жаңалықтар

Графен материалы

Графен - көміртегі атомдарының бір қабатынан тұратын бірегей материал. Ол өте жоғары электр өткізгіштігін көрсетеді, 10⁶ S/m жетеді, бұл мысқа қарағанда 15 есе жоғары, бұл оны Жердегі ең төмен электр кедергісі бар материал етеді. Деректер сонымен қатар оның өткізгіштігінің 1515,2 С/см жетуі мүмкін екенін көрсетеді. Полимерлі материалдар саласында графеннің қолдану мүмкіндігі зор.

Полимерлі материалдарға жоғары өнімді қоспа ретінде енгізілгенде, графен электр өткізгіштігі мен тозуға төзімділігін айтарлықтай арттырады. Графенді қосу материалдың өткізгіштігін айтарлықтай арттырады, электронды құрылғыларда, батареяларда және ұқсас қолданбаларда керемет өнімділікті қамтамасыз етеді. Оның жоғары беріктігі сонымен қатар полимерлік құрылымдық материалдардың механикалық қасиеттерін жақсартады, бұл оны аэроғарыш және автомобиль өндірісі сияқты күшті сұранысқа ие секторлар үшін қолайлы етеді.

Жоғары өнімді көміртекті талшықты композиттер

Көміртекті талшық - бұл қауырсын сияқты жеңіл, бірақ болат сияқты берік материал, материал ландшафтында маңызды орынға ие. Төмен тығыздығы мен жоғары беріктігін пайдалана отырып, көміртекті талшық автомобиль өндірісінде де, аэроғарыш өнеркәсібінде де маңызды қолданбаларды табады.

Автокөлік өндірісінде ол дененің рамалары мен құрамдас бөліктерін жасау үшін қолданылады, көлік құралының жалпы беріктігін арттырады, сонымен бірге салмақты азайтады және отын тиімділігін арттырады. Аэроғарыш саласында ол ұшақтың салмағын тиімді төмендететін, энергия шығынын азайтатын және ұшу өнімділігін арттыратын ұшақтың құрылымдық бөліктері үшін тамаша материал ретінде қызмет етеді.

Жетілдірілген жартылай өткізгіш материалдар

Ақпараттық технологиялардың қарыштап дамып келе жатқан бүгінгі дәуірінде барлық секторлардағы технологиялық жаңартуларға үлкен сұраныс бар. Электроника өнеркәсібі өнімділігі жоғары жартылай өткізгіш материалдарға ерекше көрнекті және үздіксіз өсіп келе жатқан қажеттілікті көрсетеді. Қазіргі заманғы электронды технологияның негізгі іргетасы ретінде жартылай өткізгіш материалдардың сапасы электрондық құрылғылардың жұмыс жылдамдығын, тиімділігін және функционалдығын тікелей анықтайды.

Микроскопиялық деңгейде электрлік қасиеттер, кристалдық құрылым және қоспалардың мазмұны сияқты сипаттамалар электрондық құрылғының жұмысына айтарлықтай әсер етеді. Мысалы, тасымалдаушы ұтқырлығы жоғары жартылай өткізгіш материалдар электрондардың жылдам қозғалысын қамтамасыз етеді, есептеу жылдамдығын арттырады. Таза кристалды құрылымдар электрондардың шашырауын азайтып, жұмыс тиімділігін одан әрі арттырады.

Практикалық қолданбаларда бұл өнімділігі жоғары жартылай өткізгіш материалдар смартфондар, компьютерлік процессорлар және жоғары жылдамдықты байланыс чиптері сияқты жылдамырақ, тиімдірек электронды құрылғыларды өндіруге негіз болады. Олар электронды құрылғыларды кішірейтуге және жоғары өнімділікке мүмкіндік береді, бұл шектеулі кеңістікте көбірек функционалды модульдерді біріктіруге мүмкіндік береді. Бұл ақпаратты алу мен өңдеуге үнемі өсіп келе жатқан сұранысты қанағаттандыра отырып, күрделірек есептеу және өңдеу тапсырмаларын орындауды жеңілдетеді. Жартылай өткізгіштерді өндіруге қатысты шайыр материалдары назар аударуға лайық.

3D басып шығару материалдары

Металлдардан пластмассаға дейін 3D басып шығару технологиясының жетілдірілуі әртүрлі материалды қолдауға негізделген, бұл материалдар кең қолданбалы және полимер материалдары саласында маңызды маңыздылыққа ие.

3D басып шығарудағы металл материалдар аэроғарыштағы қозғалтқыш бөлшектері және медициналық құрылғылардағы металл имплантаттар сияқты жоғары беріктік пен дәлдікті қажет ететін компоненттерді өндіру үшін пайдаланылады. Пластикалық материалдар әртүрлі қасиеттерімен және өңдеудің қарапайымдылығымен 3D басып шығаруда одан да кеңірек қолданыс тапты.

Полимерлі материалдар 3D басып шығару материалдарының маңызды құрамдас бөлігін құрайды, бұл технологияның үлкен мүмкіндіктерін ашады. Тамаша биоүйлесімділігі бар мамандандырылған полимерлер биоинженерлік тіндік тіректерді басып шығаруға мүмкіндік береді. Кейбір полимерлер ерекше қолдану талаптарын қанағаттандыратын бірегей оптикалық немесе электрлік қасиеттерге ие. Жылыту арқылы балқытылған термопластика күрделі пішіндерді жылдам дайындау үшін қабат-қабат тұндыру мүмкіндігін береді, бұл оларды өнімнің прототипін жасауда және жеке теңшеуде кеңінен қолдануға мүмкіндік береді.

Бұл әртүрлі материалды қолдау 3D басып шығару технологиясына әртүрлі талаптар негізінде өндіріске сәйкес материалдарды таңдауға мүмкіндік береді, бұл сұраныс бойынша өндірісті шындыққа айналдырады. Өнеркәсіптік өндірістегі құрамдастарды теңшеу немесе денсаулық сақтауда дербестендірілген медициналық құрылғыларды шығару үшін 3D басып шығару әртүрлі салаларда революциялық өзгерістерді тудыратын тиімді, дәл өндіріске қол жеткізу үшін кең материалдық ресурстарды пайдаланады.

Асқын өткізгіш материалдар

Бірегей физикалық қасиеттері бар материалдар ретінде асқын өткізгіштер материалтануда, әсіресе электр тогының берілуі мен электромагниттік құбылыстарды қамтитын қолданбаларда ерекше маңызды орынға ие. Асқын өткізгіш материалдардың ең керемет сипаттамасы олардың белгілі бір жағдайларда нөлдік кедергісі бар электр тогын өткізу қабілеті болып табылады. Бұл қасиет асқын өткізгіштерге электр энергиясын беру саласында қолдану үшін үлкен әлеует береді.

Кәдімгі электр беру процестерінде өткізгіштерге тән кедергі жылу түрінде айтарлықтай энергия жоғалтуына әкеледі. Асқын өткізгіш материалдарды қолдану бұл жағдайды түбегейлі өзгертуге уәде береді. Электр беру желілерінде жұмыс істегенде, олар арқылы ток кедергісіз өтеді, нәтижесінде электр энергиясы іс жүзінде нөлдік жоғалады. Бұл тасымалдау тиімділігін айтарлықтай арттырады, энергия ысыраптарын азайтады және қоршаған ортаға әсерді азайтады.

Асқын өткізгіш материалдар магниттік левитация тасымалдауында да маңызды рөл атқарады. Маглев пойыздары жолдағы магнит өрістерімен әрекеттесу үшін асқын өткізгіш материалдардан пайда болатын қуатты магнит өрістерін пайдаланады, бұл пойыздың жоғары жылдамдықта көтерілуіне және жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Асқын өткізгіш материалдардың нөлдік кедергі қасиеті магнит өрістерінің тұрақты генерациясын және сақталуын қамтамасыз етеді, тұрақты левитация мен қозғаушы күштерді қамтамасыз етеді. Бұл дәстүрлі тасымалдау әдістерін түбегейлі өзгерте отырып, пойыздарға жоғары жылдамдықпен жүруге мүмкіндік береді.

Асқын өткізгіш материалдарды қолдану перспективалары өте кең. Қуат берудегі және магниттік левитацияны тасымалдаудағы елеулі әсерінен басқа, олар медициналық жабдықтағы магниттік-резонанстық бейнелеу (МРТ) технологиясы және жоғары энергиялық физика зерттеулеріндегі бөлшектердің үдеткіштері сияқты басқа салаларда әлеуетті құндылыққа ие.

Ақылды бионикалық материалдар

Материалтану ғылымының кең ауқымында таңғажайып қасиеттерді көрсететін табиғатта кездесетін биологиялық құрылымдарға ұқсайтын материалдардың ерекше класы бар. Бұл материалдар полимерлі материалдар секторында маңызды орын алады. Олар қоршаған ортаның өзгеруіне жауап бере алады, өзін-өзі жөндеуге және тіпті өзін-өзі тазалауға қабілетті.

Кейбір смарт полимер материалдары биологиялық құрылымдарға ұқсайтын сипаттамаларға ие. Мысалы, кейбір полимерлі гидрогельдер биологиялық тіндерде кездесетін жасушадан тыс матрицадан құрылымдық шабыт алады. Бұл гидрогельдер қоршаған ортадағы ылғалдылық өзгерістерін сезіне алады: ылғалдылық азайған кезде олар судың жоғалуын азайту үшін жиырылады; және ылғалдылық жоғарылағанда ылғалды сіңіру үшін кеңейеді, осылайша қоршаған ортаның ылғалдылық деңгейіне жауап береді.

Өзін-өзі емдеуге келетін болсақ, құрамында арнайы химиялық байланыстар немесе микроқұрылымдары бар кейбір полимерлік материалдар зақымданудан кейін өздігінен қалпына келтіре алады. Мысалы, динамикалық коваленттік байланыстары бар полимерлер бетіндегі жарықтар пайда болған кезде бұл байланыстарды белгілі бір жағдайларда қайта реттей алады, зақымдарды емдейді және материалдың тұтастығы мен өнімділігін қалпына келтіреді.

Өзін-өзі тазартатын функционалдылық үшін белгілі бір полимерлі материалдар бұған арнайы беттік құрылымдар немесе химиялық модификациялар арқылы қол жеткізеді. Мысалы, кейбір полимерлі жабын материалдарында лотос жапырақтарына ұқсайтын микроскопиялық құрылымдар бар. Бұл микроқұрылым су тамшыларының материалдың бетінде түйіршіктер түзіп, тез домалап, бір уақытта шаң мен кірді алып кетуіне мүмкіндік береді, осылайша өзін-өзі тазарту әсеріне қол жеткізеді.

Биологиялық ыдырайтын материалдар

Қазіргі қоғамда тұрақты ластану экожүйелерге қауіп төндіретін экологиялық мәселелер ауыр. Материалдар саласында,биологиялық ыдырайтын материалдарБірегей артықшылықтарды және әсіресе полимерлік материалдар саласында қолданудың маңызды мәнін көрсете отырып, тұрақты шешімдер ретінде айтарлықтай назар аударды.

Медицина саласында биологиялық ыдырайтын материалдар шешуші рөл атқарады. Мысалы, жараны жабу үшін қолданылатын тігістер көбінесе биологиялық ыдырайтын полимерлі материалдардан жасалады. Бұл материалдар жараны емдеу процесінде біртіндеп тозып, алып тастау қажеттілігін жояды және пациенттің қолайсыздығы мен инфекция қаупін азайтады.

Бір мезгілде биологиялық ыдырайтын полимерлер ұлпа инженериясында және дәрілік заттарды жеткізу жүйелерінде кеңінен қолданылады. Олар жасушаның өсуіне және тіндердің қалпына келуіне құрылымдық қолдау көрсететін жасушалық тіректер ретінде қызмет етеді. Бұл материалдар денеде қалдық қалдырмай уақыт өте нашарлайды, осылайша денсаулыққа ықтимал қауіптерден аулақ болады.

Қаптама секторында биологиялық ыдырайтын материалдардың қолдану мүмкіндігі зор. Дәстүрлі пластикалық қаптаманың бұзылуы қиын, бұл тұрақты ақ ластануға әкеледі. Пластикалық пакеттер мен қораптар сияқты биологиялық ыдырайтын полимерлерден жасалған орау өнімдері қолданылғаннан кейін табиғи ортада микробтық әсер ету арқылы біртіндеп зиянсыз заттарға ыдырап, тұрақты ластануды азайтады. Мысалы, полилактикалық қышқылды (PLA) орау материалдары орауыштың негізгі талаптарын қанағаттандыру үшін жақсы механикалық және өңдеу қасиеттерін ұсынады, сонымен бірге биологиялық ыдырайтын болғандықтан, оларды тамаша балама етеді.

Наноматериалдар

Материалтану ғылымының үздіксіз ілгерілеуінде наноматериалдар бірегей қасиеттері мен микроскопиялық масштабта затты басқару қабілетіне байланысты зерттеу және қолданбалы нүкте ретінде пайда болды. Олар сондай-ақ полимерлі материалдар саласында маңызды орынға ие. Наноөлшемде заттарды басқара отырып, бұл материалдар медицинада, энергетикада және электроникада маңызды үлес қосуға дайын ерекше қасиеттерді көрсетеді.

Медицина саласында наноматериалдардың бірегей қасиеттері ауруларды диагностикалау мен емдеудің жаңа мүмкіндіктерін ұсынады. Мысалы, белгілі бір нанополимерлі материалдарды мақсатты дәрі-дәрмек жеткізу құралдары ретінде жасауға болады. Бұл тасымалдаушылар ауру жасушаларға дәрі-дәрмекті дәл жеткізеді, сау тіндердің зақымдануын азайта отырып, терапевтік тиімділікті арттырады. Сонымен қатар, наноматериалдар медициналық бейнелеуде пайдаланылады - мысалы, наноөлшемді контраст агенттері кескіннің анықтығы мен дәлдігін жақсартады, дәрігерлерге ауруды дәлірек диагностикалауға көмектеседі.

Энергетика секторында наноматериалдар да үлкен әлеуетті көрсетеді. Мысалы, аккумуляторлық технологияда қолданылатын полимерлік нанокомпозиттерді алайық. Наноматериалдарды қосу батареяның энергия тығыздығын және зарядтау/разряд тиімділігін арттырып, жалпы өнімділікті жақсартады. Күн батареялары үшін кейбір наноматериалдар жарықты сіңіру мен түрлендіру тиімділігін арттырып, фотоэлектрлік құрылғылардың қуат өндіру қабілетін арттырады.

Наноматериалдарды қолдану электроникада да қарқынды дамып келеді. Наноөлшемді полимерлі материалдар кішірек, өнімділігі жоғары электрондық компоненттерді өндіруге мүмкіндік береді. Мысалы, нанотранзисторлардың дамуы электронды құрылғыларда үлкен интеграцияға және жылдамырақ жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, наноматериалдар портативті және иілгіш электрондық құрылғыларға өсіп келе жатқан талаптарды қанағаттандыра отырып, икемді электрониканың жасалуын жеңілдетеді.

Қысқаша

бұл материалдардың жетілдірілуі тек технологиялық инновацияларды қозғап қана қоймайды, сонымен қатар энергетика, қоршаған орта және денсаулық саласындағы жаһандық мәселелерді шешудің жаңа мүмкіндіктерін ұсынады.