Классификация материалов
Материал – это вещество или смесь веществ, из которых изготавливается продукция.
Материалы участвуют в процессе производства и придают готовому продукту определенные свойства. Между собой материалы отличаются по степени чистоты, они могут быть органическими и неорганическими, классифицироваться по свойствам или происхождению. В большинстве случаев материалы изготавливаются из полезных ископаемых (например, битум получают из нефти, а сталь выплавляют из руды). С точки зрения использования материалов их можно разделить на следующие категории:
- Биоматериалы, которые используются в биологии и медицине.
- Строительные материалы, которые используются в строительстве.
- Аэрокосмические материалы, которые используются для создания ракет, космических кораблей, а также в авиации.
- Строительные теплоизоляционные материалы, которые используются для сохранения тепла в сооружениях и зданиях.
- Ядерные материалы, которые используются в ядерной энергетике и для создания оружия.
- Огнеупорные материалы, которые используются в условиях высоких температур.
В машиностроении материалы классифицируются в соответствии с их микроструктурой: полимеры (основа - кремниевые или длинные углеродные цепи), керамика (неорганические твердые и неметаллические вещества), металлы, стекла и гибриды (комбинация нескольких веществ). Материалы могут классифицироваться в соответствии со своими свойствами, основными из которых являются механические и тепловые свойства. Механическими свойствами определяется реакция материала на приложение силы. К показателям таких свойств относятся твердость, прочность, пластичность и жесткость. К показателям тепловых свойств относятся хладноломкость, термическая стойкость, теплоемкость и теплопроводность. Материалы могут классифицироваться и по другим показателям, относящимся к электрическим, магнитным и оптическим свойствам.
Необходимость создания новых видов материалов
Несмотря на то, что сегодня существует огромное количество самых разнообразных материалов, до сих пор сохраняется необходимость в создании новых специализированных материалов. Например, в ядерной энергетике существуют многочисленные проблемы, которые связаны с созданием новых материалов, необходимых на всех стадиях - от системы размещения топлива в реакторе до хранения радиоактивных отходов. Очень большие потери энергии также связаны с перевозками. Более эффективного процесса потребления энергии можно добиться посредством уменьшения веса транспортирующих устройств и увеличения температуры, при которой работают двигатели. Для этого необходимо создать инженерные материалы высокой прочности, которые также смогут работать в условиях высоких температур.
Еще существует необходимость в новых и экономически обоснованных источниках энергии, а также в более эффективном использовании уже существующих. Материалы, обладающие нужными характеристиками играют важную роль в развитии данного направления. Таким образом продемонстрирована возможность прямого преобразования солнечной энергии в электрический ток. Сейчас многие материалы получают из невосполнимых источников. К таким материалам относятся, например, полимеры получаемым из нефти. Поэтому существует необходимость обнаружения новых источников ресурсов; создание новых материалов, свойства которых будут аналогичны уже существующим; усиление роли рециклинга.
Рециклинг - переработка отходов.
Инновационные материалы
К одним из самых перспективных материалов относятся:
- Аэрогель. Данный материал получается в результате сверхкритической сушки жидких гелей из углерода, алюминия, оксида олова или хрома. На 99,8 % он состоит из пустого пространства, поэтому он полупрозрачный. Аэрогель обладает отличными изолирующими свойствами, он прекрасно защищает и от огня, и от холода. Данный материал обладает невероятной площадью поверхности внутренних фрактальных структур. В настоящее время аэрогель рассматривается в качестве компонента военной брони.
- Углеродные нанотрубки. Данный материал представляет собой длинные цепи углерода, которые удерживаются самой сильной связь в химии. Углеродные нанотрубки прекрасно проводят электроны, а их прочность настолько высока, что в настоящее время они считаются единственным материалов, который пригоден для строительства космического лифта.
- Доступные фуллерены. Данные материалы намного прочнее алмазов, но в настоящее время для их производства требуется очень много энергии.
- Сверхсплавы. Данные материалы способны работать при температуре 1100 градусов по Цельсию.
- Графеновое нанопокрытие. Данный материал, благодаря своей способности проводить достаточное количество тепла и электрической энергии отлично подходит для биомедицины и электроники.
- Прозрачный алюминий. Данный материал в три раза прочнее стали. Перспективными областями его применения являются строительство зданий и космических кораблей.
