жаңылыктар

Графен материалы

Графен – көмүртек атомдорунун бир катмарынан турган уникалдуу материал. Ал өзгөчө жогорку электр өткөрүмдүүлүгүн көрсөтүп, 10⁶ S/mге жетет – бул жезге караганда 15 эсе көп – бул аны Жердеги эң төмөнкү электр каршылыгына ээ материалга айлантат. Маалыматтар анын өткөрүмдүүлүгү 1515,2 S/cmге жетиши мүмкүн экенин да көрсөтүп турат. Полимер материалдары тармагында графендин колдонуу потенциалы абдан чоң.

Полимер материалдарына жогорку өндүрүмдүү кошулма катары кошулганда, графен электр өткөрүмдүүлүгүн жана эскирүүгө туруктуулугун бир кыйла жогорулатат. Графенди кошуу материалдын өткөрүмдүүлүгүн бир кыйла жогорулатат, электрондук шаймандарда, батареяларда жана ушул сыяктуу колдонмолордо эң сонун көрсөткүчтөрдү берет. Анын жогорку бекемдиги полимердик структуралык материалдардын механикалык касиеттерин да жакшыртат, бул аны аэрокосмостук жана автомобиль өндүрүшү сыяктуу жогорку бекемдикке ээ тармактарга ылайыктуу кылат.

Жогорку өндүрүмдүү көмүртек буласынан жасалган композиттер

Көмүртек буласы – жүн сыяктуу жеңил, бирок болоттой бекем материал, ал материалдар чөйрөсүндө маанилүү орунду ээлейт. Тыгыздыгы төмөн жана бекем болгондуктан, көмүртек буласы автомобиль өндүрүшүндө жана аэрокосмостук өнөр жайда маанилүү колдонулат.

Автоунаа өндүрүшүндө ал кузовдун рамаларын жана тетиктерин жасоодо колдонулат, бул унаанын жалпы бекемдигин жогорулатып, салмакты азайтып жана күйүүчү майдын үнөмдүүлүгүн жогорулатат. Аэрокосмосто ал учактын конструкциялык компоненттери үчүн идеалдуу материал катары кызмат кылат, учактын салмагын натыйжалуу азайтып, энергия керектөөнү азайтып жана учуунун натыйжалуулугун жогорулатат.

Өркүндөтүлгөн жарым өткөргүч материалдар

Бүгүнкү күндөгү маалыматтык технологиялардын тездик менен өнүгүп жаткан доорунда бардык тармактарда технологиялык жаңыртууларга болгон суроо-талап жогору. Электроника өндүрүш тармагы жогорку өндүрүмдүүлүктөгү жарым өткөргүч материалдарга өзгөчө көрүнүктүү жана тынымсыз өсүп жаткан муктаждыкты көрсөтүп турат. Заманбап электрондук технологиянын негизги пайдубалы катары жарым өткөргүч материалдардын сапаты электрондук түзүлүштөрдүн иштөө ылдамдыгын, натыйжалуулугун жана функционалдуулугун түздөн-түз аныктайт.

Микроскопиялык деңгээлде электрдик касиеттер, кристаллдык түзүлүш жана кошулмалардын курамы сыяктуу мүнөздөмөлөр электрондук түзүлүштүн иштешине олуттуу таасир этет. Мисалы, ташуучулардын кыймылдуулугу жогору жарым өткөргүч материалдар электрондордун ылдамыраак кыймылын камсыз кылып, эсептөө ылдамдыгын жогорулатат. Таза кристаллдык түзүлүштөр электрондордун чачырашын азайтып, иштөө натыйжалуулугун андан ары жогорулатат.

Практикалык колдонмолордо бул жогорку өндүрүмдүү жарым өткөргүч материалдар смартфондор, компьютердик процессорлор жана жогорку ылдамдыктагы байланыш чиптери сыяктуу тезирээк жана натыйжалуураак электрондук түзмөктөрдү өндүрүү үчүн негиз түзөт. Алар электрондук түзмөктөрдү миниатюризациялоого жана жогорку өндүрүмдүүлүккө мүмкүндүк берет, чектелген мейкиндикте көбүрөөк функционалдык модулдарды интеграциялоого мүмкүндүк берет. Бул маалыматты алууга жана иштетүүгө болгон тынымсыз өсүп жаткан суроо-талапты канааттандыруу менен татаалыраак эсептөө жана иштетүү тапшырмаларын аткарууга көмөктөшөт. Жарым өткөргүчтөрдү өндүрүүгө байланыштуу чайыр материалдары көңүл бурууга татыктуу.

3D басып чыгаруу материалдары

Металлдардан пластмассага чейин, 3D басып чыгаруу технологиясынын өнүгүшү ар кандай материалдык колдоого таянат, бул материалдар кеңири колдонулат жана полимер материалдары тармагында маанилүү мааниге ээ.

3D басып чыгаруудагы металл материалдар аэрокосмостогу кыймылдаткычтын тетиктери жана медициналык шаймандардагы металл имплантаттар сыяктуу жогорку бекемдикти жана тактыкты талап кылган компоненттерди жасоо үчүн колдонулат. Ар түрдүү касиеттери жана иштетүүнүн оңойлугу менен пластик материалдар 3D басып чыгарууда андан да кеңири колдонулууда.

Полимер материалдары 3D басып чыгаруу материалдарынын маанилүү компонентин түзөт, бул технология үчүн чоң мүмкүнчүлүктөрдү ачат. Эң сонун биошайкештикке ээ адистештирилген полимерлер биоинженерияланган ткандык каркастарды басып чыгарууга мүмкүндүк берет. Айрым полимерлер уникалдуу оптикалык же электрдик касиеттерге ээ, бул белгилүү бир колдонуу талаптарын канааттандырат. Ысытуу аркылуу эритилген термопластиктер татаал формаларды тез жасоо үчүн катмар-катмар чөктүрүүгө мүмкүндүк берет, бул аларды продукциянын прототиптерин түзүүдө жана жекелештирилген ыңгайлаштырууда кеңири колдонууга мүмкүндүк берет.

Бул ар түрдүү материалдык колдоо 3D басып чыгаруу технологиясына ар кандай талаптарга негизделген өндүрүш үчүн ылайыктуу материалдарды тандоого мүмкүндүк берет, бул суроо-талап боюнча өндүрүштү ишке ашырууга мүмкүндүк берет. Өнөр жай өндүрүшүндөгү компоненттерди ыңгайлаштыруу үчүнбү же саламаттыкты сактоодо жекелештирилген медициналык шаймандарды өндүрүү үчүнбү, 3D басып чыгаруу ар кандай тармактарда революциялык өзгөрүүлөрдү жаратып, натыйжалуу, так өндүрүшкө жетүү үчүн кеңири материалдык ресурстарын колдонот.

Өтө өткөргүч материалдар

Өтө өткөргүчтөр уникалдуу физикалык касиеттерге ээ материалдар катары материал таанууда, айрыкча электр тогунун өткөрүлүшү жана электромагниттик кубулуштар менен байланышкан колдонмолордо өзгөчө маанилүү орунду ээлейт. Өтө өткөргүч материалдардын эң көрүнүктүү өзгөчөлүгү - алардын белгилүү бир шарттарда нөлдүк каршылык менен электр тогун өткөрүү жөндөмү. Бул касиет өтө өткөргүчтөргө электр энергиясын өткөрүү тармагында колдонуу үчүн эбегейсиз зор мүмкүнчүлүктөрдү берет.

Кадимки электр энергиясын берүү процесстеринде өткөргүчтөргө мүнөздүү каршылык жылуулук түрүндө олуттуу энергия жоготууларына алып келет. Өтө өткөргүч материалдарды колдонуу бул кырдаалды түп-тамырынан бери өзгөртөт деп убада берет. Электр берүү линияларында колдонулганда, ток алар аркылуу тоскоолдуксуз өтөт, натыйжада электр энергиясынын жоготуусу дээрлик нөлгө барабар. Бул берүү натыйжалуулугун бир топ жогорулатат, энергиянын ысырап болушун азайтат жана айлана-чөйрөгө тийгизген таасирин минималдаштырат.

Өтө өткөргүч материалдар магниттик левитация менен ташууларда да маанилүү ролду ойнойт. Маглев поезддери өтө өткөргүч материалдар тарабынан пайда болгон күчтүү магнит талааларын колдонуп, жолдогу магнит талаалары менен өз ара аракеттенишет, бул поезддин левитацияланып, жогорку ылдамдыкта иштешине мүмкүндүк берет. Өтө өткөргүч материалдардын нөлдүк каршылык касиети магнит талааларынын туруктуу пайда болушун жана сакталышын камсыз кылат, ырааттуу левитация жана кыймылдаткыч күчтөрдү камсыз кылат. Бул поезддердин жылмакай иштеши менен жогорку ылдамдыкта жүрүшүнө мүмкүндүк берет, салттуу ташуу ыкмаларын түп-тамырынан бери өзгөртөт.

Өтө өткөргүч материалдарды колдонуу келечеги өтө кеңири. Электр энергиясын берүүдөгү жана магниттик левитацияны ташуудагы олуттуу таасиринен тышкары, алар медициналык жабдуулардагы магниттик-резонанстык томография (МРТ) технологиясы жана жогорку энергиялуу физиканы изилдөөдөгү бөлүкчөлөрдүн ылдамдаткычтары сыяктуу башка тармактарда да потенциалдуу мааниге ээ.

Акылдуу Бионикалык Материалдар

Материал таануунун кеңири чөйрөсүндө жаратылышта кездешкен биологиялык түзүлүштөрдү туураган жана таң калыштуу касиеттерди көрсөткөн материалдардын өзгөчө бир классы бар. Бул материалдар полимер материалдары тармагында чоң мааниге ээ. Алар айлана-чөйрөнүн өзгөрүүлөрүнө жооп кайтара, өзүн-өзү калыбына келтире жана ал тургай өзүн-өзү тазалай алышат.

Айрым акылдуу полимер материалдары биологиялык түзүлүштөрдү туураган мүнөздөмөлөргө ээ. Мисалы, кээ бир полимер гидрогелдери биологиялык ткандарда кездешкен клеткадан тышкаркы матрицадан структуралык илхам алышат. Бул гидрогелдер айлана-чөйрөсүндөгү нымдуулуктун өзгөрүшүн сезе алышат: нымдуулук азайганда, алар суунун жоголушун азайтуу үчүн кысылат; ал эми нымдуулук жогорулаганда нымдуулукту сиңирүү үчүн кеңейет, ошону менен айлана-чөйрөнүн нымдуулук деңгээлине жооп кайтарат.

Өзүн-өзү калыбына келтирүүгө келсек, атайын химиялык байланыштарды же микроструктураларды камтыган айрым полимердик материалдар бузулуудан кийин автоматтык түрдө өздөрүн калыбына келтире алышат. Мисалы, динамикалык коваленттик байланыштары бар полимерлер беттик жаракалар пайда болгондо белгилүү бир шарттарда бул байланыштарды кайрадан түзүп, бузулууну айыктырып, материалдын бүтүндүгүн жана иштешин калыбына келтире алышат.

Өзүн-өзү тазалоо функциясы үчүн айрым полимердик материалдар муну атайын беттик түзүлүштөр же химиялык модификациялар аркылуу ишке ашырат. Мисалы, кээ бир полимердик каптоо материалдары лотос жалбырактарына окшош микроскопиялык түзүлүштөргө ээ. Бул микроструктура суу тамчыларынын материалдын бетинде мончокторду пайда кылып, тез тоголонуп, ошол эле учурда чаң менен кирди алып кетишине, ошону менен өзүн-өзү тазалоо эффектине жетишүүгө мүмкүндүк берет.

Биологиялык жактан ажыроочу материалдар

Бүгүнкү коомдо экологиялык көйгөйлөр олуттуу, булгануу экосистемаларга коркунуч туудуруп жатат. Материалдык чөйрөдө,биологиялык жактан ажыроочу материалдартуруктуу чечимдер катары олуттуу көңүл бурулуп, өзгөчө полимердик материалдар чөйрөсүндө уникалдуу артыкчылыктарды жана олуттуу колдонуу баалуулугун көрсөтүштү.

Медицина тармагында биологиялык жактан ажыроочу материалдар маанилүү ролду ойнойт. Мисалы, жараатты жабуу үчүн колдонулган тигиштер көбүнчө биологиялык жактан ажыроочу полимер материалдарынан жасалат. Бул материалдар жарааттын айыгышы процессинде акырындык менен бузулуп, аны алып салуу зарылдыгын жокко чыгарып, бейтаптын ыңгайсыздыгын жана инфекция коркунучун азайтат.

Ошол эле учурда, биологиялык жактан ажыроочу полимерлер ткандарды инженериялоодо жана дары-дармек жеткирүү системаларында кеңири колдонулат. Алар клеткалык каркас катары кызмат кылат, клеткалардын өсүшүнө жана ткандарды калыбына келтирүүгө структуралык колдоо көрсөтөт. Бул материалдар убакыттын өтүшү менен денеде калдык калтырбай бузулат, ошону менен ден соолукка коркунуч келтирүүчү факторлордун алдын алат.

Таңгактоо тармагында биологиялык жактан ажыроочу материалдар чоң колдонуу мүмкүнчүлүгүнө ээ. Салттуу пластик таңгактарды бузуу кыйын, бул туруктуу ак булганууга алып келет. Пластик баштыктар жана кутулар сыяктуу биологиялык жактан ажыроочу полимерлерден жасалган таңгактоочу буюмдар колдонулгандан кийин табигый чөйрөдө микробдук таасир аркылуу акырындык менен зыянсыз заттарга ажырап, туруктуу булганууну азайтат. Мисалы, полилактик кислота (ПЛА) таңгактоочу материалдар биологиялык жактан ажыроочу болгону менен, негизги таңгактоо талаптарына жооп берүү үчүн жакшы механикалык жана иштетүү касиеттерин сунуштайт, бул аларды идеалдуу альтернатива кылат.

Наноматериалдар

Материал таануунун тынымсыз өнүгүшүндө, наноматериалдар өзүнүн уникалдуу касиеттеринен жана микроскопиялык масштабда заттарды башкаруу мүмкүнчүлүгүнөн улам изилдөө жана колдонуунун эң маанилүү жерине айланды. Алар ошондой эле полимер материалдары тармагында маанилүү орунду ээлейт. Нано масштабда заттарды башкаруу менен, бул материалдар медицинада, энергетикада жана электроникада олуттуу салым кошууга даяр болгон өзгөчө касиеттерге ээ.

Медицина тармагында наноматериалдардын уникалдуу касиеттери ооруларды диагностикалоо жана дарылоо үчүн жаңы мүмкүнчүлүктөрдү берет. Мисалы, айрым нанополимер материалдары дары-дармектерди максаттуу жеткирүүчү каражаттар катары иштелип чыгышы мүмкүн. Бул алып жүрүүчүлөр дары-дармектерди оорулуу клеткаларга так жеткирип, терапиялык натыйжалуулукту жогорулатып, дени сак ткандарга келтирилген зыянды минималдаштырат. Мындан тышкары, наноматериалдар медициналык сүрөткө тартууда колдонулат — мисалы, наномасштабдагы контраст агенттери сүрөттүн тактыгын жана тактыгын жогорулатып, дарыгерлерге ооруну так диагноздоого жардам берет.

Энергетика тармагында наноматериалдар да эбегейсиз зор потенциалды көрсөтөт. Мисалы, батарея технологиясында колдонулган полимер нанокомпозиттерин алалы. Наноматериалдарды кошуу батареянын энергия тыгыздыгын жана заряддоо/разряддоо эффективдүүлүгүн жогорулатып, ошону менен жалпы иштөөнү жакшырта алат. Күн батареялары үчүн айрым наноматериалдар жарыкты сиңирүүнү жана конвертациялоо эффективдүүлүгүн жогорулатып, фотоэлектрдик түзүлүштөрдүн энергия өндүрүү кубаттуулугун жогорулатат.

Наноматериалдарды колдонуу электроникада да тездик менен кеңейүүдө. Наномасштабдуу полимер материалдары кичирээк, жогорку өндүрүмдүүлүктөгү электрондук компоненттерди өндүрүүгө мүмкүндүк берет. Мисалы, нанотранзисторлордун иштелип чыгышы электрондук түзмөктөрдө интеграцияны күчөтүүгө жана тезирээк иштөөгө мүмкүндүк берет. Мындан тышкары, наноматериалдар ийкемдүү электрониканы түзүүгө көмөктөшөт, бул көчмө жана ийилүүчү электрондук түзмөктөргө болгон өсүп жаткан суроо-талапты канааттандырат.

Кыскасы

бул материалдардын өнүгүшү технологиялык инновацияларды гана алдыга жылдырбастан, энергетика, айлана-чөйрө жана саламаттыкты сактоо жаатындагы глобалдык көйгөйлөрдү чечүү үчүн жаңы мүмкүнчүлүктөрдү да сунуштайт.