Уявіть собі світ, де будинки заліковують свої тріщини, гриби стають меблями, а мода допомагає регулювати температуру вашого тіла, щоб вам було комфортно за будь-якої погоди. Це не книга з науково-фантастичного роману; це найближче майбутнє дизайнерських матеріалів, які зроблять революцію у нашому житті у 2024 році. Від бетону, що самовідновлюється, до біоінженерних пластиків – новатори по всьому світу розсувають кордони, створюючи матеріали, які не тільки кидають виклик нашому традиційному розумінню функціональності, але й обіцяють екологічність та ефективність, як ніколи раніше. Багато з цих матеріалів можуть здатися вам не такими вже новими, але досягнення в їхньому виробництві і швидкому використанні забезпечують місце в цьому списку. Це не «нечувані» матеріали, а, швидше, матеріали, які повільно, але вірно стають дедалі більш доступними для компаній, які прагнуть інновацій та привнесення у світ останніх досягнень. Будьте готові почути все більше і більше про ці матеріали в майбутньому, оскільки вони радикально ефективні і який потенціал вони містять, щоб зробити життя простіше, процеси більш ефективними, а світ, ми сподіваємося, більш зеленим та кращим.
10. Нітрид галію
Це скромне з’єднання, яке в минулі роки часто затьмарювалося своїми кремнієвими побратимами, готове зайняти центральне місце як один із десяти кращих матеріалів, що змінюють правила гри в технологіях. Уявіть собі речовину настільки універсальну, що вона може одночасно перетворити ваш громіздкий зарядний пристрій для ноутбука на майже невагомий аксесуар і водночас підвищити ефективність електромобілів до безпрецедентної ефективності. GaN робить саме це завдяки своїй чудовій здатності витримувати більш високу напругу та розсіювати менше тепла, ніж кремній – властивості, які стрімко просувають нас в епоху енергоефективності, яка колись здавалася науковою фантастикою. У лабораторіях по всьому світу GaN демонструє свої сили; проявляючи себе у силової електроніці, а й роблячи фурор у радіочастотних додатках, де швидкість має вирішальне значення. Оскільки мережі 5G розкривають свій потенціал у містах по всьому світу, GaN готова стати ключовим гравцем у посиленні сигналів із нечуваною раніше чіткістю та точністю. Але не дозволяйте цим технічним досягненням затьмарити екологічну браваду GaN – він працює прохолодніше і споживає менше енергії, що означає менші за розміром системи охолодження та екологічні рішення.
9. Графен
Це диво товщиною всього в один атом, але міцніше за сталь, готове перевизначити наш підхід до всього: від електроніки до архітектури. Уявіть собі світ, у якому ваш смартфон згинається, як папір, не ламаючись, чи будівлі, які легко витримують землетруси; це не фантастичні мрії, а реальне майбутнє, обіцяне графеном. Шановний за свою виняткову провідність, він покликаний зробити революцію в сонячних панелях, перетворивши їх на найефективніші світлові губки, які зможуть зробити чисту енергію доступнішою, ніж будь-коли раніше. Уявіть собі текстиль, просочений цим чудо-матеріалом – одяг, який може стежити за здоров’ям або навіть заряджати ваші пристрої на ходу (ми вже знаємо про терморегулюючі тканини, засновані на властивостях графена) але що дійсно відрізняє графен, так це його універсальність – він не просто покращує існуючі продукти, а й прокладає шлях до інновацій, про які ми ще навіть не мріяли.
8. Квантові точки
Ви, напевно, чули про квантові точки в одному з прес-релізів Samsung, LG або Sony про їхні останні телевізори… але що саме являють собою ці квантові точки і що щодо них змусило їх увійти до цього списку? Отже, квантові точки (КТ) – це нанокристали з унікальними оптичними властивостями, що робить їх ідеальними для технологій відображення наступного покоління. Ці крихітні напівпровідникові частинки досить малі, щоб виявляти квантово-механічні властивості, які дозволяють їм випромінювати світло певної довжини хвилі під напругою. Результат? Яскраві кольори та підвищена енергоефективність на дисплеях – від телевізорів до смартфонів. У той час як світ об’єднується навколо дисплеїв із квантовими точками (відходячи від традиційних РК-дисплеїв та OLED) через те, наскільки вони неймовірно яскраві та реалістичні, потенціал цих точок виходить далеко за рамки просто дисплеїв, оскільки вони здатні допомогти зробити сонячні панелі. Набагато більш ефективними, і навіть революціонізувати (і демократизувати) квантові обчислення.
7. Рідкі металеві метали
Якщо термін «сплави рідких металів» миттєво наштовхнув вас на думку про Т-1000 з «Термінатора 2», то ви даремно витрачаєте гроші. Уявіть собі металеву речовину, таку ж м’яку, як пластилін, але здатна проводити електрику краще, ніж мідь, і витримувати екстремальні температури, не потіючи. Рідкометалеві сплави, що складаються в основному з галію, змішаного з іншими металами, такими як індій та олово, кидають виклик самим нашим уявленням про міцність та довговічність. Ці чудові матеріали можна заливати у форми для створення безшовних деталей для складних механізмів або використовувати в гнучкій електроніці (наприклад, в пристроях, що носяться, або м’якій робототехніці), які згинаються, не ламаючись – уявіть собі складні смартфони, виведені на зовсім новий рівень. Більш того, їх властивості самовідновлення забезпечують довговічність виробів, які в іншому випадку зазнали б зносу. Дослідники зі світових високотехнологічних секторів обговорюють, як рідкі металеві сплави можуть зробити революцію в усьому: від медичних пристроїв, які забезпечують швидше реагування на протези, до аерокосмічних компонентів, які можуть витримувати нестабільні космічні умови без пошкоджень. Перетворювальний потенціал величезний: системи зберігання енергії стають більш ефективними, м’яка робототехніка набуває безпрецедентної гнучкості та чутливості, і навіть споживчі гаджети отримують витонченіші оновлення, одночасно підвищуючи довговічність.
6. Удосконалена кераміка
Уявіть собі світ, в якому двигуни охолоджуються і служать довше завдяки керамічним компонентам, несприйнятливим до нагрівання та зносу, або де наші смартфони практично неруйнівні завдяки стійким до подряпин керамічним екранам (Apple вже експериментує зі своєю технологією CeramicShield). Ця алхімія нітриду кремнію, оксиду цирконію та оксиду алюмінію здатна зруйнувати очікування (але не зруйнувавши саму себе) завдяки своєму безпрецедентному співвідношенню міцності до ваги та термічної стабільності. Пишність полягає не тільки в тому, що ці матеріали можуть витримати, а й у їхній надприродній здатності проводити електрику або повністю чинити опір їй, залежно від необхідності – риса, яка робить їх незамінними як в електронних пристроях, так і в сонячних панелях. Оскільки екологічні міркування займають центральне місце у всьому світі, передова кераміка є екологічно чистим маяком для сталого розвитку, оскільки її довговічність скорочує кількість відходів з часом.
5. Наноцелюлоза
Отримана з целюлози, найпоширенішого полімеру на Землі, наноцелюлоза є абсолютно екологічно чистим чудо-матеріалом. Волокна наноцелюлози шириною всього нанометрі невидимі неозброєним оком, але майбутнє стійких технологій міцно утримується в межах їх крихітної досяжності. Чому наноцелюлоза привертає увагу цього року? Уявіть собі матеріал легше за пластик, але досить міцний, щоб кинути виклик домінуванню сталі в міцності на розрив. Виготовлена з використанням методів, які розщеплюють рослинну речовину на клітинному рівні, наноцелюлоза перевершує своє скромне походження, володіючи такими властивостями, як біорозклад і низька токсичність, зберігаючи при цьому чудову термічну стабільність і бар’єрні властивості по відношенню до газів. Тому не дивно, що галузі промисловості, від упаковки до аерокосмічної промисловості, щосили намагаються інтегрувати його у свою продукцію, щоб отримати перевагу в галузі екологічно свідомих інновацій.
4. Міцелій
Цей крихітний організм у формі парасольки – лише мала частина того, чим є гриб. Та частина, яка виходить із землі, – це просто «плід», що містить шпори, які допомагають організму поширюватися далі, але загляньте під поверхню, і ви натрапите на міцелій, який часто вважають справжнім тілом гриба. Часто в десятки або сотні разів більше самих крихітних плодів, міцелій має неймовірні переваги. Він має властивості, подібні до шкіри, що робить його неймовірно придатною веганською альтернативою шкірі тваринного походження, але, що більш важливо, його м’ясиста, губчаста маса має здатність рости швидкими темпами, що робить її відмінною заміною пінопласту і безлічі інших матеріалів. інші формувальні матеріали. Матеріал на основі грибів росте за рахунок розкладання та поглинання природних відходів (що само по собі є перевагою), має здатність самовідновлюватися та відновлюватися з швидкою швидкістю, і, що найприємніше, він повністю натуральний, що робить його екологічно чистим, і за своєю суттю біорозкладаються. Цей одноразовий біорозкладний гриб з міцелію – чудовий приклад того, як цей матеріал може здійснити революцію у 2024 році.
3. Біопластики та біокомпозити
Хоча міцелій не замінить повністю формовані матеріали, такі як пластмаси, пластмаси на основі нафти зазнають жорсткої конкуренції з боку полімерів природного походження або навіть полімерів, які включають природні композити. Традиційні пластмаси виробляються з сирої нафти і мають сумно відому нездатність розкладатися в грунті, викликаючи практично всі мислимі проблеми в сучасній історії, від сміттєзвалищ до океанського сміття та тих набридливих мікропластиків, які зараз проникають у людей та майже у всі частини природи. Біопластики виробляються з природних матеріалів (таких як кукурудза або коноплі), що дозволяє формувати і виробляти їх так само, як звичайний пластик, але з додатковою перевагою, що полягає в біосумісності та розкладу. З іншого боку, в біокомпозитах використовуються натуральні наповнювачі та натуральні сполучні для створення альтернативи пластику, яка є жорсткою, довговічною та стійкою до зовнішніх впливів. Найбільш поширені біокомпозити, які ми бачили, використовують такі відходи, як кавова гуща чи зернова лушпиння, пов’язуючи їх натуральними сполучними речовинами для створення нових матеріалів з властивостями, що імітують різні форми пластику, але з додатковою перевагою, що полягає в тому, що вони безпечні для навколишнього середовища. середовища та скорочення відходів. Такий безкомпромісний підхід до матеріалознавства робить біопластики та біокомпозити воістину революційним вибором у 2024 році… і, можливо, найдоступнішим!
2. Прозорі сонячні панелі
Уявіть собі, що вікна вашого будинку могли б збирати енергію сонця та постачати будинок електроенергією. Або, що ще більш вражаюче, якби передня скляна панель вашого смартфона могла допомогти заряджати ваш телефон, коли він знаходиться на сонці. Поява прозорих сонячних панелей поступово перетворює цю мрію на реальність. Ці панелі мають переваги перед традиційними панелями, оскільки вони менш помітні та займають мало місця. Незважаючи на те, що вони відносно нові та дорогі, поточні технологічні досягнення передбачають майбутнє зниження витрат, що робить їх доступнішими. Панелі працюють за рахунок використання спеціального сонячного елемента, який поглинає світло, не затемнюючи його, що дозволяє інтегрувати їх у вікна та інші прозорі поверхні. Ця технологія, хоч і знаходиться на ранніх стадіях свого розвитку, має величезний потенціал для перетворення використання сонячної енергії, ефективно перетворюючи будь-яку скляну поверхню на джерело енергії. Панелі працюють, пропускаючи видиме світло, вловлюючи при цьому ультрафіолетову та ближню інфрачервону енергію, що дозволяє виробляти електроенергію, не покладаючись виключно на видиме світло. Їхня тонкість і ефективність роблять їх універсальними для різних застосувань, від живлення пристроїв до цілих будівель, без шкоди для естетики. Подумайте, як було б неймовірно, якби ви могли припаркувати машину на відкритому повітрі та повернутися до повністю зарядженої батареї електромобіля?!
1. Самовідновлювальні матеріали
Можливо, найцікавіший тип матеріалу у всьому цьому списку. Матеріали, що самовідновлюються, є категорією матеріалів, які можуть «виправлятися» з плином часу, звертаючи назад будь-який завданий їм збиток. Найбільш очевидним застосуванням є бетон, що самовідновлюється, який дозволяє чарівним чином зникати тріщинам і ознакам атмосферного впливу в будинках, збільшуючи довговічність конструкцій (це досягається за рахунок включення певних елементів, таких як волокна або капсули, в бетонну суміш, що містить ремонтні розчини) проте , можливості застосування в технологіях також неймовірні. Фарби/покриття, що самовідновлюються, можуть дозволити подряпинам на автомобілях автоматично зникати під впливом світла або ультрафіолету, а в області самовідновлюваних полімерів і скла були досягнуті значні успіхи, які можуть зробити технічні пошкодження менш клопітними. Уявіть собі, що ви впустили телефон і побачили, що тріщина або подряпина з часом гояться і зникають.
(Бонус) Титан
Хоча титан був одним із найпопулярніших матеріалів для розробки інструментів EDC та медичного використання, той факт, що Apple та Samsung торік випустили титанові смартфони, має величезне значення для найміцнішого у світі металу. Звичайно, за винятком тих небагатьох сфер застосування в побутовій електроніці, титан існує вже кілька десятиліть, то чому він фігурує в цьому списку? Що ж, титан знаходиться на унікальному перехресті: він легкий, неймовірно міцний і біосумісний (і, отже, гіпоалергенний). Не зашкодить те, що Apple і Samsung також створили дива з популярністю цього матеріалу, так що чекайте, що титан частіше з’являтиметься в високоякісних пристроях, що носяться, навіть з біонічними продуктами, такими як всі (інтерфейси мозок-комп’ютер) та іншими цікавими продуктами, які ми ще не бачили!
