Пока человечество не знает, для чего ещё можно приспособить графен (способный потенциально изменить мир), на планете открыли ещё несколько других, не менее перспективных материалов.
Массовое применение любого из них может перенести в реальность всё, о чём мы совсем недавно читали лишь на страницах фантастических книг или видели в кино. Наука не устаёт доказывать, что технический прогресс порой куда более изобретателен, чем фантазия писателей и кинематографистов.
Суперпроводник станен
Станен — это материал, структура которого состоит из единичного слоя атомов (как в графене). В отличие от графена, состоящего из углерода, станен создан на базе олова. Эта особенность даёт материалу свойства, которых нет у графена — в частности, 100% электропроводимость. Внутри этот материал является диэлектриком, а снаружи может проводить электрический ток. Таким образом, станен может проводить электричество с нулевым сопротивлением – даже при комнатной температуре.
Материал настолько прогрессивен, что учёные пока не раскрыли всех его свойств. Кроме того, на пути массового производства стоит техническое препятствие: пока что неясно, как наладить производство материала из единичного слоя атомов.
Когда эти проблемы будут решены, станен осуществит революцию в создании микрочипов практически для всех использующихся сегодня устройств. Чипы на базе материала смогут стать гораздо мощнее. Возможности современной электроники на основе кремния ограничены объёмом выделяемого электронами тепла – чем быстрее они работают, тем горячее становятся чипы. Станен, обладая способностью 100% проводимости, начисто лишён этого недостатка. Как вариант — он позволит увеличивать мощность портативной электроники практически до бесконечности.
Самовосстанавливающийся пластик
Вдохновившись особенностью человеческого тела самостоятельно восстанавливать повреждённые ткани и клетки, учёные из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне, США, создали биопластик, который легко затягивает любые царапины на своей поверхности. Главная особенность нового полимера – структура, в которой содержатся микрогранулы, заполненные особой жидкостью. При повреждении этих микрогранул жидкость вытекает и заделывает образовавшееся повреждение. Примерно так действует человеческий организм, заживляя порез: на ране образуется кровяной сгусток, который со временем застывает и тем самым восстанавливает повреждение.
Существующий на сегодняшний день образец полимера легко «залечивает» отверстие размером 4 мм. Запуск материала в массовое производство пока что откладывается, потому что учёные обещают существенно расширить возможности материала. Другая помеха на пути массового использования этого материала – стоимость производства. Корпус для смартфона из такого материала пока что обойдётся в пятизначную сумму. Так что учёным предстоит ещё поработать над тем, чтобы сделать его экономически выгодными для повсеместного использования.
На базе «самозатягивающегося» пластика инженеры планируют создавать бетон, асфальт и даже металл, которые смогут самостоятельно ремонтировать свою поверхность. Дорога, покрытая таким асфальтом, всегда будет гладкой и ровной, а корпус мобильного устройства никогда не покроется изъянами.
Суперлёгкий и суперпрочный аэрогель
На первый взгляд аэрогель похож на плотный туман или застывший дым. При этом, он легко выдерживает жар паяльной лампы. Кирпич из аэрогеля без проблем переносит на себе вес легкового автомобиля. Ещё этот материал можно сделать гибким – например, для применения в мобильной электронике. А витрина из аэрогеля, скорее всего, будет единственным уцелевшим предметом при взрыве в магазине.
По своей структуре материал представляет что-то вроде «замороженного дыма» – это гель, где жидкость полностью заменена воздухом. Матрица аэрогеля может состоять практически из любой субстанции, включая кремний, различные окиси металла или графен. Тем не менее, большую часть его структуры составляет воздух. Такая любопытная комбинация даёт стойкий и невероятно прочный материал.
От массового применения аэрогеля нас отделяет всего один, но очень существенный недостаток: он очень хрупкий, особенно если за основу взят кремнезём. А использование других основ делает его чрезвычайно дорогостоящим. Предполагается, что для начала с ним будет работать NASA – ни один учёный в целом мире сейчас даже не задумывается о коммерческом применении этого материала.
Метаматериал, управляющий светом
Повсеместное применение этого материала позволит корпорациям осуществить мечту всех детей: начать продажу «плаща-невидимки» Гарри Поттера. Но для начала его примут на вооружение военные всех стран – камуфляж, пошитый из такого материала сделает любого пехотинца абсолютно невидимым для врага.
В основе метаматериала лежит специальная наноструктура, разработанная для рассеивания света особым образом. Материал не просто перенаправляет видимый свет – в зависимости от обстоятельств применения, он может перенаправлять микроволны, радиоволны либо другое излучение.
Массовое применение метаматериала позволит создавать специальные Т-волновые сканеры для медицинских процедур – грубо говоря, портативную и высокоточную систему магнитно-резонансного сканирования. Радиоантенны из этого материала будут отличаться компактностью и возможностью изменять свои свойства по команде. Он также может лечь в основу систем оптического камуфляжа, что позволит массово применять невидимые глазу и тепловизорам солдат, военную технику, самолёты и даже корабли. Пока что учёным предстоит масса работы, прежде чем «плащ-невидимка» станет обыденностью.
Термоэлектрические материалы
Теплопотери – неотъемлемое свойство любого устройства, использующего энергию. Примерный расход тепла может составлять до 2/3 от всей энергии для питания. Чтобы не терять такое количество энергии и были созданы термоэлектрические материалы, производящие электричество из разности температур. Источник энергии на базе таких материалов собирает вырабатываемое тепло и снова превращает его в полезную энергию.
В основе генератора может лежать довольно дешёвый и натуральный в своей основе термоэлектрический материал – тетраэдрит. Его использование позволяет достичь 10% эффективности в накоплении тепла. Уже сегодня исследователи работают над ещё более эффективным термоэлектрическим материалом под названием скуттерудит.
Следует отдельно отметить, что термоэлектрические материалы уже ограниченно применяются в отдельных сферах. Так, тетраэдрит активно используется в генераторах на космических кораблях, позволяя снижать выброс тепла в процессе подзарядки батарей. С началом массового использования скуттерудита, который в разы дешевле в производстве, человечество может использовать его для забора тепла из выхлопных труб автомобилей, холодильников и практически любых предметов и устройств, использующих энергию для работы.
Перовскит
Препятствием на пути к повсеместному использованию солнечных батарей являются деньги – даже сейчас, когда страны массово строят солнечные электростанции, создание панели из кристаллического кремния остаётся довольно дорогим и энергоёмким процессом. Альтернативный материал, который позволит поставить солнечную панель в каждый дом, уже создан. Это — перовскит.
Перовскит относится к классу материалов, эффективность которых варьируется в зависимости от использования тех или иных элементов в их кристаллической структуре. Кроме того, перовскит может содержать любое число элементов. По сравнению с кристаллическим кремнием, перовскит дешевле и с ним легче работать.
На сегодняшний день эффективность фотоэлемента из перовскита составляет 19,3%, вплотную сравнявшись с более традиционными солнечными фотоэлементами из кристаллического кремния, КПД которых составляет 20%. Учёные обещают уже в ближайшее время существенно повысить эффективность материалов. Кроме того, панель из перовскита во много раз дешевле кремниевых. Уже появляются компании, работающие над запуском серийного производства солнечных панелей из перовскита.