Самый легкий и прочный материал своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 18.09.2024

Изучение веществ играет важную роль во многих сферах жизни человека. Благодаря открытиям ученых, совершенствуются технологии в медицине, строительстве, металлургии, космологии. В статье представлен список самых прочных и крепких материалов, известных на сегодня.

Алмаз
Шёлк паука Дарвина
Аэрографит
Палладиевое микролегированное стекло
Карбид вольфрама
Карбид кремния
Полиэтилен марки Dyneema
Кубический нитрид бора
Титановые сплавы
Аморфные сплавы
Наноцеллюлоза
Зубы моллюсков
Мартенситностареющая сталь
Осмий
Кевлар
Полиэтилен высокой плотности марки Spectra
Графен
Углеродные нанотрубки
Металлическая микрорешётка
Аэрографен
Карбин
Вюрцит нитрид бора
Лонсдейлит
В заключение
Видео в тему

Алмаз

Фактом, что алмаз – один из самых твердых на планете, никого не удивишь. Действительно, этот драгоценный минерал заслуживает почетное место среди прочных. Впрочем, о еще одном свойстве стоит напомнить. По оценке шкалы Мооса, поцарапать алмаз возможно только используя другой такой же камень. То есть, реакция на механическое воздействие другим материалом равна нулю.

Шёлк паука Дарвина

Фантастическое вещество, продуцируемое членистоногим Caerostris darwini, поражает воображение. Не зря ученые признали сеть паука самым твердым материалом на Земле из разряда биологических. Правда, лидер недолго оставался таковым, но об этом позже. Специальные исследования показали высокую сопротивляемость волокна деформациям, ударам, растяжениям и сжатиям. И это при том, что оно практически невесомое.

Благодаря методу модулирования, ученые предположили следующее. Чтобы шелком паука можно было обернуть Землю, потребуется всего лишь 500 граммов. Но такой сети в природе пока нет.

Аэрографит

Чтобы понять, насколько легка эта синтетическая пена, нужно взять в руку пенопласт. Так вот аэрографит весит в 75 раз меньше, но при этом в несколько раз прочнее. Кроме того, благодаря входящим в состав углеродным трубочкам, этот материал сжимается, уменьшаясь в соответствии с изначальным размером в 30 раз.

Высокая эластичность позволяет проводить такие манипуляции без потери основополагающих качеств. Учитывая эти особенности, ученые установили, что аэрографит с легкостью выдержит нагрузку, которая превысит вес материала в 40 тысяч раз.

Палладиевое микролегированное стекло

Вопреки стереотипам, стекло не всегда хрупкое и бьющееся. Благодаря группе ученых из Калифорнийского института, был разработан инновационный материал, который сочетает в себе мягкость и прочность. Секрет изобретения заключается в том, что кристаллическая структура позволила обойти свойства хрупкости стеклообразного вещества, при этом не снизив уровень выносливости.

Карбид вольфрама

Этот материал нельзя назвать абсолютно твердым, поскольку в некоторых случаях он подвержен разрушению. Однако в условиях больших нагрузок начинают проявляться мягкие свойства, которые обусловлены специальными полосами скольжения. В современном мире эта разработка успешно используется в строительстве, а точнее при изготовлении инструментов для сверления и бурения.

Карбид кремния

Химическое соединение вовсю применяют в военной технике. Благодаря повышенной тугоплавкости, оно участвует в изготовлении брони. А ввиду низкой стоимости материал используют в боевых танках. Кроме того, карбид кремния востребован в ювелирной сфере, а точнее для производства камней, которые имитируют алмазы.

Полиэтилен марки Dyneema

Еще один волшебный состав, поражающий набором полезных свойств. Износостойкий, он хвалится низким коэффициентом трения, а также показывает надежность в условиях критических температур. В своей группе этот высокомолекулярный полиэтилен считается самым прочным среди других волокнистых веществ.

Ученые создали материал, который в несколько раз легче воды, однако способен отражать даже пули. Используют в судостроении. Из него изготавливают тросы, которые долгое время не требуют замены и не тонут в воде.

Кубический нитрид бора

По своим характеристикам этот материал схож с алмазом. По показателю твердости они идентичны. Но нитрид бора обладает дополнительными преимуществами. Так, в отличие от драгоценного камня, он устойчив к критически высоким температурам, не вступает в химические реакции ни с железом, ни с никелем. Благодаря этим характеристикам материал выгоден при производстве шлифовальных инструментов.

Титановые сплавы

Свойства титана известны каждому. А вот химические сплавы из этого материала демонстрируют сохранение феноменальной прочности даже в условиях сильного растяжения. Кроме того, полученный сплав обладает жаропрочностью и антикоррозийными характеристиками. Сфера применения материала обширна: авиа и ракетостроение, транспорт и много другое.

Аморфные сплавы

Получаются эти металлы в результате сверхбыстрого охлаждения, благодаря чему минуется процесс кристаллизации. Таким образом, металл становится твердым, однако сохраняет структуру, которая характерна для расплавленного состояния.

Чаще всего аморфные сплавы выпускаются в виде листов, проволок либо же порошка. Вышеуказанная особенность обусловила характерные свойства: устойчивость к коррозии, твердость и прочность. Сплавы используют в электротехнике при изготовлении трансформаторов.

Наноцеллюлоза

Ученые вывели этот материал из древесного волокна. И это тот случай, когда самое прочное дерево даст фору стали. Впрочем, первое еще и намного дешевле. Вообще, наноцеллюлозу называют главным конкурентом стекла и углеродного волокна. Разработчики уверены, что это материал будущего, который будет активно применяться при изготовлении брони и даже биотоплива.

Зубы моллюсков

Мартенситностареющая сталь

Еще один сплав, который отличается повышенной прочностью, а также низкой вязкостью и превосходной пластичностью. Получил широкое распространении в ракетных установках, а также при изготовлении строительных инструментов.

Осмий

С этим материал достаточно сложно работать, ведь даже при высокой температуре, он практически не плавится. Механическая обработка тяжела и трудоемка, поэтому детали из осмия чаще всего изготавливают там, где в первую очередь ценится долговечность. Несомненно, это самый твердый металл, который используют в медицинской области. К примеру, в изготовлении хирургических имплантатов. Осмий применяется и в военных снарядах, ракетостроении.

Кевлар

Это пластик, температура плавления которого 450?. Впрочем, не только это обусловило востребованность кевлара в различных областях. Его используют в тормозных колодках, при изготовлении защитной одежды и даже в беспилотниках. А все потому, что кевлар невероятно прочен и эластичен. К примеру, если сравнить его со стальным проводом, то последний отстает в этих показателях в 8 раз.

Полиэтилен высокой плотности марки Spectra

Еще одно химическое соединение, которое напоминает прочный пластик. Это волокно, отличающееся выдающейся износостойкостью. В сравнении со сталью, ученые отмечают десятикратное преимущество. Как и кеврал, Spectra успешно применяется в бронежилетах и другой защитной амуниции. Вместе с Dyneema, Спектра популярна в строительстве судов и автомобильной промышленности.

Графен

Беря за основу сравнения всю ту же сталь, легко подсчитать, что графен с одноатомной толщиной решетки, превышает по критерию прочности металл в 200 раз. Это модификация углерода, что собственно и обуславливает такие показатели. Внешний вид графена схож с кулинарной пленкой, правда, в отличие от привычного для хозяек инструмента, порвать ее невозможно. Чтобы представить наглядно необходимые усилия для деформации вещества, потребуется мощь грузовика, сосредоточенная на карандаше.

Группа ученых в Массачусетском технологическом институте в режиме реального времени проводит исследования, чтобы усовершенствовать графен. Из того, чего уже удалось добиться – преобразование в трехмерную структуру из двумерной, что, конечно же, феноменально отразится на прочности. Кроме того, это скажется и на весе, ведь эта характеристика сыграет большую роль в различных областях применения инновационного материала. Кстати, пока эту субстанцию никак не назвали.

Углеродные нанотрубки

Рвется как бумага, как бы ни так. Развитие нанотехнологий позволило ученым выделить вещество тоньше волоса в 50 000 раз. Из таких углеродных нанотрубок производят листы, вес которых намного меньше стали, однако прочность показывает превосходящие качества в 10 раз. Перспективное направление инновационного Buckypaper – изготовление электродов для суперкондесаторов.

Металлическая микрорешётка

Это самый легкий металл во Вселенной. Если взять тот же невесомый пенопласт, то он будет тяжелее этого пористого материала в 100 раз. Но обманчивый внешний вид не должен вводить в заблуждение, ведь по показателю прочности материал даст фору графиту.

Используют его в инженерных областях, при изготовлении тепловых изоляторов и амортизаторов. Еще одно качество металла – способность без потери полезных свойств сжиматься и возвращаться в исходное положение. Эту особенность успешно применяют для накопления энергии. Интересно, что металлические решетки взяли на вооружения инженеры компании Boeing для изготовления самолетов.

Аэрографен

Этот материал сложно сравнивать по показателям легкости с пенопластом. Гораздо проще взять за основу воздух. Графеновый аэрогель легче в 7 раз. Ученые заменили жидкую фазу на газообразную, при этом добились жаропрочности, твердости и очень низкой теплопроводности. Все эти свойства обусловили способность аэрографена впитывать огромное количество масла, а также восстанавливаться после сжатия.

Если задуматься о применении таких полезных качеств, то есть предположение, что в будущем с помощью него получиться ликвидировать разливы нефти. Действительно, очень важная разработка, которая успешно снизит последствия экологических катастроф.

Карбин

Все гениальное – просто. Карбин является очередной линейной цепочкой атомов углерода. Но, такая кристаллическая структура обуславливает отличительные свойства вещества. Показатели жесткости поражают – в 3 раза выше, чем у твердого алмаза. А прочности позавидует графен, карбин обогнал его по этому показателю в 2 раза.

Вюрцит нитрид бора

Полезное открытие, которое не так просто применить на практике. А все потому, что это крепкое природное вещество образуется самостоятельно. И не где-нибудь, а в вулканических извержениях. Ученым удалось исследовать образец и они заявили, что твердость вюрцита превышает алмаз на 18%. Конечно, это не единственное превосходное качество. Однако добыча такого вещества усложняется условиями, что неудивительно. Поэтому пока о полезном применении в важных областях речи не ведется.

Лонсдейлит

А вот и второе природное вещество, которое трудно достать даже для исследований. Особенность лонсдейлита заключается в особом строении атомов. Если говорить химическим языком, то это вещество можно назвать алмазом гексагональным. В отличие от своего предшественника, обнаруженного чуть ранее – вюрцита нитрид бора, лонсдейлит превосходит алмаз по твердости на 58%. К сожалению, встретить его в природе практически невозможно. И если первая субстанция возникает при извержениях, то эта образуется при падении на Землю метеоритов.

В заключение

Легкие и прочные вещества занимают особе место в разработках. Взять ту же военную сферу. Во времена Средневековья, чтобы защититься от врагов, рыцари надевали на себя тяжелые и громоздкие доспехи. Все это сказывалось на их действиях, сильно сковывая движения. Сегодня броня представляется собой тонкую нательную одежду, незаметную и ничем не мешающую бойцу.

Говоря о разработках, призванных повышать прочность, нельзя обойти и медицинскую тему. Изготовление имплантатов существенно улучшает качество жизни инвалидов. Авиа, ракетно и судостроение – все это обуславливает мощь государства. Современные технологии, позволяющие повышать качество конструкций за счет использования инновационных материалов, играют большую роль. Благодаря усилиям ученых, все, что казалось ранее невозможным и фантастичным, сегодня становится реальностью.

Окружающий нас мир таит в себе еще множество загадок, но даже давно известные ученым явления и вещества не перестают удивлять и восторгать. Мы любуемся яркими красками, наслаждаемся вкусами и используем свойства всевозможных веществ, делающих нашу жизнь комфортнее, безопаснее и приятнее. В поисках самых надежных и крепких материалов человек совершил немало восторгающих открытий, и перед вами подборка как раз из 25 таких уникальных соединений!

25. Алмазы

Фото: pixabay

Об этом точно знают если не все, то почти все. Алмазы – это не только одни из самых почитаемых драгоценных камней, но и один из самых твердых минералов на Земле. По шкале Мооса (шкала твёрдости, в которой оценка дается по реакции минерала на царапание) алмаз числится на 10 строчке. Всего в шкале 10 позиций, и 10-ая – последняя и самая твердая степень. Алмазы такие твердые, что поцарапать их можно разве что другими алмазами.

24. Ловчие сети паука вида Caerostris darwini

Фото: pixabay

В это сложно поверить, но сеть паука Caerostris darwini (или паук Дарвина) крепче стали и тверже кевлара. Эту паутину признали самым твердым биологическим материалом в мире, хотя сейчас у нее уже появился потенциальный конкурент, но данные еще не подтверждены. Паучье волокно проверили на такие характеристики, как разрушающая деформация, ударная вязкость, предел прочности и модуль Юнга (свойство материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации), и по всем этим показателям паутина проявила себя удивительнейшим образом. Вдобавок ловчая сеть паука Дарвина невероятно легкая. Например, если волокном Caerostris darwini обернуть нашу планету, вес такой длинной нити составит всего 500 граммов. Таких длинных сетей не существует, но теоретические подсчеты просто поражают!

23. Аэрографит

Эта синтетическая пена – один из самых легких волокнистых материалов в мире, и она представляет собой сеть углеродных трубочек диаметром всего в несколько микронов. Аэрографит в 75 раз легче пенопласта, но при этом намного прочнее и пластичнее. Его можно сжать до размеров, в 30 раз меньших первоначального вида, без какого-либо вреда для его чрезвычайно эластичной структуры. Благодаря этому свойству аэрографитная пена может выдержать нагрузку, в 40 000 раз превышающую ее собственный вес.

22. Палладиевое металлическое стекло

Фото: pixabay

Команда ученых их Калифорнийского технического института и Лаборатории Беркли (California Institute of Technology, Berkeley Lab) разработала новый вид металлического стекла, совместивший в себе практически идеальную комбинацию прочности и пластичности. Причина уникальности нового материала кроется в том, что его химическая структура успешно скрадывает хрупкость существующих стеклообразных материалов и при этом сохраняет высокий порог выносливости, что в итоге значительно увеличивает усталостную прочность этой синтетической структуры.

21. Карбид вольфрама

Фото: pixabay

Карбид вольфрама – это невероятно твердый материал, обладающий высокой износостойкостью. В определенных условиях это соединение считается очень хрупким, но под большой нагрузкой оно показывает уникальные пластические свойства, проявляющиеся в виде полос скольжения. Благодаря всем этим качествам карбид вольфрама используется в изготовлении бронебойных наконечников и различного оборудования, включая всевозможные резцы, абразивные диски, свёрла, фрезы, долота для бурения и другие режущие инструменты.

20. Карбид кремния

Фото: Tiia Monto

Карбид кремния – один из основных материалов, используемых для производства боевых танков. Это соединение известно своей низкой стоимостью, выдающейся тугоплавкостью и высокой твердостью, и поэтому оно часто используется в изготовлении оборудования или снаряжения, которое должно отражать пули, разрезать или шлифовать другие прочные материалы. Из карбида кремния получаются отличные абразивы, полупроводники и даже вставки в ювелирные украшения, имитирующие алмазы.

19. Кубический нитрид бора

Фото: wikimedia commons

Кубический нитрид бора – это сверхтвердый материал, по своей твердости схожий с алмазом, но обладающий и рядом отличительных преимуществ – высокой температурной устойчивости и химической стойкости. Кубический нитрид бора не растворяется в железе и никеле даже под воздействием высоких температур, в то время как алмаз в таких же условиях вступает в химические реакции достаточно быстро. На деле это выгодно для его использования в промышленных шлифовальных инструментах.

Полиэтилен с высоким модулем упругости обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой вязкостью разрушения (низкотемпературная надёжность). Сегодня его считают самым прочным волокнистым веществом в мире. Самое удивительное в этом полиэтилене то, что он легче воды и одновременно может останавливать пули! Тросы и канаты из волокон Дайнима не тонут в воде, не нуждаются в смазке и не меняют свои свойства при намокании, что очень актуально для судостроения.

17. Титановые сплавы

Фото: Alchemist-hp (pse-mendelejew.de)

Титановые сплавы невероятно пластичные и демонстрируют удивительную прочность во время растяжения. Вдобавок они обладают высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью, что делает их крайне полезными в таких областях, как авиастроение, ракетостроение, судостроение, химическое, пищевое и транспортное машиностроение.

16. Сплав Liquidmetal

Фото: pixabay

Разработанный в 2003 году в Калифорнийском техническом институте (California Institute of Technology), этот материал славится своей силой и прочностью. Название соединения ассоциируется с чем-то хрупким и жидким, но при комнатной температуре оно на самом деле необычайно твердое, износостойкое, не боится коррозии и при нагревании трансформируется, как термопласты. Основными сферами применения пока что являются изготовление часов, клюшек для гольфа и покрытий для мобильных телефонов (Vertu, iPhone).

15. Наноцеллюлоза

Фото: pixabay

Наноцеллюлозу выделяют из древесного волокна, и она представляет собой новый вид деревянного материала, который прочнее даже стали! Вдобавок наноцеллюлоза еще и дешевле. Инновация имеет большой потенциал и в будущем может составить серьезную конкуренцию стеклу и углеволокну. Разработчики считают, что этот материал вскоре будет пользоваться большим спросом в производстве армейской брони, супергибких экранов, фильтров, гибких батареек, абсорбирующих аэрогелей и биотоплива.

Ранее мы уже рассказали вам о ловчей сети паука Дарвина, которую некогда признали самым прочным биологическим материалом на планете. Однако недавнее исследование показало, что именно зубы морского блюдечка – наиболее прочная из известных науке биологических субстанций. Да-да, эти зубки прочнее паутины Caerostris darwini. И это неудивительно, ведь крошечные морские создания питаются водорослями, растущими на поверхности суровых скал, и чтобы отделить пищу от горной породы, этим зверькам приходится потрудиться. Ученые полагают, что в будущем мы сможем использовать пример волокнистой структуры зубов морских блюдечек в машиностроительной промышленности и начнем строить автомобили, лодки и даже воздушные суда повышенной прочности, вдохновившись примером простых улиток.

13. Мартенситно-стареющая сталь

Фото: pixabay

Мартенситно-стареющая сталь – это высокопрочный и высоколегированный сплав, обладающий превосходной пластичностью и вязкостью. Материал широко распространен в ракетостроении и используется для изготовления всевозможных инструментов.

Осмий – невероятно плотный элемент, и благодаря своей твердости и высокой температуре плавления он с трудом поддается механической обработке. Именно поэтому осмий используют там, где долговечность и прочность ценятся больше всего. Сплавы с осмием встречаются в электрических контактах, ракетостроении, военных снарядах, хирургических имплантатах и применяются еще во многих других областях.

11. Кевлар

Фото: wikimedia commons

Кевлар – это высокопрочное волокно, которое можно встретить в автомобильных шинах, тормозных колодках, кабелях, протезно-ортопедических изделиях, бронежилетах, тканях защитной одежды, судостроении и в деталях беспилотных летательных аппаратов. Материал стал практически синонимом прочности и представляет собой вид пластика с невероятно высокой прочностью и эластичностью. Предел прочности кевлара в 8 раз выше, чем у стального провода, а плавиться он начинает при температуре в 450?.

СВМПЭ – это по сути очень прочный пластик. Спектра, марка СВМПЭ, – это в свою очередь легкое волокно высочайшей износостойкости, в 10 раз превосходящее по этому показателю сталь. Как и кевлар, спектра используется в изготовлении бронежилетов и защитных шлемов. Наряду с СВМПЭ марки дайнимо спектра популярна в судостроении и транспортной промышленности.

9. Графен

Фото: pixabay

Графен – это аллотропная модификация углерода, и его кристаллическая решетка толщиной всего в один атом настолько прочная, что она в 200 раз тверже стали. Графен с виду похож на пищевую пленку, но порвать его – практически непосильная задача. Чтобы пробить графеновый лист насквозь, вам придется воткнуть в него карандаш, на котором должен будет балансировать груз весом с целый школьный автобус. Удачи!

8. Бумага из углеродных нанотрубок

Фото: pixabay

Благодаря нанотехнологиям ученым удалось сделать бумагу, которая в 50 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Листы из углеродных нанотрубок в 10 раз легче стали, но удивительнее всего то, что по прочности они превосходят сталь в целых 500 раз! Макроскопические пластины из нанотрубок наиболее перспективны для изготовления электродов суперконденсаторов.

7. Металлическая микрорешетка

Фото: pixabay

Перед вами самый легкий в мире металл! Металлическая микрорешетка – это синтетический пористый материал, который в 100 раз легче пенопласта. Но пусть его внешний вид не вводит вас в заблуждение, ведь эти микрорешетки заодно и невероятно прочные, благодаря чему они обладают большим потенциалом для использования во всевозможных инженерных областях. Из них можно изготавливать превосходные амортизаторы и тепловые изоляторы, а удивительная способность этого металла сжиматься и возвращаться в своё первоначальное состояние позволяет использовать его для накопления энергии. Металлические микрорешетки также активно применяются в производстве различных деталей для летательных аппаратов американской компании Boeing.

6. Углеродные нанотрубки

Фото: User Mstroeck / en.wikipedia

Выше мы уже рассказывали про сверхпрочные макроскопические пластины из углеродных нанотрубок. Но что же это за материал такой? По сути это свернутые в трубку графеновые плоскости (9-ый пункт). В результате получается невероятно легкий, упругий и прочный материал широкого спектра применения.

5. Аэрографен

Фото: wikimedia commons

Известный также как графеновый аэрогель, этот материал чрезвычайно легкий и прочный одновременно. В новом виде геля жидкая фаза полностью заменена на газообразную, и он отличается сенсационной твердостью, жаропрочностью, низкой плотностью и низкой теплопроводностью. Невероятно, но графеновый аэрогель в 7 раз легче воздуха! Уникальное соединение способно восстанавливать свою изначальную форму даже после 90% сжатия и может впитывать такое количество масла, которое в 900 раз превышает вес используемого для абсорбции аэрографена. Возможно, в будущем этот класс материалов поможет в борьбе с такими экологическими катастрофами, как разливы нефти.

4. Материал без названия, разработка Массачусетского технологического института (MIT)

Фото: pixabay

Пока вы читаете эти строки, команда ученых из MIT работает над усовершенствованием свойств графена. Исследователи заявили, что им уже удалось преобразовать двумерную структуру этого материала в трехмерную. Новая графеновая субстанция еще не получила своего названия, но уже известно, что ее плотность в 20 раз меньше, чем у стали, а ее прочность в 10 раз выше аналогичной характеристики стали.

3. Карбин

Фото: Smokefoot

Хоть это и всего лишь линейные цепочки атомов углерода, карбин обладает в 2 раза более высоким пределом прочности, чем графен, и он в 3 раза жестче алмаза!

2. Нитрид бора вюрцитной модификации

Фото: pixabay

Это недавно открытое природное вещество формируется во время вулканических извержений, и оно на 18% тверже алмазов. Впрочем, алмазы оно превосходит еще по целому ряду других параметров. Вюрцитный нитрид бора – одна из всего 2 натуральных субстанций, обнаруженных на Земле, которая тверже алмаза. Проблема в том, что таких нитридов в природе очень мало, и поэтому их непросто изучать или применять на практике.

1. Лонсдейлит

Фото: pixabay

Известный также как алмаз гексагональный, лонсдейлит состоит из атомов углерода, но в случае данной модификации атомы располагаются несколько иначе. Как и вюрцитный нитрид бора, лонсдейлит – превосходящая по твердости алмаз природная субстанция. Причем этот удивительный минерал тверже алмаза на целых 58%! Подобно нитриду бора вюрцитной модификации, это соединение встречается крайне редко. Иногда лонсдейлит образуется во время столкновения с Землей метеоритов, в состав которых входит графит.

С момента открытия графена было принято считать, что именно он изменит электронные технологии ближайшего будущего. Это подтверждалось огромным количеством патентных заявок на право его использования, поданных технологическими компаниями. Однако в 2012 году в Германии синтезировали похожий, но более перспективный материал — силицен. Графен — это слой толщиной с атом углерода. Силицен — такой же слой из атомов кремния. Многие свойства у них схожи. Силицен тоже обладает отличной проводимостью, что гарантирует повышение производительности при меньших теплозатратах. Однако
у силицена есть ряд неоспоримых преимуществ. Во-первых, он превосходит графен по структурной гибкости, его атомы могут выпирать из плоскости, что увеличивает спектр его применения. Во-вторых, он полностью совместим с уже существующей электроникой, в основе которой — кремний. Это означает, что на его внедрение потребуется намного меньше времени и денег.

Лидером производства строительных, отделочных и упаковочных материалов из грибов является молодая компания Ecovative, основатели которой нашли золотую жилу в мицелии — вегетативном теле гриба. Выяснилось, что он обладает прекрасными цементирующими качествами. Ребята из Ecovative смешивают его с кукурузной и овсяной шелухой, придают смеси необходимую форму и выдерживают её в темноте несколько дней. За это время грибной питательный орган перерабатывает пищу и связывает смесь в гомогенную массу, которую затем для прочности обжигают в печи. В результате этих нехитрых манипуляций получается лёгкий, прочный, огне- и влагостойкий экологичный материал, внешне напоминающий пенопласт. На основе этой технологии в Ecovative сейчас разрабатывают материал для бамперов, дверей и приборных панелей автомобилей Ford. Кроме того, они наладили производство небольших домов Mushroom Tiny House, полностью созданных на основе мицелия.

Материалы из грибов

Для экологичного строительства
и производства мебели

Аэрогель

Обычный гель состоит из жидкости, которой трёхмерный полимерный каркас сообщает механические свойства твёрдых тел: отсутствие текучести, способность сохранять форму, пластичность и упругость. В аэрогеле жидкость после высушивания материала до критической температуры заменяется газом. Получается вещество с удивительными свойствами: рекордно низкой плотностью и теплопроводностью. Так, аэрогель на основе графена — самый лёгкий материал в мире. Несмотря на то что 98,2% его объёма составляет воздух, материал обладает огромной прочностью и выдерживает нагрузку в 2 000 раз больше собственного веса. Аэрогель чуть ли не лучший на сегодня теплоизолятор, применяемый как в скафандрах NASA, так и в куртках для альпинистов толщиной всего 4 мм. Ещё одно его удивительное свойство — способность абсорбировать вещества в 900 раз больше собственного веса. Всего 3,5 кг аэрогеля могут абсорбировать тонну разлившейся нефти. Благодаря его эластичности и термической стойкости абсорбированная жидкость может быть выдавлена, как из губки, а остаток просто выжжен или удален испарением.

Феррофлюид — это жидкий материал, способный изменять свою форму под воздействием магнитного поля. Этому свойству он обязан тем, что в нём содержатся микрочастицы магнетита или других железосодержащих минералов. Когда к ним подносят магнит, они притягиваются к нему и толкают вместе с собой молекулы жидкости. Феррофлюид, вероятно, — самый доступный из всех представленных материалов: его можно купить в интернете или даже сделать самостоятельно. Феррофлюиды по теплоёмкости и теплопроводности превосходят все смазочно-охлаждающие материалы. Сейчас их используют в качестве жидких уплотнителей вокруг вращающихся осей жёстких дисков и в качестве рабочей жидкости в поршнях гидравлической подвески. В ближайшем будущем NASA планирует использовать их в зеркалах телескопов для того, чтобы те умели подстраиваться под атмосферные турбулентности. Плюс магнитные жидкости должны пригодиться при лечении рака. Их можно смешивать с противоопухолевыми препаратами и с помощью магнита точно вводить лекарство в поражённый участок, не вредя окружающим клеткам.

Жидкий металл

Для лечения рака

Самовосстанавливающиеся материалы

Для долгой жизни вещей

Клэйтроника

Для производства вещей, способных
менять форму по требованию

Бактериальная целлюлоза

Для экологичного производства одежды

Сьюзан Ли основала компанию BioCouture в 2003 году для того, чтобы продвигать идеи биодизайна в мире моды. Она научилась выращивать ткани для производства одежды в своей собственной ванной, имея под рукой только дрожжи, бактерии и подслащенный зелёный чай. Если весь этот компот оставить бродить на несколько недель, получается бактериальная целлюлоза — прочный материал, который напоминает полупрозрачную кожу. Пока материал влажный, ему можно придать любую трёхмерную форму. Чтобы вещи не напоминали по цвету чайный гриб, Сьюзан добавляет в него натуральные красители, например индиго, обладающий противомикробными свойствами. Главный плюс такой одежды в том, что материал для её изготовления можно брать из отходов предприятий пищевой промышленности. Бактериальная целлюлоза может пригодиться не только в производстве биоодежды, её также планируют использовать для создания кровеносных сосудов и замены костной ткани, а сейчас используют для заживления ран.

Суперфуд из биопринтера

Для производства полезной
пищи на дому

Метаматериал

Для производства вещей-невидимок

Свойства метаматериалов обусловлены искусственно созданной структурой, которую они воспроизводят. Разработчики метаматериалов при их синтезировании имеют возможность выбора размера структур, их формы и других параметров, в результате чего можно получить характеристики, не встречающиеся в природе. В 2000 году исследователь Дэвид Смит изготовил метаматериал с отрицательным показателем преломления. Поведение света в нём оказалось настолько странным, что теоретикам пришлось переписать книги по электромагнитным свойствам веществ. Сейчас экспериментаторы используют свойства метаматериалов для создания суперлинзы, позволяющей получать изображения с деталями меньше длины волны используемого света. С их помощью можно было бы делать микросхемы с наноскопическими элементами и записывать на оптические диски огромные объёмы информации. Метаматериалы обладают отрицательным показателем преломления, поэтому они идеальны для маскировки объектов. Наноструктуры, придающие материалу отрицательный коэффициент преломления, искривляют световые волны, пустив их по контуру предмета, что делает его невидимым. Учёным удалось воплотить принцип в реальность, правда, успехи пока ограничиваются микроволновым диапазоном.

По желанию строители могут изготовить бетонный раствор своими руками, при этом необязательно иметь профессиональные навыки. Но приготовление сверхпрочного бетона все-таки требует определенных знаний в строительстве, поскольку такого качества раствор обычно используют для возведения ответственных элементов здания: фундамента, стен, крыши, стяжки пола. Актуально собственноручное замешивание бетона в случае, когда требуется небольшое количество рабочей смеси, например, при необходимости залить ступеньки для лестницы либо вывести дорожку во дворе.

Маркирование

В зависимости от прочностных характеристик определяется марка бетонного раствора.

Материал более высоких марок целесообразно использовать при производстве балок.

А вот для возведения сложных конструкций строители прибегают к высокопрочным маркам бетона, например, М350. С его помощью строят балки, на которых приходится повышенная степень нагрузки, а также здания спецназначения на промышленных предприятиях. Существуют и еще крепче бетоны — М450 и 500, которые нашли применение при возведении мостовых конструкций, гидротехнических сооружений и прочих конструкций со спецтребованиями.

Что входит в состав?

В качестве основы

Основным компонентом бетона выступает цемент. Он связывает остальные составляющие воедино и определяет технические свойства готового раствора. Так, частным строителям подойдет цемент М500 либо портландцемент, который обладает прекрасной адгезией и лучше подходит для строительства при низких температурах. Чтобы приготовить сверхпрочный бетон, цемент потребуется сухой и сыпучий. Категорически не рекомендуется брать немаркированный, отсыревший либо уцененный материал.

Песок для такого материала не должен быть слишком мелкий.

Еще одним немаловажным ингредиентом является песок. Для изготовления сверхпрочного раствора нужно подготовить фракцию >1 мм и лучше, если песчинки будут равномерными с разностью в размере не более 2 мм. Перед добавлением песка, его очищают от строительного мусора, скопления различных частей отмерших растений и прочих посторонних примесей, которые со временем пагубно сказываются на прочности бетонной смеси. Опытные строители предпочитают использовать речной песок.

Отличным заполнителем сверхпрочного бетонного раствора считается щебень или гравий. Если нужно сделать легкий бетон своими руками, то в качестве заполнителя лучше выбирать керамзит. При самостоятельном замешивании раствора рекомендуется взять заполнитель различных фракций, а чтобы повысить прочность бетона, то потребуется уделить внимание утрамбовке смеси. Завершающим компонентом раствора является вода. Для приготовления высококачественной рабочей смеси потребуется только чистая, питьевая вода.

Специальные добавки

При изготовлении сверхпрочного бетонного раствора многие строители используют вспомогательные компоненты, в числе которых:

Пластификаторы. С их помощью бетон становится более вязким и текучим, что помогает быстрее и максимально полностью заполнить все пустоты. Это существенно ускоряет строительные работы и улучшает конечный результат.
Армирующие элементы. Сделают бетонный раствор прочнее различные армирующие вещества, например, ПВХ волокно или полипропиленовый материал.
Гидроуплонители. Делают рабочую смесь стойкой к воздействию излишка влаги.
Антиморозные добавки. Чтобы минусовые температуры не отражались на качестве бетона, при изготовлении массы своими руками нужно использовать специальные примеси, повышающие качество раствора и способности противостоять морозам.

Как сделать своими руками: технология

Чтобы сделать бетон марки 200 и выше, понадобится следующий инвентарь и материалы:

песок;
цемент;
щебень;
спецдобавки;
строительный уровень;
бетономешалка;
лопата;
ведра.

Подготовив необходимые компоненты для высокопрочного бетона, приступают к замесу. Размешать компоненты своими руками будет сложно, поэтому лучше воспользоваться бетоносмесителем. В агрегат выливают воду, всыпают сначала цемент, перемешивают и добавляют остальные составляющие или же, наоборот, погружают в бетономешалку сухие ингредиенты и заливают водой. На последнем этапе высыпают пластификатор и тщательно размешивают раствор до однородной структуры. Пропорции для прочного бетона на 1 куб:

1 доля цемента М 500—300 кг;
2 ч. песка — 600—700 кг;
2 части щебенки — 1100—1200 кг;
0,7 ч. воды — 150—170 л.

Читайте также: