Что такое "метаматериалы": : Будущее инженерии | MachineMFG

Что такое "метаматериалы": : Будущее инженерии

0
(0)

Под "метаматериалом" понимается композитный материал с искусственно созданными структурами, которые демонстрируют необычные физические свойства, не встречающиеся в природных материалах.

Появившиеся в XXI веке метаматериалы представляют собой класс новых материалов, которые обладают особыми свойствами, отсутствующими у природных материалов, причем эти свойства в основном обусловлены искусственно созданными уникальными структурами.

Концепция создания метаматериалов является инновационной. Эта идея основана на нарушении ограничений некоторых очевидных природных законов путем создания различных физических структур, что позволяет добиться необычных функций материала.

Концепция метаматериалов предполагает, что, не нарушая основных физических законов, человек может искусственно создавать "новые вещества" с необычными физическими свойствами, заметно отличающимися от природных, что выводит проектирование и разработку функциональных материалов в совершенно новую сферу.

Типичные примеры "метаматериалов" включают "левосторонние материалы", фотонные кристаллы, "супермагнитные материалы" и "металлическую воду".

Шесть категорий передовых материалов

1. Самовосстанавливающийся материал - биомиметический пластик

Биомиметический пластик

Скотт Уайт из Университета Иллинойса разработал тип биомиметического пластика с возможностью самовосстановления. Этот полимер включает в себя "сосудистую систему", состоящую из жидкости. При повреждении жидкость вытекает, как кровь, и сворачивается.

В отличие от других материалов, способных заделать лишь мелкие трещины, этот биомиметический пластик может зашивать разрывы шириной до 4 миллиметров.

2. Термоэлектрические материалы

Термоэлектрические материалы

Компания Alphabet Energy разработала генератор горячей точки, который можно вставить прямо в выхлопную трубу обычного генератора, преобразуя таким образом отработанное тепло в полезную электроэнергию.

В этом генераторе используется относительно недорогой и натуральный термоэлектрический материал, известный как тетраэдрит, эффективность которого, как утверждается, составляет 5-10%.

В настоящее время ученые исследуют более эффективный термоэлектрический материал под названием Skutterudite, минерал, содержащий кобальт.

Термоэлектрические материалы уже начали использовать в небольших масштабах, например, на космических аппаратах.

Однако благодаря своей низкой стоимости и высокой эффективности скаттерудит можно использовать для покрытия выхлопных труб автомобилей, холодильников и любой техники.

3. Перовскит

Перовскит

Помимо кристаллического кремния, перовскиты также могут служить альтернативными материалами для изготовления солнечных батарей.

В 2009 году солнечные элементы, изготовленные с использованием перовскитов, могли похвастаться коэффициентом преобразования солнечной энергии 3,8%. К 2014 году этот показатель вырос до 19,3%, приблизившись к более чем 20% эффективности традиционных кристаллических кремниевых элементов.

Ученые считают, что потенциал для улучшения характеристик этого материала еще есть.

Перовскиты - это категория материалов, определяемых специфической кристаллической структурой, которая может содержать любое количество элементов, обычно свинец и олово для применения в солнечных батареях.

По сравнению с кристаллическим кремнием, это сырье значительно дешевле и может быть напылено на стекло, что исключает необходимость тщательной сборки в чистых помещениях.

4. Аэрогели

Аэрогели

Аэрогели могут быть изготовлены из любого количества веществ, включая диоксид кремния, оксиды металлов и графен.

Благодаря тому, что большую часть их объема составляет воздух, аэрогели служат исключительными изоляторами. Кроме того, их структура придает им необычайную прочность.

В настоящее время ученые НАСА проводят эксперименты по созданию гибкого аэрогеля из полимеров, который будет использоваться в качестве изоляционного материала для космических аппаратов при входе в атмосферу.

5. Материал Stanene-A с проводимостью 100%

Материал Stanene-A с проводимостью 100%

Станен, как и графен, представляет собой материал, построенный из одного слоя атомов. Однако благодаря использованию атомов олова, а не углерода, он обладает свойством, которого не может достичь графен: 100% проводимость.

Впервые теоретическое предложение о создании Stanene было сделано в 2013 году профессором Стенфордского университета Шоу-Ченгом Чжаном. Предсказание электронных свойств материалов типа Stanene - одна из специализаций лаборатории профессора Чжана.

Согласно их модели, Stanene является топологическим изолятором, то есть его края являются проводящими, а внутренняя часть - изолирующей. Таким образом, при комнатной температуре станен может проводить электричество с нулевым сопротивлением.

6. Метаматериалы, манипулирующие светом

Метаматериалы, манипулирующие светом

Наноструктура светоманипулирующих метаматериалов может рассеивать свет особым образом, потенциально делая объекты невидимыми.

В зависимости от метода изготовления и используемых материалов, метаматериалы могут рассеивать микроволны, радиоволны и менее привычные Т-лучи.

Фактически, с помощью этих метаматериалов можно управлять любым типом электромагнитного спектра.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх