Az anyagtudomány az olyan élvonalbeli technológiák középpontjában áll, mint az okostelefonok és az elektromos járművek. Az olyan új anyagok, mint a grafén fejlődése megváltoztatja életünket és a jövőnket.
A 20. század a káprázatos tudományos fejlődés évszázada volt, vitathatatlanul a tudomány aranykora. A tudomány fejlődése számos találmányhoz vezetett, az autóktól a számítógépeken át a mobiltelefonokig, amelyek megkönnyítették életünket. Sok találmány, amely gazdagította az emberiség életét, olyan kemény munka eredménye, amelyet nem ismerünk fel. Amikor arra kérik, hogy gondoljon néhány olyan folyamatra, amelyek egy innovatív találmány létrehozásához szükségesek, az elméleti megfogalmazásra, valamint a mechanikai és szerkezeti tervezésre gondolhat. A találmányt végül az anyagok kiválasztása teszi lehetővé, amelyek meghatározzák az eszköz árát, tartósságát és teljesítményét. Anyagtudománynak nevezzük az új anyagok létrehozását és tulajdonságaik tanulmányozását a választás megkönnyítése érdekében.
Amikor megkérdezem az embereket, mennyit tudnak az anyagtudományról, a legtöbben a félvezetőkről beszélnek. A félvezetők bizonyos értelemben reprezentatív képévé váltak annak, amit az „anyagmérnökség” szó jelent az emberek számára, de másrészt az is elképzelhető, hogy az emberek nem ismerik az anyagtervezést. Való igaz, hogy a félvezetőkkel kapcsolatos kutatások magas szintre jutottak Koreában, és számos gazdasági haszon is származott ebből a kutatásból. A félvezetők azonban csak az egyik kutatási terület az anyagtudományban. Valójában, ha megnézzük az anyagtechnika alkalmazásait, láthatjuk, hogy a mérnöki tudomány számos területén használják, beleértve a félvezetőket, fémeket, polimereket, kerámiát, elektronikát és biológiát. Tehát pontosan mit is tanulunk az anyagtudományban, ami olyan fontos szerepet játszik a mérnöki tudományban?
Például a nap mint nap használt okostelefonok sokféle anyagfejlesztés eredménye. A kijelzőben használt polimer anyagok, az akkumulátorban található lítium-ion és a készülék külső burkolatában használt alumíniumötvözetek mind kutatások és anyagtudományi fejlesztések eredményei. Az elmúlt években új anyagokat tártak fel az elektronikus eszközök könnyebbé és rugalmasabbá tételére. Az anyagtudomány szerepe alapvető fontosságú a modern társadalom számos technológiai innovációjában, beleértve az okostelefonokat, hordható eszközöket, elektromos járműveket, napelemeket és még sok mást.
Anycall éppen most adott ki egy Amoled nevű mobiltelefont. Az Anycall reklámban egy férfi feltekeri a telefonját, és a csuklóján hordja, mint egy órát. Aztán, ahogy sétál az utcán, kibontja a telefont a csuklójáról és a levegőben kinyújtja, majd oldalra nyújtja, hogy lássa a híreket a képernyőn, majd összehajtva a táskájába teszi. A reklámban szereplő telefon szó szerint meghajlik, kinyílik és összehajlik. Abban az időben emlékszem, hogy néztem a reklámot, és azon töprengtem: „Ez tényleg meg fog történni?” Tekerj előre néhány évet, és azon a küszöbön állunk, hogy olyan telefonunk legyen, amely valóban tud kormányozni. Sokan meglepődnek, amikor olyan telefonról olvasnak, amely hajlik, és elgondolkoznak azon, hogyan lehetséges ez. Ha azonban ismer egy kicsit az anyagtudományt, előfordulhat, hogy egyetértően bólogat.
Ha érdeklődik a tudomány iránt, valószínűleg hallott már a grafénről, amely már néhány éve a hírekben szerepel. De még ha látta is a grafén nevet, kevesen tudják, hogy mitől olyan fontos. A grafén kifejezés a grafit szó, a ceruza ólomban használt grafit és az „-ene” utótag kombinációja, amely szén kettős kötésekkel rendelkező molekulákra utal. A grafit szénrétegekből áll, hatszögletű, méhsejtszerű szerkezetben, és a grafén ennek a grafitnak a legvékonyabb rétege. Kétdimenziós sík alakú, mindössze 0.2 nanométer (nm) vastag (1 nm a méter egy milliárdod része), vagyis körülbelül 10 milliárdod méter, és hihetetlenül vékony, fizikailag és kémiailag stabil. Mostanra nagyjából sejtenie kell, mi az a grafén. Felfedezése és egy gyártási folyamat kialakítása az utóbbi évek egyik legnagyobb vívmánya az anyagtudományban. De mik a tulajdonságai, és mitől olyan fontos?
A grafén több mint 100-szor nagyobb elektromos vezetőképességű, mint a réz, és 100-szor gyorsabban tudja mozgatni az elektronokat, mint az egykristályos szilícium, amelyet általában félvezetőként használnak. Több mint 200-szor erősebb, mint az acél, és több mint kétszer olyan hővezető, mint a gyémánt, a legjobb hővezető. Ezenkívül rendkívül rugalmas, ami azt jelenti, hogy nem veszíti el elektromos tulajdonságait nyújtáskor vagy hajlításkor. A grafén ezen tulajdonságai lehetővé teszik olyan csodálatos mobiltelefonok létrehozását, amelyek nemcsak rendkívül vékonyak, hanem hajlíthatóak is. Az új anyagok létrehozása, tulajdonságaik és ipari alkalmazásuk jellemzése az, amit az anyagtudomány megtett és a jövőben is fog tenni.
Az anyagtudomány fontos szerepet játszik a környezeti problémák kezelésében is. Például a megújuló energiatechnológiákban használt anyagok elképzelhetetlenek lennének az anyagtudomány fejlődése nélkül. A napelemek hatékonyságát növelő új anyagok, a hidrogén üzemanyagcellák teljesítményét javító katalizátorok, valamint az energiatároló eszközök kapacitását és élettartamát növelő új akkumulátoranyagok mind az anyagtudományi kutatások eredményei. A fenntartható jövő szempontjából elengedhetetlen a környezetbarát anyagok fejlesztése, ennek középpontjában az anyagtudomány áll.
A 20. század hihetetlen ütemű tudományos fejlődése a kényelmes világot hozta el számunkra, és ezt most a legteljesebb mértékben éljük. De ahogy a 21. század első évtizede megmutatta, a tudomány továbbra is egyre gyorsabb ütemben fog fejlődni, és az emberek kényelmesebb gépeket és kényelmesebb világot akarnak majd. Anyagtudományi hallgatókként mi, az anyagtudomány hallgatóiként tesszük és tennünk kell, hogy új találmányok lehetőségét tárjuk fel e világ igényeinek kielégítésére. A tudomány és a technológia fejlődése továbbra is gazdagítja az emberi életet, és ennek középpontjában mindig az anyagtudomány áll majd.
