Исследователи из Университета Акрона (США, штат Огайо) создали гибкое и прочное покрытие с прозрачным слоем электродов, нанесенных на полимерную поверхность. Оно успешно прошло тестирование на прочность под воздействием многократного сгибания и отслаивания липкой лентой. Новый материал сохраняет способность удерживать слой электродов даже после того, как был согнут тысячу раз. Результаты исследования ученые опубликовали в журнале Американского химического общества ACS Nano.
Руководитель проекта разработки этой технологии Ю Чжу предполагает, что скоро она получит применение в производстве сенсорных экранов. Сейчас в них обычно используется покрытие из оксида индия-олова, но новый материал прочнее, а его производство будет обходиться дешевле. Материал получился настолько гибким, что его можно транспортировать в рулонах.
Для потребителей эта новость означает, что экраны их будущих смартфонов и планшетов станут прочнее, отзывчивее и точнее. И, вероятно, эти устройства подешевеют.
Ученые всего мира активно работают над созданием новых химических соединений, из которых можно получать более дешевые и практичные материалы по сравнению с уже существующими. iBusiness отобрал пять высокотехнологичных материалов, широкое применение которых обещает перемены в промышленности и образе жизни людей.
1. Графен
В прошлом месяце корпорация Samsung сообщила, что ее инженеры нашли относительно недорогой способ массового производства графена. С этим материалом производители электроники связывают большие надежды.
Графеновая структура на подложке |
Графен — это двумерная аллотропная форма углерода, в которой объединенные в кристаллическую решетку атомы образуют слой толщиной в один атом. Это вещество было открыто в 2004 году двумя выходцами из России — Андреем Геймом и Константином Новоселовым. Первый сейчас живет в Нидерландах, второй — в Великобритании. В 2010 году Гейм и Новоселов получили за свое открытие Нобелевскую премию по физике.
Во-первых, графен необычайно прочен. Его лист площадью в один квадратный метр и толщиной всего в один атом способен удерживать предмет массой до 4 кг. Во-вторых, графен очень гибок: его можно использовать для плетения прочнейших нитей и тросов любой толщины. С точки зрения IT-индустрии, главное преимущество этого материала перед традиционным кремнием заключается в том, что его можно использовать для производства гибкой электроники — например, экранов, которые можно сворачивать, как газету.
Графен отлично проводит электричество и тепло. Кроме того, он обладает полной оптической прозрачностью. Поэтому он годится для производства электронных чипов и солнечных панелей. Возможно, с помощью графена ученые смогут продлить действие закона Мура, к которому так привыкли пользователи компьютеров. Без графена у закона Мура мало шансов, потому что размеры кремниевого транзистора нельзя уменьшать бесконечно.
Корпорация IBM уже объявила о создании интегральных схем на основе графеновых транзисторов. Они могут без сбоев работать при температуре до 128 градусов по Цельсию.
2. Силицен
Не успел графен завоевать умы инженеров, как у него появился аналог, причем, вероятно, еще более совершенный. В 2012 году в Германии получили силицен — вещество, которое тоже претендует на роль «нового кремния».
Модель структуры силицена |
Если графен — это слой из атомов углерода, то силицен — это такой же тонкий слой, но из атомов кремния. Он похож на графен тем, что тоже обладает отличной проводимостью, но при этом еще и гарантирует меньшие теплозатраты. Есть у него и другие преимущества. Силицен превосходит графен по структурной гибкости: его атомы могут выпирать из плоскости. Кроме того, он полностью совместим с существующей электроникой, в основе которой лежит его «родитель» — кремний. На практике это означает, что внедрение технологий на основе силицена потребует меньше времени и денег, чем внедрение графеновой электроники. Силицен идеально подходит для производства сверхтонких гаджетов.
В сравнении с графеном у силицена только один недостаток: он не так хорошо изучен, поскольку появился на восемь лет позже.
3. Каменная бумага
Компания Ogami придумала уникальную бумагу из камня. Внешне она почти ничем не отличается от древесной, но вместо дерева для ее создания используют нетоксичную смолу и карбонат кальция. Последний встречается в природе в виде минералов — кальцита, известняка, мрамора. Получить эти материалы очень просто — или из каменных карьеров, или из отходов строительного производства.
Тетради из каменной бумаги |
Для изготовления бумаги минерал сначала измельчают до состояния порошка, а затем с помощью сложных технологических операций превращают в тонкие листы.
У каменной бумаги сразу несколько преимуществ. Для ее создания не нужны ни хлор, ни нефтепродукты, ни опасные кислоты, используемые в традиционном целлюлозно-бумажном производстве. Каменная бумага прочнее обычной, ее сложнее порвать, она не боится воды. И эта бумага многоразовая: написанное или напечатанное на ней можно стереть, не разрушив структуру листа.
4. Аэрогель
Это крайне необычный класс материалов, которому в Книге рекордов Гиннесса уделили сразу 15 позиций. Аэрогель, который иногда также называют «застывшим дымом», производится из соединений кремния, алюминия, хрома, олова или углерода. Чтобы получить аэрогель, сырье для него нужно «высушить» при критически высокой температуре.
Аэрогель хорошо защищает от огня |
Аэрогель необыкновенно легок: большая часть его объема (порядка 99%) состоит из воздуха. Материал полупрозрачен и обладает отличными изолирующими свойствами. Тонкий лист аэрогеля защитит и от огня, и от крайне низких температур. Из этого материала можно было бы построить на Луне жилой купол, удерживающий тепло и защищающий от радиации. У аэрогеля низкая плотность в сочетании с высокой прочностью, поэтому его собираются использовать для брони на военной технике.
Аэрогель пока довольно дорог, а его производство — это весьма трудоемкий процесс. Но диапазон его возможных применений в будущем очень велик — от многослойных печатных плат сложной электроники до теплоизоляции жилищ при освоении самых холодных территорий на планете.
Аэрогель может поглощать другие вещества — до 900 раз больше своего веса. 3,5 кг аэрогеля достаточно, чтобы абсорбировать с поверхности океана тонну разлившейся нефти.
5. Феррофлюид
Это жидкий материал, который может менять свою форму под воздействием магнитного поля. Изменение формы происходит за счет того, что феррофлюид содержит микрочастицы магнетита. Когда к ним подносят магнит, они притягиваются и при этом увлекают за собой молекулы жидкости. Получается что-то вроде «жидкого металла», способного многократно деформироваться без напряжений и дефектов.
Феррофлюид под воздействием магнитного поля |
По теплоемкости и теплопроводности феррофлюид превосходит все существующие смазочно-охлаждающие материалы. Его применяют в качестве жидкого уплотнителя вокруг вращающихся осей жестких дисков и в гидравлических подвесках автомобилей. Но перспективы феррофлюида куда более серьезны: NASA собирается использовать его при производстве телескопов, а некоторые ученые считают, что этот материал поможет лечить рак. Феррофлюид можно смешать с противоопухолевыми препаратами, чтобы с помощью магнита точно вводить их в пораженный участок организма. Это позволит защитить здоровые ткани, окружающие опухоль.
