У цій публікації в блозі ми дивимося на те, як матеріалознавство є основою технологій майбутнього, від смартфонів до безпілотних автомобілів.
Матеріалознавство лежить в основі всіх технологій, якими ви насолоджуєтеся сьогодні. Наприклад, смартфон, яким ви користуєтеся щодня, містить безліч компонентів, кожен з яких є матеріалознавчою технологією. Вам достатньо поглянути на прозору підкладку смартфона, щоб переконатися в її важливості. Він має бути достатньо міцним, щоб захистити внутрішні компоненти від зовнішніх ударів, і достатньо електропровідним, щоб передавати сигнали від наших пальців. У той же час він повинен підтримувати високий рівень світлопроникності, щоб світло від внутрішніх компонентів було видно для очей користувача. У цю просту скляну підкладку вміщено багато знань із матеріалознавства.
В останні роки смартфони стали ще більш гнучкими. Так само, як було важко передбачити смартфони десять років тому, важко уявити, які форми електроніки будуть навколо в наступному десятилітті. Але очевидно, що матеріалознавство відіграватиме важливу роль в електроніці майбутнього. Незалежно від того, наскільки геніальними є теорії та ідеї, без відповідних матеріалів для їх втілення в реальність вони залишаться лише плодом нашої уяви.
Галузь досліджень інженерії матеріалів в основному зосереджена на твердих матеріалах, які поділяються на три основні категорії: металеві, неорганічні та органічні. Щоб було легше зрозуміти, візьмемо для прикладу наші улюблені контейнери для напоїв. Напої продаються в тарі з різних матеріалів, включаючи банки, скляні пляшки та пластикові пляшки. Банки – це металеві матеріали, скляні пляшки – неорганічні матеріали, а пластикові пляшки – органічні матеріали.
Металеві матеріали в основному складаються з атомів металів, але на практиці вони можуть бути сумішшю різних типів атомів металів або невеликих кількостей атомів неметалів. Основними характеристиками металевих матеріалів є їх висока електропровідність і механічна міцність. Ця провідність робить їх популярними як дроти, і вони також важливі як будівельні матеріали через їх властивості зміцнення деформації, які, на відміну від інших матеріалів, збільшують міцність у міру деформації.
Неорганічні матеріали, які часто називають керамічними, складаються з комбінації атомів металів і неметалів у певних пропорціях. Оскільки неорганічні матеріали складаються з різних комбінацій атомів металів і неметалів, вони можуть проявляти широкий спектр властивостей. Оптично вони можуть бути прозорими, напівпрозорими або непрозорими, а з електричного боку вони можуть бути або не проводити. Завдяки цим властивостям неорганічні матеріали відіграють дуже важливу роль в електронній промисловості.
Органічні матеріали також називають полімерами, і ви можете думати про такі матеріали, як пластик і гума. Органічні матеріали мають структуру з неметалічних атомів, головним чином на основі вуглецю (C), кисню (O) і водню (H), пов’язаних разом у довгі ланцюги. Основна перевага органічних матеріалів полягає в тому, що їх легко формувати. На відміну від металів і неорганічних матеріалів, вони можуть існувати в рідкому стані при відносно низьких температурах, завдяки чому їх легко переробляти в різні форми. Органічні матеріали легко формувати, і хоча вони слабкіші за метали та кераміку, вони досить міцні, щоб широко використовуватися як зовнішні матеріали для копіювальних апаратів, мобільних телефонів, комп’ютерів тощо.
Як ви бачите, металеві, неорганічні та органічні матеріали мають унікальні властивості та застосування. Дехто може заперечити, що доцільніше розділити металургію, неорганічну інженерію та полімерну інженерію на окремі дисципліни. Дійсно, до створення кафедри матеріалознавства та інженерії кожна з цих дисциплін розвивалася самостійно. Однак з часом виникла потреба у всебічному знанні різних галузей матеріалів, що призвело до створення єдиної дисципліни матеріалознавства.
Наприклад, спочатку в сонячних елементах переважали неорганічні матеріали на основі кремнію, але з появою органічних сонячних елементів більше неможливо обмежити поле одним матеріалом. Для кращих досліджень і розробок необхідні знання, які охоплюють металеві, неорганічні та органічні матеріали. На цьому тлі була створена кафедра інженерії матеріалів для отримання знань і досліджень металів, неорганічних та органічних матеріалів.
Інженерія матеріалів зосереджується не лише на вдосконаленні існуючих матеріалів, а й на розробці нових матеріалів, які стануть лідером у майбутньому суспільства. Це дослідження відіграє ключову роль у втіленні в реальність інноваційних технологій, які досі лише уявлялися. Наприклад, безпілотні автомобілі, переносні пристрої, дисплеї наступного покоління та багато інших технологій майбутнього базуються на матеріалознавчих інноваціях. Тому матеріалознавство — це більше, ніж просто дисципліна, яка лежить в основі технологічних досягнень; воно відіграє важливу роль у реалізації майбутнього суспільства, про яке ми мріємо.
Сподіваюся, ця стаття дала вам краще зрозуміти, що таке матеріалознавство і чому воно важливе. Потенціал матеріалознавства для розвитку майбутніх технологічних досягнень величезний, і його роль у майбутньому лише зростатиме.
