Меню

§ 14.2 Перспективные технологии и материалы 21-го века

Содержание

Всегда ли те чудеса, о которых рассказывается в сказках, с современных позиций столь уж чудесны? Многое ли из романов писателей-фантастов 20-го века для нас уже обычное явление?

Новые перспективные технологии являются технологическими нововведениями, прогрессивными изменениями, происходящими в разных областях техносферы. Инновации повышают конкурентоспособность производимых материальных продуктов и нематериальных услуг.

Сверхпроводники. Одной из инноваций в материаловедении является создание материалов, обладающих сверхпроводимостью. Сверхпроводник — это материал, который при определённых условиях приобретает сверхпроводящие свойства. Это достигается понижением температуры, при которой электрическое сопротивление материала понижается до нуля. В сверхпроводнике нет потерь электрической энергии при её передаче на любое расстояние.

Из сверхпроводников можно делать очень мощные электромагниты и строить поезда на магнитной подушке. Такие поезда могут в вакуумных тоннелях двигаться со скоростью большей, чем у пассажирского самолёта, с малыми затратами энергии. Для поездов на магнитной подушке (см. рис. 13.5) требуется большое количество электроэнергии из-за больших потерь на нагревание электромагнитов.

Метаматериалы — это композитные (составные) материалы. В структуры природного материала внедряются упорядоченные структуры другого материала. В результате получается новый материал с уникальными электрическими, магнитными или светотехническими свойствами.

Из метаматериалов можно делать высококачественные оптические приборы и другие уникальные изделия.

Самовосстанавливающиеся материалы обладают уникальными свойствами: при полученных повреждениях они могут сами восстанавливаться, и изделие может восстановить свою форму.

То, что было фантастикой в фильмах о Терминаторе, становится реальностью. Уже созданы самовосстанавливающиеся предохранители. При больших перегрузках они перегорают и отключают потребителя от сети. А через некоторое время предохранители восстанавливаются и снова пропускают электрический ток. Такие предохранители используются в компьютерах, в электрических цепях автомобилей.

Нанотехнологии. Технологии изготовления микроскопических объектов из мельчайших частиц материи называются нанотехнологиями. (Название происходит от слова «нано» — миллиардная часть.) Такие объекты обладают принципиально новыми качествами. Нанообъекты можно объединять в новые, уже полноценные макрообъекты, которые будут обладать уникальными свойствами, подобно тому как пчёлы объединяются в рой (рис. 14.5).

Важной особенностью технологий нанометрового масштаба является способность молекул самоорганизовываться и образовывать структуры различного функционального назначения. При этом они могут порождать себе подобные структуры. Проведены эксперименты, в которых тысячи и десятки тысяч молекул соединяются в кристаллы, обладающие заданными свойствами, которые не встречаются у природных материалов.

Молекулярные группы некоторых органических веществ могут функционировать как выпрямитель переменного тока. Такие молекулы могут быть ультратонкими проводниками.

Одна молекула, полученная в нанотехнологиях, может хранить 1 бит информации.

Запоминающее устройство с огромной памятью может стать миниатюрным.

В частности, изготовленный таким образом накопитель (жёсткий диск) мог бы во много раз превзойти по ёмкости современные самые ёмкие накопители таких же размеров.

Нанотехнологии развиваются в трёх основных направлениях:

• изготовление электрических и электронных систем размером с молекулу или атом. Это позволяет делать полнофункциональные, но миниатюрные приборы и устройства;

• изготовление механизмов размерами с молекулу для конструирования нанороботов;

• сборка макропредметов из молекул и атомов.

Фундаментальные исследования явлений, происходящих в структурах с размерами менее 100 нм, дали начало развитию новой области знаний, которая, безусловно, внесёт революционные изменения в технологии 21 века.

Проверьте себя:

1. Что такое сверхпроводник?

2. Какими свойствами обладают метаматериалы?

3. Где можно использовать самовосстанавливающиеся материалы?

4. Что такое нанотехнологии?

* Подумайте, материалы с какими чудесными свойствами нужно было бы ещё изобрести.