Резиновые авто и "вечные" дома: топ разработок из новых материалов

У многих дома хранятся запасы пакетов с пакетами – сейчас в полиэтилене нет ничего удивительного. Но ведь каких-то 80 лет назад этот материал считался инновационным и стоил дороже золота. Его применяли в качестве изоляции на радиолокационных станциях. Новые материалы с необычными свойствами появляются чуть ли не каждый день. Физики открыли сплав, который поможет выйти сухим из воды. А инженеры из Колорадо изобрели резину, скачущую как кузнечик. Какие еще новинки изобрели ученые? И почему будущее за керамическими ноутбуками и резиновыми авто? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Металл, позволяющий выйти сухим из воды

В январе 2023-го сотни туристов не смогли продолжить круиз по Новой Зеландии и Австралии. Пассажирам целую неделю не давали сойти на берег. Лайнер просто не пропустили в порты из-за моллюсков и водорослей на корпусе судна.

"Скопление биосуществ опасно тем, что они могут занести микроорганизмы, водоросли и растения в среду, которая чужда для местной экосистемы. И тем самым причинить ей большой вред. Поэтому нам пришлось вызывать на помощь водолазов. Только так мы смогли получить пропуск и наконец пришвартоваться", – пояснил генеральный директор компании – разработчика круизных лайнеров Торстейн Хаген.

Моллюски могут вывести из строя двигательные системы судов и поцарапать днище кораблей. В Америке придумали, как бороться с морскими диверсантами. Инженеры из Гарварда создали необычный гидрофобный металл. И представьте себе, в воде он остается абсолютно сухим – моллюски к нему просто не прилипают.

На создание уникального материала ученых вдохновил паук-серебрянка. Это единственный вид пауков, который может жить под водой. Его тело покрывают миллионы волосков. Они задерживают воздух и таким образом создают преграду для воды. Американская разработка хоть и не покрыта волосками, но тоже имеет барьер из пузырьков газа. Для этого ученые окислили титановый сплав.

"Мы получили шероховатую поверхность, которая способна удерживать тонкий слой воздуха и им отталкивать молекулы жидкости. Для проверки эффективности металла его сгибали, шлифовали песком, обливали холодной и горячей водой и 200 дней погружали в сосуды. Материал не утратил своих гидрофобных свойств. Более того, он оказался совершенно не подвержен коррозии", – рассказала профессор материаловедения Гарвардской школы инженерии и прикладных наук Джоанна Эйзенберг.

Какие здания способны выдержать любое землетрясение

Из высокотехнологичных материалов ученые предлагают строить не только корабли, но и здания. В марте 2023 года рядом с итальянским городом Перуджа стихия разрушила десятки домов. А для сицилийцев, которые живут у подножия Этны, страх остаться без крыши над головой вообще стал обыденностью. В Голландии разработали материал, способный выдержать любое землетрясение. Инженеры наслоили тонкие изогнутые металлические листы и получили покрытие, которое глушит подземные толчки.

"Благодаря особым соединительным структурам материал получился одновременно мягким и гибким, но при этом жестким и очень прочным. Раньше такое было просто невозможно. Металл именно с такими свойствами идеально подходит не только для строений, но и для авиации. Он почти полностью рассеивает вибрации, возникающие в полете", – отметил профессор кафедры гетерогенного катализа и устойчивой химии факультета естественных наук Амстердамского научного парка Гади Ротенберг.

"Вечные дома" и гель прочнее бетона

Разрушать дома под силу не только землетрясениям. Натиску времени не может противостоять ни одно здание. Так было до недавнего времени. В апреле 2023 года в центре Стамбула рухнуло историческое здание. К тому моменту дом был уже расселен, поэтому никто не пострадал. Но в будущем таких разрушений можно избежать и строить "вечные" дома.

И это не фантастика. В Чикаго разработали гель, который со временем становится прочнее бетона. Для этого инженеры смешали полимеры с пьезоэлектрическими частицами оксида цинка.

"Этот гель любое механическое воздействие и вибрации преобразует в электрический заряд. Частицы передают энергию, запускают тиоленовую реакцию, которая приводит к созданию в материале новых поперечных связей. И от этого он становится крепче. Даже при небольшой вибрации жесткость мягкого геля повысилась в 66 раз. Это сравнимо с жесткостью внутренней части кости человека", – объяснил инженер-химик, декан Института молекулярной инженерии Чикагского университета Мэтью Тирелл.

Чем керамические ноутбуки будут лучше обычных

Необычные материалы можно использовать не только для безопасных домов. Но и для производства электроники, которая в любой момент может выйти из строя и превратиться в огненный шар. Бояться домашнего пожара больше не нужно. Керамика американских инженеров защитит технику от перегрева. А все потому, что материал отводит тепло не хуже алюминия, из которого как раз делают ноутбуки.

"Мы экспериментировали с керамическими соединениями на основе бора и нагревали материал паяльной лампой. И оказалось, что он не трескается, а наоборот, становится прочнее. Микроструктура материала обладает теплоизоляцией, а сама керамика при нагреве может принимать любые формы", – заявил доцент кафедры машиностроения и промышленной инженерии Северо-Восточного университета Бостона Рендал Эрб.

Аварии не страшны: безопасные резиновые автомобили

Скоро мы будем не только печатать на керамических ноутбуках, но и ездить на резиновых автомобилях. Машинам из этого материала такие аварии не страшны. Разработка массачусетских ученых отражает удары. Материал действует как пружина: поглощает механическую энергию, а затем отдает ее обратно. Это необычная резина – внутри нее крошечные магниты.

"Эта эластичная структура использует такое физическое свойство, как фазовый сдвиг. Он происходит, когда вещество переходит из одного состояния в другое. Всякий раз, когда материал меняет свою фазу, энергия либо высвобождается, либо поглощается. Магниты, встроенные в материал, помогают нам контролировать эти фазовые переходы, а значит, и управлять энергией при любом механическом воздействии", – говорит профессор инженерных систем Джеймса Мейсона Крафтса Массачусетского технологического института Фред Моавензаде.

Правда, пока инженеры показали лишь опытный образец. Но американцы уверяют: из него можно сделать не только корпус автомобиля, но и роботов. И те смогут работать без дополнительных источников энергии. Но, может быть, скоро нам вообще не понадобятся жесткие роботы. Ведь их заменят мягкие собратья из необычного материала.

Для чего ученым резина, которая скачет как кузнечик

Затвердевшие жидкие кристаллы используют для дисплеев. Ученые из Колорадо сделали это вещество эластичным, а затем нагрели. В результате материал стал прыгать как кузнечик.

"Такой эффект связан с трехслойной структурой эластомера. При нагревании два его верхних слоя сжимаются быстрее нижнего, и тот приобретает форму конуса. Затем из-за нарастания напряжения конус переворачивается, ударяется о поверхность и взлетает. При повышении температуры материал может подпрыгнуть на высоту, в 200 раз превышающую его собственную толщину", – пояснил профессор химической и биологической инженерии Колорадского университета Тимоти Уайт.

Роботы из жидкокристаллического материала смогут преодолевать любые преграды на своем пути. Правда, непонятно, как мягкие устройства будут выглядеть, ведь сам эластомер не толще обычной пленки.

Суперпрочный пластик для создания космических ракет

Необычные материалы нужны нам не только на Земле. Из них можно строить корабли, которые помогут покорить космос. Второй в истории запуск китайской ракеты "Чанчжэн-5" закончился провалом. Летом 2017 года через несколько секунд после старта она рухнула в Тихий океан. А супермощная ракета Starship Илона Маска взорвалась в воздухе во время испытаний весной 2023-го. Причиной крушения назвали габариты ракеты. Гигант весил 5 тысяч тонн.

А ведь подобных проблем можно избежать, если строить ракеты из более легких материалов. Петербургские инженеры уже разработали пластик, который по прочности не уступит металлам. Ученые смешали электрически заряженный порошок с армирующими волокнами и получили композит в гранулах. Но это только начало процесса.

"Вот это у нас экструдер, это установка для получения филамента. То есть мы загружаем гранулы, засыпаем и на выходе получаем филамент. Он определенного диаметра – 1,75 мм", – рассказал старший научный сотрудник Института высокомолекулярных соединений РАН Глеб Ваганов.

После этого тот самый филамент – материал, похожий на проволоку, – отправляют в 3D-принтер и нагревают.

"Система вышла на нужную температуру. Я хочу подвести печатающую головку к рабочему столу для того, чтобы начать работу", – отметил директор компании – производителя пластика Игорь Радченко.

Принтер печатает детали любой формы. Необычный материал выдерживает даже экстремальные холод и жару.

"По механическим характеристикам он приближается к стали, превосходит алюминиевые различные сплавы, но, с другой стороны, обладает рядом других положительных свойств, а именно не корродирует, так как это полимер, и обладает меньшим удельным весом. То есть он легче, чем сталь или алюминий", – сказал Ваганов.

Пока петербургские ученые печатают из композита небольшие детали. Но их размер можно увеличить. К тому же принтер легко перевезти даже на Марс и Луну. И тогда необычный материал поможет нам не только исследовать космос, но и обустроиться там с комфортом в пластиковом доме.

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.