Матеріалознавство лежить в основі передових технологій, таких як смартфони та електромобілі. Прогрес у нових матеріалах, таких як графен, змінює наше життя та майбутнє.
20 століття було століттям приголомшливих наукових досягнень, можливо, золотим віком науки. Наукові досягнення привели до багатьох винаходів, від автомобілів до комп’ютерів і мобільних телефонів, які полегшили наше життя. Багато винаходів, які збагатили життя людства, є результатом наполегливої праці, якої ми не усвідомлюємо. Коли вас попросять подумати про деякі з багатьох процесів, які використовуються для створення інноваційного винаходу, ви можете подумати про теоретичне формулювання та механічне та структурне проектування. Однак процес, який зрештою робить винахід можливим, — це вибір матеріалів, які визначають ціну, довговічність і продуктивність пристрою. Створення нових матеріалів і вивчення їх властивостей з метою полегшення цього вибору - це те, що ми називаємо матеріалознавством.
Коли я запитую людей, скільки вони знають про матеріалознавство, більшість людей говорять про напівпровідники. З одного боку, напівпровідники стали символом того, що слово «інженерія матеріалів» означає для людей, але з іншого боку, можна також вважати, що люди не знають інженерії матеріалів. Це правда, що дослідження напівпровідників досягли високого рівня в Кореї, і від цих досліджень було отримано багато економічних переваг. Однак напівпровідники є лише одним із напрямів дослідження матеріалознавства. Насправді, якщо ми подивимося на застосування інженерії матеріалів, ми побачимо, що вона використовується в багатьох галузях техніки, включаючи напівпровідники, метали, полімери, кераміку, електроніку та біологію. Отже, що саме те, що ми вивчаємо в матеріалознавстві, відіграє таку важливу роль у інженерії?
Наприклад, смартфони, якими ми користуємося щодня, є результатом розробки різних матеріалів. Полімерні матеріали, які використовуються в дисплеї, літій-іонні в акумуляторі та алюмінієві сплави, які використовуються у зовнішньому корпусі пристрою, є результатом досліджень і досягнень у матеріалознавстві. В останні роки були досліджені нові матеріали, щоб зробити електронні пристрої легшими та гнучкішими. Роль матеріалознавства є важливою для багатьох технологічних інновацій у сучасному суспільстві, включаючи смартфони, переносні пристрої, електромобілі, сонячні батареї тощо.
Компанія Anycall щойно випустила мобільний телефон під назвою Amoled. У рекламі Anycall чоловік згортає свій телефон і носить його на зап’ясті, як годинник. Потім, ідучи вулицею, він розгортає телефон із зап’ястка і розтягує його в повітрі, потім розтягує вбік, щоб побачити новини на екрані, потім складає і кладе в сумку. Телефон у ролику буквально згинається, розкладається та складається. У той час я пам’ятаю, як дивився рекламний ролик і думав: «Чи справді це станеться?» Перемотайте кілька років вперед, і ми на порозі того, що матимемо телефон, який може обертатися. Багато людей дивуються, читаючи про телефон, який згинається, і дивуються, як це можливо. Проте, якщо ви хоч трохи знаєте матеріалознавство, ви можете кивнути головою на знак згоди.
Якщо ви цікавитесь наукою, ви, мабуть, чули про графен, який уже кілька років у новинах. Але навіть якщо ви бачили назву графен, мало хто знає, що робить її такою важливою. Термін графен є поєднанням слова графіт, графіту, який використовується в грифелі олівця, і суфікса «-ен», який відноситься до молекул з подвійними зв’язками вуглецю. Графіт складається з шарів вуглецю в шестикутній стільниковій структурі, і графен є найтоншим шаром цього графіту. Він має двовимірну плоску форму, має товщину лише 0.2 нанометра (нм) (1 нм дорівнює одній мільярдній частині метра), або близько 10 мільярдних часток метра, і є неймовірно тонким і фізично та хімічно стабільним. Тепер ви повинні мати приблизне уявлення про те, що таке графен. Його відкриття та налагодження процесу виробництва є одним із найбільших досягнень матеріалознавства за останні роки. Але які його властивості і що робить його таким важливим?
Графен більш ніж у 100 разів більш електропровідний, ніж мідь, і може рухати електрони в 100 разів швидше, ніж монокристалічний кремній, який зазвичай використовується як напівпровідник. Він більш ніж у 200 разів міцніший за сталь і більш ніж удвічі має теплопровідність, ніж алмаз, найкращий теплопровідник. Він також дуже еластичний, тобто не втрачає своїх електричних властивостей під час розтягування чи згинання. Ці властивості графену дозволяють створювати дивовижні стільникові телефони, які не тільки надзвичайно тонкі, але й гнуться. Створення нових матеріалів і характеристика їхніх властивостей і застосування в промисловості - це те, що зробила матеріалознавство і що воно буде робити надалі.
Матеріалознавство також відіграє важливу роль у вирішенні екологічних проблем. Наприклад, матеріали, що використовуються в технологіях відновлюваної енергії, були б немислимі без прогресу в матеріалознавстві. Нові матеріали для підвищення ефективності сонячних панелей, каталізатори для покращення продуктивності водневих паливних елементів і нові матеріали для акумуляторів для збільшення ємності та терміну служби накопичувачів енергії — усе це результат досліджень у галузі матеріалознавства. Розробка екологічно чистих матеріалів має важливе значення для сталого майбутнього, і матеріалознавство знаходиться в центрі цього.
Неймовірні темпи наукового прогресу 20-го століття принесли нам світ зручності, і зараз ми живемо в ньому на повну. Але, як показало перше десятиліття 21-го століття, наука продовжуватиме розвиватися все швидшими темпами, і люди бажатимуть зручніших машин і зручнішого світу. Ми, студенти матеріалознавства, робимо і маємо робити відкриття можливості для нових винаходів для задоволення потреб цього світу. Науково-технічний прогрес продовжуватиме збагачувати людське життя, а матеріалознавство завжди буде в його центрі.
