жаңалықтар

Графен материалы

Графен - көміртек атомдарының бір қабатынан тұратын ерекше материал. Ол өте жоғары электр өткізгіштікке ие, 10⁶S/m-ге жетеді, бұл мысқа қарағанда 15 есе көп, бұл оны Жердегі ең төмен электр кедергісі бар материал етеді. Деректер сонымен қатар оның өткізгіштігі 1515,2 S/cm-ге жетуі мүмкін екенін көрсетеді. Полимер материалдары саласында графеннің қолдану әлеуеті зор.

Полимерлі материалдарға жоғары өнімді қоспа ретінде қосылған кезде, графен электр өткізгіштігін және тозуға төзімділігін айтарлықтай арттырады. Графенді қосу материалдың өткізгіштігін айтарлықтай арттырады, электронды құрылғыларда, батареяларда және осыған ұқсас қолданбаларда керемет өнімділік береді. Оның жоғары беріктігі полимерлі құрылымдық материалдардың механикалық қасиеттерін де жақсартады, бұл оны аэроғарыш және автомобиль өндірісі сияқты жоғары беріктікке сұранысқа ие салаларға жарамды етеді.

Жоғары өнімді көміртекті талшық композиттері

Көміртекті талшық - қауырсын сияқты жеңіл, бірақ болат сияқты берік материал, ол материалдық ландшафтта маңызды орын алады. Төмен тығыздығы мен жоғары беріктігі арқасында көміртекті талшық автомобиль өндірісінде де, аэроғарыш саласында да маңызды қолданысқа ие.

Автокөлік өндірісінде ол кузов рамалары мен бөлшектерін жасау үшін қолданылады, бұл көліктің жалпы беріктігін арттыра отырып, салмақты азайтады және отын тиімділігін арттырады. Аэроғарыш саласында ол ұшақтың құрылымдық компоненттері үшін тамаша материал ретінде қызмет етеді, ұшақтың салмағын тиімді түрде азайтады, энергия шығынын азайтады және ұшу өнімділігін жақсартады.

Жетілдірілген жартылай өткізгіш материалдар

Бүгінгі ақпараттық технологиялардың қарқынды дамуы дәуірінде барлық салаларда технологиялық жаңартуларға деген сұраныс жоғары. Электроника өндірісі өнеркәсібі жоғары өнімді жартылай өткізгіш материалдарға деген қажеттілікті ерекше көрсетеді және үнемі өсіп келеді. Қазіргі заманғы электронды технологияның негізгі негізі ретінде жартылай өткізгіш материалдардың сапасы электрондық құрылғылардың жұмыс жылдамдығын, тиімділігін және функционалдығын тікелей анықтайды.

Микроскопиялық деңгейде электрлік қасиеттер, кристалдық құрылым және қоспа мөлшері сияқты сипаттамалар электрондық құрылғылардың жұмысына айтарлықтай әсер етеді. Мысалы, тасымалдаушылардың қозғалғыштығы жоғары жартылай өткізгіш материалдар электрондардың жылдам қозғалуына мүмкіндік береді, бұл есептеу жылдамдығын арттырады. Таза кристалдық құрылымдар электрондардың шашырауын азайтады, бұл жұмыс тиімділігін одан әрі арттырады.

Практикалық қолданыстарда бұл жоғары өнімді жартылай өткізгіш материалдар смартфондар, компьютерлік процессорлар және жоғары жылдамдықты байланыс чиптері сияқты жылдамырақ және тиімдірек электрондық құрылғыларды өндірудің негізін құрайды. Олар электрондық құрылғыларды миниатюризациялауға және жоғары өнімділікке мүмкіндік береді, шектеулі кеңістікте көбірек функционалды модульдерді біріктіруге мүмкіндік береді. Бұл ақпаратты алу мен өңдеуге деген үнемі өсіп келе жатқан сұранысты қанағаттандыратын күрделі есептеу және өңдеу тапсырмаларын орындауды жеңілдетеді. Жартылай өткізгіштер өндірісіне қатысты шайыр материалдары назар аударуға тұрарлық.

3D басып шығару материалдары

Металлдардан пластмассаға дейін, 3D басып шығару технологиясының дамуы әртүрлі материалдық қолдауға негізделген, бұл материалдар кеңінен қолданылады және полимер материалдары саласында маңызды маңызға ие.

3D басып шығарудағы металл материалдар аэроғарыштағы қозғалтқыш бөлшектері және медициналық құрылғылардағы металл имплантаттар сияқты жоғары беріктік пен дәлдікті қажет ететін компоненттерді жасау үшін қолданылады. Әртүрлі қасиеттері мен өңдеудің қарапайымдылығымен пластикалық материалдар 3D басып шығаруда одан да кең қолданыс тапты.

Полимер материалдары 3D басып шығару материалдарының маңызды құрамдас бөлігі болып табылады, бұл технология үшін үлкен мүмкіндіктерді ашады. Тамаша биоүйлесімділігі бар мамандандырылған полимерлер биоинженерлік тіндік каркастарды басып шығаруға мүмкіндік береді. Кейбір полимерлер ерекше оптикалық немесе электрлік қасиеттерге ие, бұл нақты қолдану талаптарын қанағаттандырады. Қыздыру арқылы балқытылған термопластиктер күрделі пішіндерді тез жасау үшін қабат-қабат тұндыруға мүмкіндік береді, бұл оларды өнімді прототиптеуде және жекелендірілген теңшеуде кеңінен қолдануға мүмкіндік береді.

Бұл әртүрлі материалдық қолдау 3D басып шығару технологиясына әртүрлі талаптарға негізделген өндіріс үшін тиісті материалдарды таңдауға мүмкіндік береді, бұл сұраныс бойынша өндірісті шындыққа айналдырады. Өнеркәсіптік өндірістегі компоненттерді теңшеу немесе денсаулық сақтау саласындағы жеке медициналық құрылғыларды өндіру үшін болсын, 3D басып шығару тиімді, дәл өндіріске қол жеткізу үшін кең материалдық ресурстарын пайдаланады, бұл әртүрлі салаларда революциялық өзгерістерді тудырады.

Асқын өткізгіш материалдар

Бірегей физикалық қасиеттерге ие материалдар ретінде асқын өткізгіштер материалтануда, әсіресе электр тогының өткізілуі мен электромагниттік құбылыстарға қатысты қолданбаларда ерекше маңызды орын алады. Асқын өткізгіш материалдардың ең ерекше ерекшелігі - олардың белгілі бір жағдайларда нөлдік кедергімен электр тогын өткізу қабілеті. Бұл қасиет асқын өткізгіштерге электр беру саласында қолдану үшін үлкен әлеует береді.

Дәстүрлі электр беру процестерінде өткізгіштерге тән кедергі жылу түрінде айтарлықтай энергия шығындарына әкеледі. Асқын өткізгіш материалдарды қолдану бұл жағдайды түбегейлі өзгертуге уәде береді. Электр беру желілерінде қолданылған кезде ток олар арқылы кедергісіз өтеді, бұл электр энергиясының жоғалуын іс жүзінде нөлге жеткізеді. Бұл беру тиімділігін айтарлықтай арттырады, энергия шығынын азайтады және қоршаған ортаға әсерді азайтады.

Аса өткізгіш материалдар магниттік левитациялық тасымалдауда да маңызды рөл атқарады. Маглев пойыздары аса өткізгіш материалдар тудыратын қуатты магнит өрістерін жолдағы магнит өрістерімен әрекеттесу үшін пайдаланады, бұл пойыздың жоғары жылдамдықта левитациялануына және жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Аса өткізгіш материалдардың нөлдік кедергі қасиеті магнит өрістерінің тұрақты пайда болуын және сақталуын қамтамасыз етеді, тұрақты левитация және қозғаушы күштерді қамтамасыз етеді. Бұл пойыздардың жоғары жылдамдықпен тегіс жұмыс істеуіне мүмкіндік береді, дәстүрлі тасымалдау әдістерін түбегейлі өзгертеді.

Асқын өткізгіш материалдарды қолдану перспективалары өте кең. Электр қуатын беру және магниттік левитация тасымалдаудағы маңызды әсерінен басқа, олар медициналық жабдықтардағы магниттік-резонанстық томография (МРТ) технологиясы және жоғары энергиялы физика зерттеулеріндегі бөлшектер үдеткіштері сияқты басқа салаларда да әлеуетті құндылыққа ие.

Ақылды бионик материалдар

Материалтанудың кең ауқымында табиғатта кездесетін биологиялық құрылымдарды имитациялайтын және таңғажайып қасиеттер көрсететін материалдардың ерекше класы бар. Бұл материалдар полимер материалдары саласында маңызды маңызға ие. Олар қоршаған ортаның өзгерістеріне жауап бере алады, өзін-өзі қалпына келтіре алады және тіпті өзін-өзі тазалай алады.

Кейбір ақылды полимер материалдары биологиялық құрылымдарды имитациялайтын сипаттамаларға ие. Мысалы, кейбір полимер гидрогельдері биологиялық тіндерде кездесетін жасушадан тыс матрицадан құрылымдық шабыт алады. Бұл гидрогельдер қоршаған ортадағы ылғалдылықтың өзгеруін сезе алады: ылғалдылық төмендеген кезде олар судың жоғалуын азайту үшін жиырылады; ал ылғалдылық жоғарылаған кезде ылғалды сіңіру үшін кеңейеді, осылайша қоршаған ортаның ылғалдылық деңгейіне жауап береді.

Өздігінен қалпына келуге келетін болсақ, арнайы химиялық байланыстар немесе микроқұрылымдар бар кейбір полимерлі материалдар зақымданғаннан кейін автоматты түрде қалпына келе алады. Мысалы, динамикалық ковалентті байланыстары бар полимерлер беткі жарықтар пайда болған кезде белгілі бір жағдайларда бұл байланыстарды қайта құра алады, зақымдануды жазып, материалдың тұтастығы мен жұмысын қалпына келтіреді.

Өзін-өзі тазалау функциясы үшін кейбір полимерлі материалдар мұны арнайы беттік құрылымдар немесе химиялық модификациялар арқылы жүзеге асырады. Мысалы, кейбір полимерлі жабын материалдарында лотос жапырақтарына ұқсас микроскопиялық құрылымдар бар. Бұл микроқұрылым су тамшыларының материалдың бетінде моншақтар түзіп, тез домалап кетуіне, сонымен бірге шаң мен кірді алып кетуіне, осылайша өзін-өзі тазалау әсеріне қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Биологиялық ыдырайтын материалдар

Бүгінгі қоғамда экологиялық қиындықтар күрделі, ластану үнемі экожүйелерге қауіп төндіреді. Материалдар саласында,биологиялық ыдырайтын материалдартұрақты шешімдер ретінде айтарлықтай назар аударды, ерекше артықшылықтары мен айтарлықтай қолдану құндылығын көрсетті, әсіресе полимерлі материалдар саласында.

Медицина саласында биологиялық ыдырайтын материалдар маңызды рөл атқарады. Мысалы, жараны жабу үшін қолданылатын тігістер көбінесе биологиялық ыдырайтын полимер материалдарынан жасалады. Бұл материалдар жараны жазу процесінде біртіндеп ыдырайды, бұл оны алып тастау қажеттілігін жояды және пациенттің жайсыздығы мен инфекция қаупін азайтады.

Сонымен қатар, биологиялық ыдырайтын полимерлер тіндерді инженериялау және дәрі-дәрмек жеткізу жүйелерінде кеңінен қолданылады. Олар жасуша өсуі мен тіндерді қалпына келтіру үшін құрылымдық тірек болып табылатын жасушалық тірек ретінде қызмет етеді. Бұл материалдар уақыт өте келе денеде қалдық қалдырмай ыдырайды, осылайша денсаулыққа ықтимал қауіптердің алдын алады.

Қаптама саласында биологиялық ыдырайтын материалдардың қолдану әлеуеті зор. Дәстүрлі пластик қаптаманы ыдырату қиын, бұл тұрақты ақ ластануға әкеледі. Пластикалық пакеттер мен қораптар сияқты биологиялық ыдырайтын полимерлерден жасалған қаптама өнімдері қолданғаннан кейін табиғи ортада микробтық әсер ету арқылы біртіндеп зиянсыз заттарға ыдырайды, бұл тұрақты ластануды азайтады. Мысалы, полилактикалық қышқыл (PLA) қаптама материалдары биологиялық ыдырайтын бола отырып, негізгі қаптама талаптарын қанағаттандыру үшін жақсы механикалық және өңдеу қасиеттерін ұсынады, бұл оларды тамаша балама етеді.

Наноматериалдар

Материалтанудың үздіксіз дамуы барысында наноматериалдар өздерінің ерекше қасиеттері мен микроскопиялық ауқымда заттарды басқару мүмкіндігінің арқасында зерттеу және қолданудың маңызды нысанына айналды. Олар сондай-ақ полимер материалдары саласында маңызды орын алады. Затты наноөлшемде басқару арқылы бұл материалдар медицина, энергетика және электроника салаларына айтарлықтай үлес қосатын ерекше қасиеттерді көрсетеді.

Медицина саласында наноматериалдардың бірегей қасиеттері ауруларды диагностикалау және емдеу үшін жаңа мүмкіндіктер ашады. Мысалы, кейбір нанополимерлі материалдарды дәрі-дәрмекті мақсатты жеткізу құралдары ретінде жасауға болады. Бұл тасымалдаушылар дәрі-дәрмектерді ауру жасушаларға дәл жеткізеді, бұл терапиялық тиімділікті арттырады және сау тіндерге зақым келтіруді азайтады. Сонымен қатар, наноматериалдар медициналық бейнелеуде қолданылады - мысалы, наноматериалдар бейнелеудің анықтығы мен дәлдігін арттырады, дәрігерлерге ауруды дәлірек диагностикалауға көмектеседі.

Энергетика саласында наноматериалдар да орасан зор әлеуетке ие. Мысалы, батарея технологиясында қолданылатын полимерлі нанокомпозиттерді алайық. Наноматериалдарды қосу батареяның энергия тығыздығын және зарядтау/разрядтау тиімділігін арттыра алады, осылайша жалпы өнімділікті жақсартады. Күн батареялары үшін белгілі бір наноматериалдар жарықты сіңіру және түрлендіру тиімділігін арттыра алады, бұл фотоэлектрлік құрылғылардың энергия өндіру қуатын арттырады.

Наноматериалдарды электроникада қолдану да тез дамып келеді. Наноматериалдар кішірек, жоғары өнімді электрондық компоненттерді өндіруге мүмкіндік береді. Мысалы, нанотранзисторлардың дамуы электрондық құрылғыларда интеграцияны жақсартуға және жылдам жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, наноматериалдар икемді электрониканы жасауға ықпал етеді, портативті және майысатын электрондық құрылғыларға деген өсіп келе жатқан сұранысты қанағаттандырады.

Қысқаша

Бұл материалдарды дамыту тек технологиялық инновацияларды ғана емес, сонымен қатар энергетика, қоршаған орта және денсаулық сақтау саласындағы жаһандық мәселелерді шешудің жаңа мүмкіндіктерін ұсынады.