Aerożele, czyli warstwa izolacyjna odzieży codziennego użytku

Aerożele są obecnie najlżejszymi substancjami stałymi. Mają gęstość niewiele większą od gęstości powietrza. Wyglądają jak zamarznięty, prawie przezroczysty dym. Aerożele posiadają wyjątkowo dobre własności mechaniczne, zwłaszcza odporność na ściskanie i rozciąganie. Wytrzymują nacisk masy rzędu 4000 razy ich masy własnej. Dzięki swoim właściwością wykorzystywane są do budowy statków kosmicznych, a także stosowane jako warstwa izolacyjna w skafandrach kosmonautów. Zaczynają być stosowane w lotnictwie jako wypełnienia termoizolacyjne w samolotach. Planowane jest ich używanie jako materiałów izolacyjnych w budownictwie oraz warstw izolacyjnych w odzieży codziennego użytku, jednak na razie przeszkodą jest ich wysoka cena.

Celuloza nanokrystaliczna, czyli szyby kuloodporne z drewna

Tworzy ona malutkie, podłużne kryształki o długości około 200 nanometrów, jest przezroczysta, 8 razy mocniejsza od stali i bardzo lekka. Pozyskuje się ją poprzez ekstrakcję z drewna. Zastosowanie celulozy nanokrystalicznej jest bardzo zróżnicowane. Może służyć do wytwarzania elastycznych układów elektronicznych, a także zastępować plastik. Wykorzystywana może być również do produkcji kamizelek kuloodpornych. Jak twierdzą specjaliści za kilka lat stanie się materiałem ogólnodostępnym i tanim.

Grafen, czyli 500 razy komputer szybszy dzięki siatce przypominającej plaster miodu

Grafen to forma węgla alotropolowego. Może on być uważany za ostatni element szeregu wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Atomy węgla tworzą w nim siatkę przypominającą plaster miodu. Posiada wiele praktycznych właściwości. Grafen jest bardzo dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności oraz posiada niewielką rezystancję. Prawdopodobnie zastąpi on krzem w różnych częściach w komputerze, a także przyśpieszy go do 500 razy. Będą to głównie mikroprocesory. Jest prawie przezroczysty, a warstwa o grubości jednego atomu pochłania 2,3% białego światła. Ta przejrzystość i znakomite przewodnictwo sprawiają, że grafen nadaje się do wytwarzania przejrzystych, zwijanych w rolkę wyświetlaczy dotykowych, energooszczędnych źródeł światła oraz produkcji energii odnawialnej z baterii słonecznych i magazynowania jej w wysokowydajnych akumulatorach. Jest ponad 100 razy mocniejszy niż stal, a zarazem tak elastyczny, że można go bez przeszkód rozciągnąć o 20%. Elektrony poruszają się w grafenie z prędkością sięgającą 1/300 prędkości światła, pozwala to wykonywać wiele doświadczeń, które dotąd wymagały użycia akceleratora. Membrana z utlenionego grafenu nie przepuszcza gazów, nawet atomów helu, a równocześnie jest całkowicie przenikalna przez wodę. Daje to możliwość zastosowania jej do filtracji w temperaturze pokojowej np. w celu zwiększenia stężenia alkoholu bez użycia klasycznej destylacji czy wymrażania.

Hydrożele, czyli samo naprawiające się przedmioty

W 95 do 98% składają się z wody, a pozostałe kilka procent to mikroskopijne drobinki gliny, poliakrylan sodu oraz substancja znana jako łącznik G3. Hydrożele stosowane są głównie w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym oraz do produkcji opatrunków na rany, soczewek kontaktowych, implantów chirurgicznych i cewników. Wykorzystywane są również w badaniach laboratoryjnych do unieruchamiania komórek. Hydrożele syntetyczne używane są w leśnictwie do zabezpieczania systemu korzeniowego sadzonek przed utratą wilgoci podczas transportu oraz w uprawie materiału szkółkarskiego. Jeżeli natniemy żyletką wykonany z japońskiego hydrożelu przedmiot, ubytek sam się uzupełni w przeciągu około 3 sekund. Ma niezwykłą cechę: same się naprawia. Trwają prace nad zastosowaniem hydrożelu jako implantów dysków międzykręgowych.

Multi-use Titanium Dioxide – dwutlenek tytanu, czyli anoda z proszku

Substancja wytwarzana jest dzięki konwersji kryształów dwutlenku tytanu w nanowłókna, które następnie wzbogacane są miedzią, cynkiem lub węglem. Powstający materiał jest biały, natomiast istnieje też jego czarna odmiana, która opiera się na sieci krystalicznej dwutlenku tytanu. Multi-use Titanium Dioxide połączony z węglem mógłby być wykorzystywany jako anoda w bateriach litowo-jonowych, zwiększając tym samym ich żywotność. Białe odmiany substancji mają służyć do produkcji czystej wody i wodoru np. ze ścieków lub jako substancja odkażająca w antybakteryjnych opatrunkach. Substancja ma bardzo ciekawe i wszechstronne właściwości, a wkrótce zrewolucjonizuje rynek medyczny i jest szansa na powstanie nowej generacji oczyszczalni ścieków.

Nanosrebro, czyli wszechmocny antybiotyk

Nanosrebro to mikroskopijne cząsteczki, jony srebra, o wielkości od 1 do 5 nanometrów. Rozdrobnione srebro do nanocząsteczek ma niewspółmiernie większą powierzchnię czynną, a tym samym nieosiągalny do tej pory potencjał biobójczy. Mechanizm działania nanosrebra polega na osiadaniu na błonie komórkowej mikrobów i blokowaniu enzymów pomocnych w rozmnażaniu drobnoustrojów. Nanosrebro jest naturalnym, efektywnym antybiotykiem, który nie niszczy dobroczynnej flory bakteryjnej. Unikalne właściwości nanosrebra sprawiają, że chorobotwórcze mikroorganizmy nie potrafią rozwinąć odporności na działanie cząsteczek srebra, tak jak dzieje się to w przypadku antybiotyków.

Pianka aluminiowa, czyli samoloty z mieszaniny proszków

Powstaje poprzez dodanie do aluminium wodorku tytanu. Pod wpływem temperatury mieszanina rośnie niczym ciasto. Po wystudzeniu powstaje materiał lżejszy od wody, a przy tym bardzo wytrzymały mechanicznie o izolacyjności akustycznej, cieplnej i elektromagnetycznej. Są jednak pewne ograniczenia w zastosowaniu pianki aluminiowej jako materiału zastępczego w istniejących obiektach i konstrukcjach. Stosowanie elementów z pianki aluminiowej jako zamienników tradycyjnie konstruowanych elementów jest utrudnione przez problemy z ich łączeniem, inne przenoszenie sił i obciążeń i odmienne właściwości wytrzymałościowe, a także inne wymiary i kształty właściwe dla pianek. Pianki metaliczne są rozmaite, a ich właściwości zależą od metody wytwarzania. Otrzymywane pianki różnią się grubością ścianek porów, wielkością porów, a zatem i gęstością oraz zamkniętymi lub otwartymi porami wewnętrznymi. Pianki aluminiowe stosowane są w budownictwie, budowie statków, samochodów, kontenerów, lokomotyw i wagonów kolejowych. Mniejsze elementy piankowe służą jako części ogrodzeń, znaki i tablice drogowe, jako lekkie, dźwiękochłonne ścianki działowe, siedziska, płyty podłogowe i sufitowe. Pełnią także funkcje samonośnych ekranów elektromagnetycznych.

opracowała Marta Maroszyńska