рассеиваются, и всё, что находится на определенном расстоянии позади материала — будь то люди или предметы, становятся неразличимыми. Материал похож на тонкий пластик, но его точные характеристики компания пока не раскрывает.

Разработчики запатентовали 13 видов материала разной формы и назначения. Одни могут скрывать человека, другие — здания, третьи — транспорт, космическую и военную технику, корабли. На основе нового материала получится создавать камуфляж для военных и полиции, а в будущем — и для массового потребления.

Пленка для очков вместо приборов ночного видения

Ученые из Австралийского национального университета разработали сверхтонкую пленку, которая состоит из микроскопических кристаллов и делает инфракрасное излучение видимым для человеческого глаза. Материал недорогой и простой в изготовлении.

Планируется, что разработку будут применять в службах безопасности и вооруженных силах. Сейчас там используют громоздкие приспособления для ночного видения, которые могут вызывать боли в шее. Новая сверхтонкая пленка крепится на обычные очки — она удобнее и облегчает работу в темноте. В будущем возможно массовое использование новинки: например, пленка пригодится для управления машиной в плохо освещенных местах.

Читайте также:  Создан инновационный 3D-экран для слепых

Металл против болгарки и дрели

Немецкие физики создали материал Proteus, который невозможно разрезать. Он прочнее стали и в семь раз легче нее. При разработке ученые вдохновлялись природой — раковиной морских улиток и кожурой грейпфрутов. Оказалось, что их структура состоит из переплетений мягких и плотных элементов. Физики повторили этот принцип в своей разработке и получили материал, который похож на желе и заполнен множеством твердых керамических кусочков.

Ученые предполагают, что изобретение будут использовать для изготовления сейфов и защитного снаряжении против холодного оружия и для работы с режущими инструментами. Ведь если попробовать разрезать Proteus болгаркой или дрелью, то он разрушит диск и сверло. Так получается, потому что материал вызывает боковые вибрации внутри режущих граней. В эксперименте блок толщиной 4 см за минуту привел в негодность диск болгарки.

Звукоизолятор, способный сделать самолеты тихими

В британском Университете Бата разработали самый легкий звукопоглощающий материал. Сделан он из жидкого оксида графена и спирта. Изобретение похоже на соты, только внутри не мед, а плотная материя со множеством воздушных пузырьков. Профессор Микеле Мео, который возглавляет команду разработчиков, поясняет: «Метод получения материала можно сравнить со взбиванием яичных белков для создания безе. То есть звукоизолятор крепкий, но содержит много воздуха».

Разработку планируют использовать в авиатехнике: она очень легкая и способна снизить уровень шума двигателей самолета. По словам ученых, авиалайнеры могут стать почти такими же тихими, как новые автомобили. Пока что материал плохо рассеивает тепло, поэтому есть риск перегрева. Ученые проводят дополнительные исследования, чтобы решить эту проблему. Также специалисты хотят найти и другие полезные свойства. Например, огнестойкость или способность защищать от электромагнитных волн.

Золото со свойствами пластмассы

В Швейцарии разработали золото, плотность которого в десять раз меньше обычного: 1,7 г/см3 по отношению к 15 г/см3. По свойствам материал напоминает пластмассу, но химический состав такой же, как у природного металла. Изделие из него не получится сломать голыми руками или разбить, даже если уронить с большой высоты. В «пластмассовом» золоте содержится множество воздушных карманов, невидимых глазу, поэтому оно такое легкое.

Изобретение поможет уменьшить вес корпуса часов, также его предполагают использовать в производстве ювелирных украшений, электронике, атомной и химической промышленности. По желанию заказчика у модифицированного золота можно менять плотность, мягкость и цвет.

Куда движется material science

Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в МФТИ:

«Раньше ученым приходилось методом проб и ошибок разрабатывать новые материалы и изучать их свойства. При этом все ограничивалось профессионализмом специалиста. То есть если он не знает про устойчивость медных проводов к вибрациям, то не поймет, что их можно использовать в транспорте. Такой подход называется экспериментальным.

В 2021 году набирает популярность другой подход — компьютерные методы. Это значит, что специальные программы ищут новые материалы и предсказывают, например, как поведет себя сплав при высокой температуре или насколько прочным будет новый вид пластика. Чаще всего этот способ используют для поиска сверхпроводников (они при низкой температуре теряют электрическое сопротивление) и термоэлектриков (веществ, которые образуют электроток при разности температур). Благодаря технологиям удалось ускорить процесс поиска различных материалов, а значит и в других производственных и научных сферах ожидается более быстрое развитие.

В российской сфере material science делают упор на разработку:

  • новых сверхтвердых материалов;
  • составов сталей с улучшенными свойствами;
  • полимерных композиционных веществ, то есть тех, которые состоят из нескольких компонентов;
  • конструкционных и функциональных материалов — это детали машин, элементы сооружений и другие изделия, которые несут силовую нагрузку.

В 2021 году по этому направлению специально создали Центр НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества». Одна из перспективных разработок — обучение компьютеров поиску уникальных соединений для промышленности. Это возможно благодаря существующим базам данных веществ: программа анализирует их и предлагает собственные варианты с улучшенными свойствами».

20 конструктивных фактов про Лего (Lego), которые вас удивят

Датская компания Lego в 2014 году опередила компанию Mattel, став самой крупной компанией по производству игрушек в мире.

Их пластиковые кирпичики можно найти в любом конце света, и они идеально подходят для обучения детей творческому мышлению и открытию новых горизонтов.

Вот 20 фактов о Lego, которые могут вас удивить:

1. Lego не изобрела кирпичики лего.

Во время Великой депрессии никто не хотел покупать дорогую деревянную мебель, поэтому в 1932 году мастер по дереву Оле Кирк Кристиансен (Ole Kirk Kristiansen) решил создавать деревянные игрушки, а в 1934 году создал компанию Lego.

Читайте также:  Мнение искусственного интеллекта о климатических изменениях

Оле Кирк Кристиансен

Он начал продавать свои игрушки в датском городе Биллунн, не подозревая, что его деревянные конструкторы в будущем приведут к всемирно известному бренду Lego.

Оле Кирк Кристиансен за работой

Годтфред Кристиансен

Мастер вместе со своим сыном Годтфредом (Godtfred) заинтересовались одним из образцов, которые были у продавца, а именно кирпичиками, которые соединялись между собой. Позже он решил сам создавать подобные кирпичики.

2. Цифры внутри каждого кирпичика имеют свою историю.

Внутри деталей лего можно заметить маленькие цифры, которые означают, в какой форме он был создан, и какова была его позиция в ряду во время изготовления. Таким образом, в случае дефекта, деталь можно будет создать ещё раз.

3. Кирпичики лего невероятно прочные.

Учёные решили опубликовать на YouTube видео, в котором они построили аппарат, способный множество раз повторять одни и те же движения, а именно соединять и разъединять кирпичики лего.

Лишь спустя 37 112 соединений и разъединений они заметили трещину на одном из кирпичиков. Один кирпичик лего способен выдержать вес в 430 кг.

Лего колеса

4. Lego создает больше шин, чем компания Goodyear.

Компания Lego производит столько маленьких шин для своих игрушечных автомобилей, что она намного опередила Goodyear, Firestone, или Michelin, которые выпускают шины для настоящих автомобилей.

В год Lego выпускает около 320 миллионов шин. По данным компании, почти половина всех наборов, созданных компанией, содержат колёса.

Лего против оружия

5. Lego за мир.

Компания поклялась никогда не выпускать никакие игрушечные военные наборы для детей. До 1999 года компания не производила даже маленькое игрушечное оружие. Позже они начали выпускать наборы с оружием, но только сказочным, где добро борется со злом.

Лего человечки

6. Мини фигурки лего жёлтого цвета не просто так.

Впервые мини фигурки лего появились в 1975 году. Они представляли собой безликих коробкообразных человечков, чтобы дети могли придумать из них любых персонажей. Позже фигурки обрели лица и пол, но они всегда оставались жёлтыми. Согласно компании Lego это самый нейтральный, с точки зрения расы, цвет.

Сегодня всё же можно увидеть игрушечных человечков лего другого оттенка (в наборе NBA, например). Компания меняет цвет человечка, только если он относится к какой-нибудь конкретной личности.

7. Головы человечков лего содержат отверстия не просто так.

Если с человечка снять всё лишнее и обратить внимание на его голову, то можно заметить несколько отверстий. Они сделаны для того, чтобы в случае, если ребёнок решит проглотить деталь, отверстия позволили воздуху попасть в лёгкие, существенно уменьшая риск удушения и позволяя ребенку дышать.

Лего минифигурки

8. Фигурки лего становятся злее.

Учёные из новозеландского Университета Кентербери исследовали более 3 000 фигурок лего, созданных между 1975 и 2010 годами. Они пришли к выводу, что выражения лица на фигурках постепенно превращалось из более милого и приятного в более угрюмое и даже злобное.

В последние годы всё больше персонажей с угрюмым лицом появлялось в коллекциях Lego и в связи с этим глава исследования Кристофер Бартнек (Christoph Bartneck) выразил озабоченность, что такая смена настроение может повлиять на детей.

Лего для взрослых

9. Взрослые любители Лего являются самыми преданными клиентами компании.

Именно взрослые любители конструкторов Lego покупают самые дорогие наборы и отдельные детали. Но в самом начале и на протяжении нескольких лет компании считала взрослых людей, играющих в лего, странными и даже “немного ненормальными”.

Однако, после того, как представители сетей розничной торговли раскритиковали компанию за то, что она не сильно старается угодить всем, кому интересны её товары, Lego поменяли своё мнение, и теперь взрослые покупатели являются постоянными клиентами наборов Lego, их также называют коротко AFOL (Adults Fans of LEGO, т.е. “взрослые фанаты лего”).

Лего идеи

10. Предлагайте свои варианты лего наборов и компания вас услышит.

Представленная в социальных сетях компания Lego даёт возможность членам сообщества Lego предлагать различные идеи новых наборов. Если вы считаете, что миру нужна именно ваша идея набора лего – смело предлагайте её. Используя существующие детали, заявители могут визуально продемонстрировать свои идеи.

Если идея наберет 10 000 голосов, она попадёт в отдел разработки компании, где кто-то начнёт изучать все возможности (включая финансовые) по претворению ее в жизнь.

Короткие факты об игрушках Лего

1. Почему иногда в наборе может оказаться больше деталей, чем нужно?

Ответ на этот вопрос довольно простой – некоторые детали слишком легкие, чтобы их можно было взвесить во время распределения деталей на заводе.

2. Кирпичики из серии Lego Duplo в 8 раз больше обычных кирпичиков, но оба типа кирпичиков можно присоединять друг к другу.

3. В среднем каждый человек в мире владеет 86 деталями лего.

Читайте также:  Британскими инженерами изобретены роботы-тараканы

4. В 2012 году было создано 45,7 миллиардов деталей (5,2 миллионов в час).

Если сложить все эти детали вместе, то получится змейка, которой можно обернуть Землю 18 раз.

На заводе Лего (видео)

5. Название компании Lego произошло от двух датских слов “Leg Godt”, что означает “играй хорошо”.

6. Первая мини фигурка лего была создана в 1978 году, и с того момента было создано более 4 миллиардов фигурок.

7. Первая версия серии LEGO MINDSTORMS была запущена в 1998 году и была создана в партнёрстве с Массачусетским технологическим институтом (MIT).

8. Если взять 8 кирпичиков 2х4, то из них можно создать 915,103,765 различных комбинаций.

Lego использовала компьютеры, чтобы посчитать и получить эти данные.

Если использовать 2 фигурки (2х4), то число комбинация равно 24, а с тремя подобными деталями максимальное количество комбинаций будет 1 060.

Работает не хуже обычного. Немецкие ученые построили микроскоп из кубиков Lego

Единственные компоненты не из Lego — это линзы, извлеченные из камер смартфонов.

Немецкие ученые построили микроскоп высокого разрешения из компонентов Lego и деталей, извлеченных из мобильного телефона. Данная разработка является частью современного тренда “экономная наука” — использовать дешевое оборудования и программное обеспечение с открытым исходным кодом для создания недорогих научных приборов. Эти приборы формата “сделай сам” идеально подходят для образовательной среды и для использования в полевых условиях в развивающихся странах, сообщает arstechnica.com

ФОКУС в Google Новостях.

Подпишись — и всегда будь в курсе событий.

Возможно, самым известным недорогим самодельным прибором на сегодняшний день является Foldscope, оптический микроскоп, который легко собрать из листа бумаги и линзы. Он поставляется в виде комплекта, который включает магниты, чтобы пользователи могли прикрепить смартфон к Foldscope и сфотографировать увеличенные образцы. Он достаточно прочен, чтобы выдержать падение или намокание, а увеличение достаточно сильное, чтобы увидеть в образце кишечную палочку и малярийных паразитов.

Кубики Lego оказались полезным источником доступных компонентов для создания самодельных приборов. Например, в 2014 году международная группа студентов сконструировала атомно-силовой микроскоп (АСМ), используя в качестве некоторых компонентов кубики Lego. В отличие от обычного микроскопа, в котором пользователь просматривает образец через окуляр, АСМ больше похож на проигрыватель грампластинок. Крошечная игла, прикрепленная к консоли, перемещается по образцу, подпрыгивая вверх и вниз в ответ на любые удары на поверхности образца. Эти неровности “обнаруживаются” по изменениям в отраженном от консоли лазерном свете.

Тимо Бетц из Геттингенского университета и его коллеги обнаружили, что фундаментальные принципы работы микроскопа достаточно сложны для понимания учениками в школе. И несмотря на то, что микроскопы являются важным научным прибором, их использование в классах или дома, особенно во время глобальной пандемии, ограничено из-за их стоимости и хрупкости. Поэтому ученые решили построить более дешевую версию из кубиков Lego.

Единственными деталями, не из Lego, в их окончательной конструкции самодельного микроскопа являются два оптических компонента: объектив с большим увеличением и объектив с малым увеличением. Бетц и коллеги поняли, что линзы камер смартфонов теперь достаточно высокого качества и обычно стоят недорого. Они использовали пластиковую линзу сменного модуля камеры iPhone 5 для объектива с большим увеличением. А стеклянную линзу использовали для объектива с малым увеличением.

Для освещения ученые использовали специальный кирпичик Lego, в который был встроен светодиод. В случае неравномерного освещения ученые сделали рассеиватель из тонкого листа бумаги, поместив его между светодиодом и образцом. Плоская поверхность кирпичиков Lego стала отличным держателем для образцов.

Бетц и его коллеги также разработали ряд базовых домашних экспериментов, которые пользователи могли проводить со своими микроскопами из Lego. Например, в одном эксперименте изучали монослой красного лука, наблюдая, как добавление капли раствора NaCl заставляет слой лука терять воду и сжиматься. Другой эксперимент включал в себя наблюдение за образованием кристаллов соли, а третий — наблюдение за тем, как креветки артемии перемещаются в воде.

Ученые протестировали свой прибор с помощью группы детей в возрасте от 9 до 13 лет, которые построили микроскопы и провели некоторые эксперименты, что дало им достаточную свободу для самостоятельного изучения того, как работает увеличение. Ученые в результате опроса детей обнаружили, что этот процесс значительно расширил понимание детьми микроскопии.

“Мы надеемся, что этот модульный микроскоп будет использоваться в классах и дома по всему миру, чтобы вдохновлять детей на науку”, — говорит Бетц.

Камуфляж-невидимка и цифровая ткань: 10 реальных материалов «из будущего»

Material science — это наука, которая изучает материалы. Ученые ищут способы улучшить существующие материалы или разработать новые, исследуют их свойства и структуру. Открытия нередко поражают воображение даже самых преданных любителей фантастики.

«Броня» для транспорта

Ученые Пермского и Томского политехнических университетов совместно разработали сверхпрочный литой стеклокристаллический материал. В его основе — оксиды кремния, магния, алюминия, титана и марганца. При взрыве новый материал распределяет энергию по всей своей площади, поэтому он более устойчив к внешнему воздействию и высокой температуре. Схожие материалы, напротив, принимают удар в одной точке и из-за этого разрушаются. Ученые утверждают, что изделия из литого стеклокристаллического материала прослужат в 15 раз дольше, чем изготовленные из металла.

Читайте также:  Новая модель робокубиков будет помогать спасателям

У российского изобретения есть аналоги, но они содержат вредные и недешевые в производстве вещества. Для изготовления литого стеклокристаллического материала не требуются дефицитные, дорогостоящие и токсичные вещества. Из него можно делать ударопрочные корпуса для автомобилей и железнодорожного транспорта, а также тротуарную плитку, бордюры, фонтаны, украшения для фасадов.

Сплав для новых систем охлаждения

Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» в сотрудничестве с компанией LG Electronics создали новые высокотеплопроводные магниевые сплавы. Их главное преимущество — устойчивость к высоким температурам, поэтому материалы планируют использовать в системах охлаждения. Проблема аналогов в том, что они быстро нагреваются и даже загораются на солнце. Например, в 2018 году в Германии на заводе BMW случился пожар в мастерской, где находилось большое количество деталей из магниевых сплавов.

Новый материал продлевает срок службы бытовой техники, электромобилей. В США, странах Евросоюза, Корее и Китае ученые запатентовали не только сплав, но и радиатор на его основе.

Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в МФТИ:

«Высокотеплопроводные магниевые сплавы — один из удачных примеров, когда сначала компьютер исследовал свойства вариантов соединений Mg-Zn-Si-Ca, а потом ученые реализовали самые перспективные из них. Без помощи программ на создание этих материалов ушло бы в несколько раз больше времени».

Композит с возможностью регенерации

В научно-исследовательском институте космических и авиационных материалов (НИИКАМ) в городе Переславль-Залесский разработали новый композитный материал аристид. Он в десять раз легче промышленного алюминия и по прочности превосходит титан. Тонкая 3-миллиметровая пластина выдерживает выстрел в упор из пистолета среднего калибра. При этом повреждения от пули остаются только на поверхности материала. Аристид обладает свойством регенерации и самостоятельно восстанавливает небольшие повреждения. А еще он жаропрочный и переносит температуру до 1300 ℃. Для сравнения: огонь в камине разгорается максимум до 1200 ℃.

Разработчики утверждают, что аристид может заменить композитные материалы, которые используют при изготовлении деталей для космических кораблей, спутников, авиатехники. Также его можно применять в автомобильной промышленности, строительстве, производстве протезов и кардиостимуляторов.

Волокно для одежды со встроенной нейросетью

В Массачусетском технологическом университете (США) разработали первое в мире цифровое волокно — тонкую и гибкую нить, которая вшивается в любую ткань. Благодаря встроенной нейронной сети разработка умеет распознавать, хранить и анализировать информацию. Например, определять, какой физической активностью занят человек. Это доказали в ходе эксперимента: мужчина сидел, ходил и бегал в одежде с цифровым волокном, а в это время датчики анализировали изменения температуры тела и передавали данные на компьютер. Разработка смогла с точностью до 96% определить, какое действие выполняет человек. Принцип работы новинки можно сравнить со смарт-часами, которые знают, что вы начали движение, с какой скоростью идете и сколько сделали шагов.

В планах ученых — изготавливать вещи с цифровым волокном для массового потребления. Такая одежда не чувствуется на теле, а стирать ее можно до десяти раз. Пока человек носит изделие, оно измеряет пульс, температуру. Разработчики утверждают, что в перспективе технология может хранить в одежде и музыку, ведь они уже смогли записать на волокно 30-секундное аудио весом 0,48 мегабайта.

Бесконечно перерабатываемый пластик

Согласно исследованию Агентства по охране окружающей среды США, в Америке только 12% пластмассы перерабатывается более одного раза. Большинство ее видов не подлежит повторному использованию. В 2019 году американские ученые создали новый пластик полидикетоенамин (ПДК), который можно перерабатывать бесконечно. ПДК без вреда качеству «разбирают» на молекулярном уровне и собирают в другую форму с новой текстурой или цветом. Ученые даже спроектировали компьютерную модель оборудования для производства и обработки материала. На ее основе можно сделать реальную установку.

Полидикетоенамин может заменить пластмассу, которую используют в производстве бытовых предметов, машин, изделий для строительства и медицины. По планам ученых новый материал поможет очистить окружающую среду от мусора.

«Ткань» для плаща человека-невидимки

Канадская компания HyperStealth Biotechnology разработала технологию квантовой невидимости. Сквозь новый материал, как через стекло, видно почти все, что располагается за ним. Однако лучи света, попадая в микроскопические линзы, рассеиваются, и всё, что находится на определенном расстоянии позади материала — будь то люди или предметы, становятся неразличимыми. Материал похож на тонкий пластик, но его точные характеристики компания пока не раскрывает.

Разработчики запатентовали 13 видов материала разной формы и назначения. Одни могут скрывать человека, другие — здания, третьи — транспорт, космическую и военную технику, корабли. На основе нового материала получится создавать камуфляж для военных и полиции, а в будущем — и для массового потребления.

Читайте также:  Создана система навигации для роботов, курсирующих в организме человека

Пленка для очков вместо приборов ночного видения

Ученые из Австралийского национального университета разработали сверхтонкую пленку, которая состоит из микроскопических кристаллов и делает инфракрасное излучение видимым для человеческого глаза. Материал недорогой и простой в изготовлении.

Планируется, что разработку будут применять в службах безопасности и вооруженных силах. Сейчас там используют громоздкие приспособления для ночного видения, которые могут вызывать боли в шее. Новая сверхтонкая пленка крепится на обычные очки — она удобнее и облегчает работу в темноте. В будущем возможно массовое использование новинки: например, пленка пригодится для управления машиной в плохо освещенных местах.

Металл против болгарки и дрели

Немецкие физики создали материал Proteus, который невозможно разрезать. Он прочнее стали и в семь раз легче нее. При разработке ученые вдохновлялись природой — раковиной морских улиток и кожурой грейпфрутов. Оказалось, что их структура состоит из переплетений мягких и плотных элементов. Физики повторили этот принцип в своей разработке и получили материал, который похож на желе и заполнен множеством твердых керамических кусочков.

Ученые предполагают, что изобретение будут использовать для изготовления сейфов и защитного снаряжении против холодного оружия и для работы с режущими инструментами. Ведь если попробовать разрезать Proteus болгаркой или дрелью, то он разрушит диск и сверло. Так получается, потому что материал вызывает боковые вибрации внутри режущих граней. В эксперименте блок толщиной 4 см за минуту привел в негодность диск болгарки.

Звукоизолятор, способный сделать самолеты тихими

В британском Университете Бата разработали самый легкий звукопоглощающий материал. Сделан он из жидкого оксида графена и спирта. Изобретение похоже на соты, только внутри не мед, а плотная материя со множеством воздушных пузырьков. Профессор Микеле Мео, который возглавляет команду разработчиков, поясняет: «Метод получения материала можно сравнить со взбиванием яичных белков для создания безе. То есть звукоизолятор крепкий, но содержит много воздуха».

Разработку планируют использовать в авиатехнике: она очень легкая и способна снизить уровень шума двигателей самолета. По словам ученых, авиалайнеры могут стать почти такими же тихими, как новые автомобили. Пока что материал плохо рассеивает тепло, поэтому есть риск перегрева. Ученые проводят дополнительные исследования, чтобы решить эту проблему. Также специалисты хотят найти и другие полезные свойства. Например, огнестойкость или способность защищать от электромагнитных волн.

Золото со свойствами пластмассы

В Швейцарии разработали золото, плотность которого в десять раз меньше обычного: 1,7 г/см3 по отношению к 15 г/см3. По свойствам материал напоминает пластмассу, но химический состав такой же, как у природного металла. Изделие из него не получится сломать голыми руками или разбить, даже если уронить с большой высоты. В «пластмассовом» золоте содержится множество воздушных карманов, невидимых глазу, поэтому оно такое легкое.

Изобретение поможет уменьшить вес корпуса часов, также его предполагают использовать в производстве ювелирных украшений, электронике, атомной и химической промышленности. По желанию заказчика у модифицированного золота можно менять плотность, мягкость и цвет.

Куда движется material science

Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в МФТИ:

«Раньше ученым приходилось методом проб и ошибок разрабатывать новые материалы и изучать их свойства. При этом все ограничивалось профессионализмом специалиста. То есть если он не знает про устойчивость медных проводов к вибрациям, то не поймет, что их можно использовать в транспорте. Такой подход называется экспериментальным.

В 2021 году набирает популярность другой подход — компьютерные методы. Это значит, что специальные программы ищут новые материалы и предсказывают, например, как поведет себя сплав при высокой температуре или насколько прочным будет новый вид пластика. Чаще всего этот способ используют для поиска сверхпроводников (они при низкой температуре теряют электрическое сопротивление) и термоэлектриков (веществ, которые образуют электроток при разности температур). Благодаря технологиям удалось ускорить процесс поиска различных материалов, а значит и в других производственных и научных сферах ожидается более быстрое развитие.

В российской сфере material science делают упор на разработку:

  • новых сверхтвердых материалов;
  • составов сталей с улучшенными свойствами;
  • полимерных композиционных веществ, то есть тех, которые состоят из нескольких компонентов;
  • конструкционных и функциональных материалов — это детали машин, элементы сооружений и другие изделия, которые несут силовую нагрузку.

В 2021 году по этому направлению специально создали Центр НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества». Одна из перспективных разработок — обучение компьютеров поиску уникальных соединений для промышленности. Это возможно благодаря существующим базам данных веществ: программа анализирует их и предлагает собственные варианты с улучшенными свойствами».

Ссылка на основную публикацию