Какими будут материалы будущего? Сегодня уже разработаны и ведутся разработки материалов, о которых люди прошлого могли только мечтать. Они будут дешевле, прочнее, лучше, качественнее во всех отношениях. Применений им будет огромное количество. Давайте перевернем страничку сегодняшнего дня и познакомимся с материалами, которые на самом деле могут перевернуть ваши представления о металлах и других материалах.
1. Аэрогель
Этот крошечный блок прозрачного аэрогеля поддерживает кирпич весом 2,5 кг. Плотность аэрогеля — 3 мг/см³.
Аэрогелю отведено 15 позиций в Книге рекордов Гиннесса — больше, чем любому другому материалу. Иногда называемый «замороженным дымом» аэрогель производится в процессе сверхкритической сушки жидких гелей из алюминия, хрома, оксида олова или углерода. На 99,8 % аэрогель состоит из пустого пространства, что делает его полупрозрачным. Аэрогель фантастически изолирует — если у вас щит из аэрогеля, он защитит вас от потока огня. Причем так же защитит и от холода. Из него можно было бы построить теплый купол на Луне. У аэрогелей невероятная площадь поверхности внутренних фрактальных структур — кубик аэрогеля с гранью в один дюйм обладает внутренней площадью, эквивалентной футбольному полю. Несмотря на низкую плотность, аэрогель рассматривался в качестве компонента военной брони из-за своих изолирующих свойств.
2. Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки — это длинные цепи углерода, удерживаемые сильнейшей связью во всей химии, sp2, которая сильнее даже sp3, удерживающей алмаз. Углеродные нанотрубки обладают многочисленными прекрасными свойствами с точки зрения физики, с легкостью проводят электроны и настолько прочны, что это единственное вещество, в теории пригодное для строительства космического лифта. Удельная прочность углеродных нанотрубок — 48,000 кН·м/кг, такой прочностью не может похвастать даже высокоуглеродистая сталь (154 кН·м/кг). В триста раз прочнее стали. Из такого материала можно строить башни в сотни километров высотой.
3. Метаматериалы
«Метаматериалом» можно назвать любой материал, который приобретает свои свойства от структуры, а не состава. Метаматериалы использовались для создания микроволновых плащей-невидимок, двумерных плащей-невидимок и материалов с необычными оптическими свойствами. Некоторые метаматериалы обладают отрицательным индексом преломления, оптической величиной, которая позволяет создавать «суперлинзы», с помощью которых можно разглядеть элементы, которые меньше, чем длина световой волны. Эта технология называется субволновая визуализация. Метаматериалы планируют использовать для создания совершенных голограмм на 2D-дисплеях. Они были бы настолько совершенны, что если бы вы смотрели на экран с расстояния 10 сантиметров, даже не определили бы, что это голограмма.
4. Доступные алмазы
Мы давно стали использовать толстые слои алмазов в различных машинах, тем самым приблизив время, когда алмазы будут использоваться повсеместно. Алмаз — идеальный строительный материал. Он прочный, легкий, сделан из легкодоступного углерода, практически полностью теплопроводен и обладает одной из самых высоких температур кипения и плавления среди всех материалов. Вводя микропримеси, вы можете сделать алмаз практически любого цвета. Представьте истребитель, в двигателе которого сотни тысяч движущихся частей сделаны из алмаза. Такой аппарат был бы во много раз мощнее, чем лучшие самолеты сегодняшнего дня.
5. Доступные фуллерены
Алмазы прочны, но агрегированные алмазные наностержни (так называемые аморфные фуллерены) прочнее. Наноразмерные структуры фуллеренов придают им красивый переливающийся вид. Фуллерены могут быть существенно прочнее алмазов, но их производство требует больше энергии. После «алмазного века» мы вполне можем попасть в «век фуллеренов», а наши технологии будут более сложными.
6. Аморфные металлы
Аморфные металлы, также называемые металлическими стеклами, состоят из металла с неупорядоченной атомной структурой. Они могут быть в два раза прочнее стали. Из-за неупорядоченной структуры они могут рассеивать энергию удара более эффективно, чем металлические кристаллы, у которых есть слабые места. Аморфные металлы создаются в процессе быстрого охлаждения расплавленного металла до того, как он сформирует кристаллическую решетку. Аморфные металлы могут стать следующим поколением военной брони до того, как сменятся алмазоидными материалами к середине века. Если говорить об экологии, аморфные металлы обладают электронными свойствами, которые на 40 % увеличивают эффективность энергосетей, экономя нам тысячи тонн выбросов ископаемого топлива.
7. Сверхсплавы
Сверхсплав — это общий термин для металла, который может работать при очень высоких температурах (до 1100 °C). Их с удовольствием используют в сверхгорячих областях турбин реактивных двигателей. Они также используются и в более сложных конструкциях. Когда мы будем летать по небу в гиперзвуковых самолетах, нам придется благодарить сверхсплавы.
8. Металлическая пена
Металлическая пена — это то, что вы получаете, когда добавляете пенообразователь, порошкообразный гидрид титана, в расплавленный алюминий, а потом даете ему остыть. В результате получается крайне прочная субстанция, относительно легкая, с 75-95 % пустого пространства. Из-за своего благоприятного соотношения прочности к весу металлические пены были предложены в качестве строительного материала для космических колоний. Некоторые формы металлической пены настолько легкие, что плавают на воде, что делает их отличным средством для строительства плавучих городов.
9. Прозрачный алюминий
Прозрачный алюминий в три раза прочнее стали и прозрачен. Количество применений такому материалу воистину огромно. Представьте себе целый небоскреб или аркологию, состоящую из прозрачной стали. Горизонты будущего могут выглядеть как ряды плавающих черных точек (отдельные номера), а не монолиты, как сегодня. Огромная космическая станция, выполненная из прозрачного оксида алюминия, будет проплывать над Землей не страшной черной точкой, а незаметным спутником. А как насчет прозрачных мечей?
10. Электронная ткань
Если мы встретимся за чашечкой кофе в 2020 году, я скорее всего буду одет в электронную одежду. Зачем носить с собой электронные гаджеты, которые легко потерять, если можно просто носить с собой компьютеры? В настоящее время ведется разработка альтернативных методов ношения компьютеров, и если в ближайшее время мы увидим разве что очки и часы, скоро схемы будут вшиты непосредственно в то, что мы надеваем. Ведь замечательно говорить с кем-то по телефону, просто поднося руку к уху. Возможности электронной одежды воистину безграничны.
