Какви ще бъдат материалите на бъдещето? Днес са разработени и се разработват материали, за които учените, а и хората от миналото, можеха само да мечтаят. Те ще бъдат по-евтини, по-здрави, по-добри и по-качествени във всяко едно отношение. Ще има огромен брой приложения за тях. Нека днес да да се спрем по-подробно на материалите, които наистина могат да преобърнат представите ни за металите и другите материали.

Аерогелът

Това малко блокче прозрачен аерогел държи тухла с тегло 2,5 кг. Плътността на аерогела е 3 mg/cm³. Аерогелът има 15 записа в Книгата на рекордите на Гинес – повече от всеки друг материал. Наричан понякога „замразен дим“, аерогелът се произвежда чрез суперкритично изсушаване на течни гелове от алуминий, хром, калаен оксид и въглерод. Аерогелът се състои от 99,8% празно пространство, което го прави полупрозрачен.

Аерогелът е фантастично изолиращ – ако имате аерогелов щит, той ще ви предпази от огнения поток. Той ще ви предпази и от студа. С негова помощ можете да построите топъл купол на Луната. Аерогеловете имат невероятна площ на вътрешните фрактални структури – едноинчов куб аерогел има вътрешна площ, равна на футболно игрище. Въпреки ниската си плътност, аерогелът е смятан за компонент на военната броня заради изолационните си свойства.

Въглеродните нанотръбички

Въглеродните нанотръби са много тънки, но невероятно здрави „нишки“ от въглерод. Те са съединени с толкова здрава връзка, че са по-здрави дори от диаманта. Тези нанотръбички са отлични проводници на електричеството и са почти неразрушими. Към днешна дата това е най-здравият материал, познат на човека – 300 пъти по-здрав от стоманата. Теоретично от него може да се построи кула, излизаща в космоса!

Метаматериалите

„Метаматериалът“ може да се определи като материал, който придобива свойствата си благодарение на структурата, а не на състава си. Метаматериалите са използвани за създаване на микровълнови невидими плащове, двуизмерни невидими плащове и материали с необичайни оптични свойства. Някои метаматериали имат отрицателен показател на пречупване – оптична величина, която позволява създаването на „супер лещи“, които могат да се използват за наблюдение на елементи, по-малки от дължината на вълната на светлината. Тази технология се нарича субвълнова визуализация. Предвижда се метаматериалите да се използват за създаване на перфектни холограми на 2D дисплеи. Те ще бъдат толкова съвършени, че ако погледнете екрана от 10 сантиметра разстояние, дори няма да го определите като холограма.

Достъпни диаманти

Отдавна започнахме да използваме дебели слоеве диаманти в различните машини, като по този начин наближи времето, когато диамантите ще се използват навсякъде. Диамантът е идеален строителен материал. Той е здрав, лек, изработен от леснодостъпния въглерод, почти изцяло топлопроводим и има една от най-високите температури на кипене и топене от всички материали. Чрез въвеждане на микропримеси може да се получи диамант с почти всякакъв цвят. Представете си изтребител, чийто двигател има стотици хиляди движещи се части, изработени от диамант. Подобна машина би била многократно по-ефективна и от най-добрите съвременни самолети!

Най-твърдите, красиви и скъпи минерали в света са диамантите. Те се образуват на дълбочина около 200 км под земята в условия на високо налягане и 1000-градусова топлина. Високата температура и налягането в продължение на милиарди години действат върху въглерода и той се превръща в красив минерал с кристална структура. Диамантите се издигат от дълбините на нашата планета чрез вулканична дейност. Добиването на този скъпоценен материал е много трудно, поради което струва много пари. С течение на времето учените се научиха да правят изкуствени диаманти от въглерод, които са напълно идентични с истинските. Всъщност няма разлика между тях, но изкуствените камъни са по-евтини, защото производството им отнема само няколко седмици, а не милиарди години. Изглежда, че изкуствените диаманти скоро ще станат още по-достъпни, защото учените откриха начин да ги произвеждат за 150 минути.

Достъпните фулерени

Диамантите са здрави, но агрегираните диамантени нанопръчици (наречени аморфни фулерени) са по-здрави. Наноразмерните структури на фулерените им придават красив блестящ вид. Фулерените са значително по-здрави от диамантите, но производството им изисква повече енергия. След „ерата на диамантите“ може би ще навлезем в „ерата на фулерените“ и нашите технологии ще станат много по-съвършени.

Аморфните метали

Аморфните метали, известни също като метални стъкла, са съставени от метал с неорганизирана атомна структура. Те могат да бъдат до два пъти по-здрави от стоманата. Благодарение на безпорядъчната си структура те могат да разсейват енергията на удара по-ефективно от металните кристали, които имат слаби места. Аморфните метали се създават по време на процеса на бързо охлаждане на разтопения метал, преди той да образува кристална решетка. Аморфните метали биха могли да бъдат следващото поколение военна броня, преди да бъдат заменени от диамантените материали до средата на века. От екологична гледна точка аморфните метали притежават електронни свойства, които повишават ефективността на енергийните мрежи с 40%, спестявайки ни хиляди тонове емисии от изкопаеми горива.

Свръхсплавите

Свръхсплав е общ термин за метал, който може да работи при много високи температури (до 1100 °C). Те успешно се използват в свръхгорещите зони на турбините на реактивните двигатели. Използват се и в по-сложни структури. Когато полетим в небето с хиперзвукови самолети, ще трябва да благодарим на свръхсплавите (на някои места суперсплавите).

Металната пяна

Метална пяна се получава, когато към разтопения алуминий се добави пенообразувател – титаниев хидрид на прах – и след това се остави да изстине. Резултатът е изключително здрава субстанция, сравнително лека, със 75-95% празно пространство. Поради благоприятното си съотношение между здравина и тегло металната пяна е предложена като строителен материал за космическите колонии. Някои форми на метална пяна са толкова леки, че плуват във водата, което ги прави отлични за изграждане на плаващи градове.

Прозрачният алуминий

Прозрачният алуминий е три пъти по-здрав от стоманата и е прозрачен. Броят на приложенията на този материал е наистина огромен. Представете си цял небостъргач, изработен от прозрачна стомана. Хоризонтите на бъдещето може да изглеждат като редици от плаващи черни точки (отделни фигури), а не като монолити, както е днес. Една огромна космическа станция, изработена от прозрачен алуминиев оксид, ще се носи над Земята не като страшна черна точка, а като незабележим сателит. А какво ще кажете за прозрачните мечове?

Електронната тъкан

Ако се срещнем на чашка кафе през 2050 г., вероятно ще сме облечени в електронен плат. Защо да носим електронни устройства, които лесно можем да изгубим, когато можем да носим със себе си пълноценен компютър? Разработват се алтернативни методи за носене на компютрите и макар че скоро все още ще виждаме само очила и часовници, скоро електрическите вериги ще бъдат зашити директно в това, което носим. В края на краищата е чудесно да говориш с някого по телефона, само като сложиш ръка до ухото си. Възможностите на електронното облекло са наистина безкрайни!

Материалите на бъдещето вече започват да променят нашия свят – от свръхлеките аерогелове до невероятно здравите нанотръби. Много от тях все още се използват само в научните и промишлените проекти, но през следващите няколко години може да се появят в ежедневието. Намираме се на прага на технологична революция, в която самите материали ще бъдат главните герои на промяната.