Medžiagų mokslas yra pažangiausių technologijų, tokių kaip išmanieji telefonai ir elektrinės transporto priemonės, pagrindas. Naujų medžiagų, tokių kaip grafenas, pažanga keičia mūsų gyvenimą ir ateitį.
XX amžius buvo stulbinamos mokslo pažangos amžius, galima sakyti, mokslo aukso amžius. Mokslo pažanga paskatino daugybę išradimų – nuo automobilių iki kompiuterių iki mobiliųjų telefonų, kurie palengvino mūsų gyvenimą. Daugelis išradimų, praturtinusių žmonijos gyvenimą, yra sunkaus darbo, kurio mes nesuvokiame, rezultatas. Paprašius pagalvoti apie kai kuriuos iš daugelio procesų, kurie naudojami kuriant naujovišką išradimą, galite pagalvoti apie teorinę formuluotę ir mechaninį bei konstrukcinį projektavimą. Tačiau galiausiai išradimą įgalinantis procesas yra medžiagų parinkimas, lemiantis įrenginio kainą, ilgaamžiškumą ir veikimą. Naujų medžiagų kūrimas ir jų savybių tyrimas, siekiant palengvinti šį pasirinkimą, yra tai, ką mes vadiname medžiagų mokslu.
Kai klausiu žmonių, kiek jie išmano apie medžiagų mokslą, dauguma žmonių kalba apie puslaidininkius. Tam tikra prasme puslaidininkiai tapo reprezentatyviu vaizdu, ką žmonėms reiškia žodis „medžiagų inžinerija“, tačiau, kita vertus, galima manyti, kad žmonės medžiagų inžinerijos neišmano. Tiesa, puslaidininkių tyrimai Korėjoje pasiekė aukštą lygį ir iš šių tyrimų buvo gauta daug ekonominės naudos. Tačiau puslaidininkiai yra tik viena iš medžiagų mokslo tyrimų sričių. Tiesą sakant, jei pažvelgtume į medžiagų inžinerijos pritaikymus, pamatytume, kad ji naudojama daugelyje inžinerijos sričių, įskaitant puslaidininkius, metalus, polimerus, keramiką, elektroniką ir biologiją. Taigi, ką tiksliai studijuojame medžiagų mokslo srityje, kuri atlieka tokį svarbų vaidmenį inžinerijoje?
Pavyzdžiui, išmanieji telefonai, kuriuos naudojame kasdien, yra įvairių medžiagų inžinerijos rezultatas. Ekrane naudojamos polimerinės medžiagos, baterijoje esantys ličio jonai ir išoriniame įrenginio korpuse naudojami aliuminio lydiniai yra mokslinių tyrimų ir medžiagų mokslo pažangos rezultatas. Pastaraisiais metais buvo ieškoma naujų medžiagų, kad elektroniniai prietaisai būtų lengvesni ir lankstesni. Medžiagų mokslo vaidmuo yra labai svarbus daugeliui technologinių naujovių šiuolaikinėje visuomenėje, įskaitant išmaniuosius telefonus, nešiojamus prietaisus, elektrines transporto priemones, saulės baterijas ir kt.
Anycall ką tik išleido mobilųjį telefoną, pavadintą Amoled. Anycall reklamoje vyras susisuka telefoną ir nešioja jį ant riešo kaip laikrodį. Tada, eidamas gatve, jis atitraukia telefoną nuo riešo ir ištiesia ore, tada ištiesia į šoną, kad pamatytų naujienas ekrane, tada sulanksto ir įdeda į krepšį. Reklamoje esantis telefonas tiesiogine prasme lenkia, išsiskleidžia ir susilanksto. Tuo metu prisimenu, kaip žiūrėjau reklamą ir galvojau: „Ar tai tikrai nutiks? Pasukite keletą metų į priekį, o mes tikimės turėti telefoną, kuris iš tikrųjų galėtų judėti. Daugelis žmonių nustemba skaitydami apie telefoną, kuris lenkia, ir susimąsto, kaip tai gali būti įmanoma. Tačiau jei šiek tiek išmanote medžiagų mokslą, galite pritarti linktelėti galva.
Jei domitės mokslu, tikriausiai esate girdėję apie grafeną, kuris naujienose yra jau keletą metų. Tačiau net jei matėte pavadinimą grafenas, mažai žmonių žino, dėl ko jis toks svarbus. Terminas grafenas yra žodžio grafitas, grafito, naudojamo pieštuko švinelyje, ir priesagos „-ene“, kuri reiškia molekules su dvigubomis anglies jungtimis, derinys. Grafitas sudarytas iš anglies sluoksnių šešiakampėje, panašioje į korio struktūrą, o grafenas yra ploniausias to grafito sluoksnis. Jis turi dvimatę plokštuminę formą, yra tik 0.2 nanometro (nm) storio (1 nm yra viena milijardoji metro dalis) arba apie 10 milijardųjų metro dalių, yra neįtikėtinai plonas ir fiziškai bei chemiškai stabilus. Iki šiol turėtumėte apytiksliai suprasti, kas yra grafenas. Jo atradimas ir gamybos proceso sukūrimas yra vienas didžiausių pastarųjų metų medžiagų mokslo pasiekimų. Bet kokios jo savybės ir kuo ji tokia svarbi?
Grafenas yra daugiau nei 100 kartų laidesnis elektrai nei varis ir gali perkelti elektronus 100 kartų greičiau nei monokristalinis silicis, kuris dažniausiai naudojamas kaip puslaidininkis. Jis yra daugiau nei 200 kartų stipresnis už plieną ir daugiau nei du kartus laidesnis šilumai nei deimantas, geriausias šilumos laidininkas. Jis taip pat yra labai elastingas, tai reiškia, kad jis nepraranda savo elektrinių savybių ištemptas ar sulenktas. Šios grafeno savybės leidžia sukurti nuostabius mobiliuosius telefonus, kurie yra ne tik itin ploni, bet ir lankstūs. Naujų medžiagų kūrimas ir jų savybių bei pritaikymo pramonėje apibūdinimas yra tai, ką medžiagų mokslas padarė ir toliau darys.
Medžiagų mokslas taip pat vaidina svarbų vaidmenį sprendžiant aplinkosaugos problemas. Pavyzdžiui, atsinaujinančios energijos technologijose naudojamos medžiagos būtų neįsivaizduojamos be medžiagų mokslo pažangos. Naujos medžiagos, padidinančios saulės baterijų efektyvumą, katalizatoriai, gerinantys vandenilio kuro elementų veikimą, ir naujos baterijų medžiagos, padidinančios energijos kaupimo įrenginių talpą ir eksploatavimo trukmę – visa tai yra medžiagų mokslo tyrimų rezultatas. Aplinkai nekenksmingų medžiagų kūrimas yra būtinas tvariai ateičiai, o medžiagų mokslas yra to centre.
Neįtikėtinas XX amžiaus mokslo pažangos tempas atnešė mums patogumo pasaulį, ir dabar mes juo gyvename iki galo. Tačiau, kaip parodė pirmasis XXI amžiaus dešimtmetis, mokslas ir toliau tobulės vis sparčiau, o žmonės norės patogesnių mašinų ir patogesnio pasaulio. Mes, medžiagotyros studentai, darome ir turėtume daryti, kad atvertume galimybę naujiems išradimams patenkinti šio pasaulio poreikius. Mokslo ir technologijų pažanga ir toliau turtins žmonių gyvenimą, o medžiagų mokslas visada bus jo centre.
