Семь казавшихся невероятными материалов ближайшего будущего

Графен взлетел, супермагний перестал быть секретом, из ауксетиков будут строить дома-трансформеры. Все это — выдающиеся достижения ушедшего года в области создания новых материалов. Их можно объединить в семь основных групп.

Перовскиты были названы главным материалом 2017 года. В 2018 они, как и прогнозировалось, заняли новые позиции. Компьютерная модель показала, что перовскит — идеальное вещество для расщепления воды на кислород и водород. Если этот вывод подтвердится экспериментами, большинство энергетических проблем человечества будет решено.

Главный недостаток перовскита — высокая цена. Но в уходящем году голландские ученые предложили делать его из карбоната кальция. CaCO3 содержится в раковинах каракатиц и скелетах морских ежей, а еще в меловых шахтах. Создатель метода называет его близким к алхимическому превращению свинца в золото.

Больше всего в 2018 году мы писали о двумерных материалах. Казалось бы, двумерный объект можно нарисовать, но его невозможно создать — он такая же геометрическая абстракция, как точка или прямая. Но в физике так называют кристаллы толщиной в один атом. Невероятная тонкость придает материалу уникальные свойства, в первую очередь проводимость.

Первым двумерным материалом стал графен, за его изучение Гейм и Новоселов получили в 2010 году Нобелевскую премию. Скоро на смену пришел борофен — производная химического элемента бора. Этот материал легче, гибче и прочнее графена. А теперь ученые сумели повысить эффективность борофена, увеличив область поляризации кристалла в миллион раз.

Исследователи из университета Пердью в США объявили, что выгоднее всего использовать монослой теллура — теллурен. Дителлурид вольфрама обладает уникальными проводящими качествами, в одном электронном состоянии становится изолятором, в другом сверхпроводником.

Многие другие исследования ведутся с применением полуметаллов и композитных материалов. Но материалом года издание Physics World называет все тот же графен. Причина — создание в Массачусетском институте прототипа лайнера, который отталкивается от молекул воздуха. Электроды, обеспечивающие полет, сделаны из графена и расположены на крыльях модели.

Если деревьев не станет, искусственную древесину можно будет делать из полимерной смолы и панцирей креветок (использование морских обитателей — важная тенденция в современной физике). Разработчики технологии, ученые из Научно-технического университета Китая, утверждают, что новый материал обладает всеми достоинствами дерева, при этом не горит и не промокает.

Другой, более дешевый вариант — сочетание целлюлозы и резольной смолы, уже без ракообразных. Что закономерно, тоже разработан в Китае.

Трехкальциевый силикатный супермагний был создан больше десяти лет назад, но мы ничего о нем не знали — разработку засекретили американские военные. Сейчас материал доступен гражданской промышленности, из него собираются делать суперлегкие рамы для велосипедов, мотоциклов и платформы для автомобилей.

Испытания показали, что супермагний в полтора раза легче титана и на 56% прочнее его. К сожалению, разработчики не рассказывают, с каким из редкоземельных металлов сплавляют магний, чтобы добиться таких показателей.

В Массачусетском технологическом институте (MIT) изготовили материал, способный регенерировать, извлекая строительный материал из воздуха. Точнее, из углекислого газа — совсем как растения. Предметы, способные чинить себя, известны нам из сказок. Но ни один при этом не уменьшает загрязнение окружающей среды. В отличие от творения MIT.

Важным направлением 2018 года стала разработка ауксетиков — материалов, которые при растяжении становятся толще. Структура обеспечивает уплотнение в месте, где ткань была повреждена. Поэтому ауксетики подходят для изготовления легких бронежилетов — защита мгновенно усиливается в точке соприкосновения с пулей.

Теперь ученые предлагают применять те же свойства в архитектуре. Конструкции из ауксетиков будут менять форму и фиксироваться в положении, заданном инженером.

Подобного эффекта можно добиться, если брать эластичные материалы для печати на 3D-принтере. В основном этот метод собираются использовать в дизайне — автомобилей, интерьеров и обуви. Еще одним направлением применения надувных конструкций называют робототехнику.

И самый прочный материал прошлого года сделан не благодаря успехам в химии или металлургии. Он распечатан на 3D-принтере, а невероятные параметры обеспечивает сложная внутренняя структура. Схема пересечения плоскостей делает конструкцию в три раза прочнее, чем стандартный строительные фермы. Правда, стоят новые детали дороже серебряных.

Главной проблемой большинства разработок уходящего года оказалась не эффективность — она впечатляет, а цена. Поэтому многие исследователи озадачились тем, как упростить производство или заменить редкие элементы более распространенными. И, как мы видим, в большинстве случаев нашли решение.