Блог

Jul 12, 2023

Технологии ежеквартально

Технологии Ежеквартально Новые материалы для производства Материал

Технологии ежеквартально

Новые материалы для производства.

Существенная разница

Материаловедение быстро меняет способы производства всего, от автомобилей до лампочек, говорит Пол Маркилли.

«Я вообще не завишу от цифр», — сказал Томас Эдисон. «Я провожу эксперимент и каким-то образом обосновываю результат методами, которые я не мог объяснить». Так получилось, что, протестировав 1600 различных материалов, от кокосового волокна до лески и даже волоса из бороды коллеги, Эдисон, наконец, нашел особый тип бамбука, который в карбонизированной форме можно было использовать в качестве нити в самом первом случае. лампа накаливания. Он продемонстрировал это в канун Нового 1879 года в своей лаборатории в Менло-Парке, штат Нью-Джерси.

Подробности всех этих кропотливых проб и ошибок заняли более 40 000 страниц записных книжек Эдисона, но его решение вскоре было вытеснено. К началу 20-го века нити накаливания изготавливались из вольфрама, которые горели ярче и служили дольше. На протяжении более 100 лет мир освещался лампочками с вольфрамовыми нитями, и лампочка стала для карикатуристов постоянным синонимом всевозможных инноваций.

Сейчас лампочки заменяются светодиодами (LED), которые более эффективно преобразуют электричество в свет, чем нити накаливания, и имеют гораздо более длительный срок службы. Светодиоды впервые появились в 1960-х годах в качестве индикаторов электрического оборудования. Сегодня они обеспечивают мощное освещение зданий, улиц и автомобилей. В бедных частях мира они несут свет людям, которые никогда не видели старомодных лампочек.

И лампочка Эдисона, и светодиод — это изобретения материаловедения, процесса превращения материи в новые и полезные формы. Но за годы между ними и материалы, и наука стали намного сложнее. Полупроводниковые материалы, такие как германий или кремний, из которых изготавливаются светодиоды, часто с осторожным добавлением атомов какого-либо другого вещества, требуют иного подхода, чем в Менло-Парке. Вид излучаемого ими света тонко регулируется микроскопическими структурами и деталями этих дополнительных атомов. Пейс Эдисон, подобные вещи зависят от множества цифр, не говоря уже о квантовой теории.

Способность понимать свойства материалов в мельчайших масштабах не только позволяет людям лучше делать старые вещи; это позволяет им делать что-то новое. Во времена Эдисона использование света для передачи сообщений было областью ламп Алдиса, которые передавали сообщения азбукой Морзе с корабля на корабль. Лазерные диоды — полупроводниковые устройства, созданные для получения гораздо более чистого света, чем светодиоды, — могут контролируемым образом включаться и выключаться миллиарды раз в секунду. В поразительном количестве приложений, где информация должна дойти от А до Б — будь то конечные точки DVD и динамик, штрих-код и касса в супермаркете или два конца трансатлантического оптоволоконного кабеля — лазерные диоды выполняют всю работу. работа. При всей своей кажущейся абстракции виртуальный мир построен на вполне реальных, очень хорошо изученных материалах.

Это то, что некоторые ученые называют «золотым веком» материалов. Появляются новые высокоэффективные материалы, такие как экзотические сплавы и сверхпрочные композиты; «умные» материалы могут запоминать свою форму, самостоятельно восстанавливаться или собираться в компоненты. Небольшие структуры, которые меняют реакцию чего-либо на свет или звук, можно использовать для превращения материала в «метаматериал» с совершенно разными свойствами. Сторонники нанотехнологий говорят о создании вещей атом за атомом. Результатом является поток новых веществ и новых идей о том, как их использовать, чтобы улучшить старые вещи, а также новые вещи, которые никогда раньше не производились.

Университетские отделы материалов процветают, порождая яркую предпринимательскую культуру и производя волну инноваций (см. вставку ниже). Многие из этих открытий не смогут перейти от лабораторной демонстрации к коммерческому предложению. Но некоторые из них могут изменить мир, как это сделали лампочки.