Три наиболее значимых открытия в области материаловедения в 2021 году

Разбитая керамическая ваза может сама себя починить, литий-ионный аккумулятор может вместить в два раза большую емкость без увеличения размера, а теплоизоляция может не только защищать, но и отводить её в выбранном направлении. Давайте обсудим три наиболее значимых открытия материаловедов в 2021 году.

Про керамику у нас был большой видеоролик, где пояснялось, что всем хороша керамика, но есть у неё ряд сопутствующих серьезных проблем. В итоге все "пряники" перечеркиваются хрупкостью.

В чем основная проблема существующей керамики?

Причина ограничения использования технической керамики сегодня - это плохая работа при ударных нагрузках. Если делаешь подшипник, то ходит на истирание он долго, но один удар и подшипника нет. Так "уничтожаются" и остальные достоинства.

Что предложили ученые для исключения хрупкости керамики?

В издании Science Advances были опубликованы результаты исследований группы ученых из США, которые обнаружили у керамики специфический механизм самовосстановления. Дело в так называемой МАХ - фазе, которая под нагрузкой позволяет залечивать микротрещины даже при комнатной температуре.

Ранее было известно, что керамики могут само восстанавливаться при высоких температурах в результате диффузионных процессов, но получить такой результат при комнатной температуре удалось впервые!

Если удастся научиться получать эту фазу и в других распространенных сегодня керамических материалах, то мы получим уникальные свойства, которые не будут ограничены рядом проблем.

Широко использовать те же электромобили в качестве альтернативы до сих пор не получается. Всё дело в аккумуляторах, которые не отвечают имеющимся требованиям.

В чем проблема современных аккумуляторов?

Большинство современных батарей - это литий-ионные аккумуляторы. У них есть ряд недостатков. Это и ограниченный срок службы, и некоторая опасность самоуничтожения аккумулятора (а заодно и всего окружающего) и, что самое важное для транспорта, недостаточная ёмкость.

Может показаться, что достаточно сделать стандартный аккумулятор большего объема и всё. Но тут имеет место парадокс- больше аккумулятор, больше масса, больше и растрата энергии для перемещения.

Как новый материал решит проблемы?

В стандартном случае анод аккумулятора сделан из графита. Электрический ток получается благодаря перемещению частиц. Сам графит не накапливает энергию и не производит ток. Это пустое место и балласт. В результате изысканий, опубликованных в издании techologyreview, для изготовления анода был предложен новый металлический материал.

Если заменить им стандартный анод, то он не только будет выполнять свою функцию, но и позволит получать большее количество энергии в виду собственной активности. Анод предлагается делать из металлического лития. Отсюда и название литий-металлический.

Ёмкость такого аккумулятора удалось увеличить почти в 2 раза при прежних размерах.

Любая электроника при работе нагревается. Помогает закон Джоуля-Ленца. Работает компьютер, а его блок питания нагревается. Пользуетесь вы телефоном и он греется.

Почему это не ерунда?

Когда устройство нагревается, электроника может перегреться и выходить из строя. Перегретое устройство может стать причиной пожара. Но главная проблема- при нагревании снижается проводимость и растёт сопротивление, вся начинка работает нестабильно. Это неизбежно приводит к большим потерям и некорректной работе.

Эффект приходится нивелировать более сложными схемами и правильной их организацией.

Как поможет новый материал на основе дисульфида молибдена?

Проведенные исследования, результат которых был опубликован в журнале Nature, показали, что новый материал с применением тонкой пленки дисульфида молибдена может одновременно и проводить тепло, и рассеивать его.

Если дезориентировать такие пленки, то в одном из направлений материал тепло не проводит, а в другом проводимость сохраняется. Экран из такого материала может не только экранировать деталь от теплового воздействия, но и отводить тепло. Теперь можно сделать тепловой экран с уникальными свойствами и он прекрасно защитит чувствительные детали при минимальном размере.

------------

Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.

-------------

Советую также прочитать на нашем канале:

-----

Смотрите нас на YouTube и присоединяйтесь к телеге!