Капа — нарост на дереве, чаще всего образующийся на лиственных породах, таких как берёза, тополь, клён, орех, дуб. На самом дереве такие наросты выглядят некрасиво, болезненно. Зато каповая древесина становится уникальным материалом для изготовления самых разных предметов, о чём расскажет сайт RMNT.
Капы или burl wood образуются в тех местах дерева, которые подверглись какой-то нагрузке. Это может быть вызвано повреждением коры, грибком или вирусом, а также результатом разрастания чересчур тесно расположенных спящих и придаточных почек. Есть три вида кап:
- Расположенные на ветвях. Самые редкие и небольшие, обычно до 15 сантиметров в диаметре, с игольчатой структурой. Из-за редкости и аутентичной текстуры такая каповая древесина считается наиболее ценной.
- Расположенные непосредственно на стволе. Наросты большего размера и менее плотные.
- Расположенные при корне, внизу дерева. Это капокорень, который может достигать до 2 метров в диаметре на крупных деревьях. Это наименее ценная каповая древесина, но зато встречается чаще двух других разновидностей.
Уникальный природный материал для строительства
О каповой древесине есть разные мнения. Одни называют её бракованной и даже заражённой. Другие считают одним из наиболее редких видов древесины, наравне с морёной, о которой портал Rmnt.ru подробно писал .
Работать с каповой древесиной сложно. Во-первых, она скрученная, неправильной формы, что существенно усложняет процессы резки и строгания. Во-вторых, капы очень плотные, требуется острый инструмент и большое давление, чтобы справиться с обработкой. Но зато сломать изделия из каповой древесины практически невозможно, они служат необычайно долго.
У каповой древесины целый ряд неоспоримых преимуществ:
- Неповторимое строение, эксклюзивный рисунок, созданный самой природой. Это всегда будет видно на срезе.
- Прочность. Плотность минимум на 50% больше, чем у материнского дерева.
- Древесина капа не будет гореть в свободном огне.
- Хорошо поддаётся полировке.
- Гниёт намного реже, чем обычное дерево.
- Не усохнет, не растрескается и не разбухнет даже во влажной среде.
На 3–5 тысяч обычных деревьев приходится всего 1 дерево с капами. В России чаще всего встречается каповая берёза, которую высаживают специально, чтобы получить уникальную древесину. Стоимость срезов и шпона из кап будет в разы выше, чем у ценных пород деревьев. И чем мельче узор, тем больше ценится такая древесина, которую принято называть деревянным малахитом за уникальный внешний вид.
Делают из капового дерева самые разные предметы — от рукояток ножей до шкафов. Особо ценятся каповые слэбы , которые становятся великолепными и практически вечными столешницами. Специалисты предупреждают, что покупать каповую древесину и изделия из неё нужно у проверенных поставщиков. Нередки случаи браконьерства, ведь этот материал действительно редкий и ценный.
Источник: www.wikistroi.ru
Сумма технологии. Как композитные материалы остаются «на хайпе» более 5 тысяч лет
Порой даже самая простая идея может вызвать радикальные изменения во всех сферах жизни человека, перевернуть наше представление о технике, процессах и устройстве в экономике и обществе. Мы в red_mad_robot решили разобраться в самых заметных вехах истории человечества и понять, как опыт прошлых эпох помогает формировать будущее.
Сегодня словосочетание «композитный материал» вызывает ассоциации с самыми прорывными технологиями и решениями, на которых уже строится будущее. Это не совсем верно: ведь самой идее композита уже несколько тысяч лет. Но, несмотря на весь прогресс, основной принцип создания композитов сохраняет свою актуальность и по сей день, оставаясь, как и на заре цивилизации, основой нашего видения будущего. Но обо всём по порядку.
Композит — материал, изготовленный из двух или более компонентов с различными физическими или химическими свойствами. Говоря проще, это смесь. Смесь, итоговые свойства которой превышают показатели каждого из ее элементов, взятого по отдельности.
Например, если сорвать с дерева лист и покрыть его смолой, получится композит: ни лист, ни смола сами по себе не будут так же держать форму или противостоять внешнему воздействию, как их сочетание. Этот простой принцип и лег в основу материалов. И да, человек додумался до этого довольно давно.
К числу первопроходцев по части получения и применения композитных материалов относят жителей Месопотамии — они населяли регион 3,5 тыс. лет до нашей эры. Именно там зародилась история композита и материала, до сих пор используемого людьми, — фанеры. Было достаточно сложить несколько листов дерева друг на друга под разным углом, закрепить их примитивным клеем, и материал, доказавший свою эффективность на долгие сотни лет вперед, готов.
Сочетание клея и листов дерева образовало новый, куда более прочный и износостойкий материал, дошедший до наших дней. Это базовый принцип композита: объединение свойств уже существующих материалов в материале новом. С того момента, как человек освоил этот принцип, технический прогресс начал ускоряться — композиты стали спутниками целых цивилизаций.
Чтобы понять инновационность папируса, достаточно сравнить его с теми же месопотамскими глиняными табличками: громоздкие и неудобные, эти почти что «камни» по всем статьям проигрывали изящному изобретению египтян. Папирус было удобнее хранить, и, по сравнению с «царапанием» по глине, на нем гораздо проще писать и рисовать.
Бетон впервые был описан римским архитектором Витрувием еще 2 тыс. лет назад. Ученый делал ставку на сочетание вулканического пепла и известняка, чтобы придать своим постройкам надежность и прочность. Использование нового материала позволило в значительной степени улучшить физико-механические и деформативные характеристики сооружений. Бетон применялся практически везде, будь то храмы, многоэтажные дома, стадионы, гавани, мосты, акведуки или дороги.
Где-то он даже вытеснил кирпич, хотя говорить о его полном доминировании сложно. Тем не менее даже Римский Колизей — одна из вершин античного зодчества — сохранился до наших дней благодаря тому, что в его строительстве применялся бетон.
Секрет прочности римских конструкций во многом продиктован именно использованием бетона: этот пластичный материал не «сдавался» даже через несколько десятков лет воздействия воды. Даже наоборот — становился прочнее.
Ученые попытались объяснить этот феномен только в XXI веке, выдвинув гипотезу, что секрет прочности древнеримских акведуков и прочих построек из бетона обоснован «химией» двух его компонентов: вулканического пепла и морской воды. Как считают некоторые исследователи, по ряду показателей римский бетон даже превосходит современные строительные материалы. С падением Рима бетон как строительный материал был утерян до XVIII века, после чего прочно занял место в нашей реальности.
Еще одно яркое доказательство того, на что способно объединение свойств нескольких материалов, подарили миру Средние века и монгольское нашествие. Современники завоевателей и исследователи отмечали особую роль луков в военном могуществе кочевников, державших в страхе государства Европы и Азии в период XIII-XV веков.
И это неудивительно — ведь луки, которые использовали завоеватели, были композитными. Такой лук состоял из дерева, костей и клея животного происхождения. Это легкое и простое для использования конниками оружие обладало рядом преимуществ даже по сравнению со знаменитыми английскими длинными луками: в отличие от последнего, монгольский композитный лук придавал стреле ускорение на протяжении всего «выстрела».
Сама конструкция композитного лука и его гибкость придавали дополнительное ускорение стреле, что упрощало работу лучника и сказывалось на точности стрельбы. Оружие обеспечило преимущество на поле боя и заложило основу могущества Монгольской империи, распростершейся от берегов черноморья до Тихого океана.
В относительной древности композиты только зарождались. Подлинный расцвет их использования пришелся на XIX-XX вв, когда плоды научно-технического прогресса изменили понимание человека о природе вещей.
В начале XIX века в строительстве вновь начал применяться бетон. Он вернулся в цивилизацию благодаря тому, что в 1796 году англичанин Д. Паркер запатентовал технологию получения романцемента — вяжущего материала, способного к затвердеванию и на открытом воздухе, и в воде. Смешанный с гравием, песком и водой цемент образовывал бетон.
Бетон, отличавшийся своей пластичностью, завоевал новую популярность — впервые со времен Древнего Рима. Прочный и водостойкий материал плохо выдерживал нагрузку на растяжение, потому в качестве основного материала для несущих конструкций применялось железо в виде кованых стержней и полос. Но оно, в свою очередь, было подвержено коррозии, из-за чего перед человечеством стояла задача: найти более универсальный материал, способный сочетать свойства как бетона, так железа.
Так придумали объединить два материала: арматура легко обволакивалась бетоном, тем самым оказываясь включенной в его массу. Сила сцепления железа с бетоном была огромной: материалы начинали работать как одно целое. Так появился железобетон — композит, ставший новой вехой в истории строительства. «Спрятанное» в бетон железо не ржавело и сохраняло свою прочность, а сам железобетон показал высокую огнестойкость.
Материал показал себя как долговечный, устойчивый к воздействию температур и удобный в использовании — с железобетоном конструкции можно придать практически любую форму. Это обеспечило ему высокую популярность уже в следующем, XX веке. К примеру, в 1904 году в Российской империи (близ г. Николаев) был построен первый в мире железобетонный маяк, а примерно в то же время в Москве было осуществлены безбалочные междуэтажные перекрытия склада молочных продуктов.
Железобетон обладает значительной упругостью и хорошо сопротивляется динамическим нагрузкам, благодаря чему он снискал огромную популярность, позволив достигать новых вершин строительства. Материал позволяет возводить сооружения в кратчайшие сроки, экономя время застройщиков и обеспечивая темпы роста небоскребов и целых городов. Новые высоты железобетону покоряются и в буквальном смысле: Burj Khalifa, самое высокое здание мира, построено именно из железобетона.
Материал уже давно приобрел огромное культурное воздействие: удобство и открываемые возможности для архитекторов стали основой для становления таких направлений, как модернизм и функционализм. Железобетон известен даже на уровне далекого от строительства обывателя: ни один арт с развалинами городов в мире постапокалипсиса невозможен без вида торчащей арматуры. Это именно он — железобетон.
Еще одна «победа» начала XX века — пластмассы, в частности, бакелит. Его получил в 1907 году американец Лео Бакеланд. Материал вышел теплоустойчивым, не проводящим электрический ток и необыкновенно прочным для своего времени. Неудивительно, что он рекламировался как «материал тысячи применений». Но каких?
Бакелит стал важнейшим проводником новых технологий в жизнь: патроны для ламп накаливания, работающих на только набиравшем тогда силу электричестве, производили именно из него. И это не говоря об украшениях, предметах интерьера, пряжках для ремней и т.д. Материал вошел в жизни целых поколений и быстро обрел популярность по всему миру. Если вы в детстве держали в руках советский телефонный аппарат, мыльницу или поднос из неприятного и «грубого» пластика — это был как раз бакелит.
Успех подобных материалов чуть позже закрепили винил, полистирол, фенол и полиэстр, также нашедшие свою нишу: именно они позволили еще более массово и относительно просто производить бытовые предметы, тратя минимум времени и сил рабочих. Благодаря этому пластик буквально захватил мир: за последние 65 лет его ежегодное производство выросло в почти 200 раз, до 381 млн. тонн. Но не стоит сбрасывать со счетов и тот факт, что одним из главных стимулов, приведших пластик и композиты в целом на нынешние позиции стали глобальные конфликты, сотрясавшие мир в XX веке.
Особое применение нашел бакелит и в Первой мировой войне. Легкий в обработке — нагретый бакелит можно было «отформовать» в соответствующих матрицах, одной операцией получив готовую деталь — материал был именно тем, что требовалось для обеспечения работы огромных армий. Бакелит использовали в производстве телеграфов, телефонов, радиоприемников, уже упомянутых патронов для ламп накаливания, пробок для бутылок кофейников и т.д. Простой и прочный материал быстро показал себя и в военной технике: например, в производстве пропеллеров и в двигателестроении, не говоря уже о частных случаях вроде отделки интерьеров.
Вторая мировая также дала свои «плоды»: композиты активно применялись в авиации: индустрия отчаянно нуждалась в новых материалах, и именно композиты позволили дать ответ на насущные вопросы инженеров.
Одной из основных разработок здесь была дельта-древесина. Инженеры пропитали слои шпона фенол- или крезолформальдегидной смолой, спрессовали их и получили уникальный материал, который легче и прочнее многих сплавов на основе алюминия. Новый материал также был огнестойким и не покрывался плесенью. Дельта-древесина использовалась, например, в самолетах ЛаГГ-3, эксплуатация которых началась в 1941 году.
Еще один пример «композитных» инноваций — применение листовой фибры топливных баков самолетов Ил-2. Изначально в конструкции использовались металлические баки, при попадании в которые образовывались большие пробоины, не позволяющие затянуться резиновому протектору, обтягивающему бак. Конструкторы применили листовую фибру — спрессованный картон, в составе которого есть целлюлоза и древесная масса. Да, древний принцип простого соединения разных материалов отлично работал и в те годы. В результате применения листовой фибры удалось не только решить проблему, но и на более чем 50 кг снизить массу самолетов.
Также во время войны стало известно о радиопроницаемости композитов из стекловолокна. Эта, казалось бы, мелочь, смогла избавить пилота от риска остаться без связи: «обтекатели» из стекловолокна защищали радиомодули от внешних факторов, не мешая коммуникациям. Сегодня стекловолокно находит применение в строительстве, электротехнической промышленности, автомобилестроении, судостроении, инструментальной промышленности и других отраслях.
В 60-х был изобретен углепластик: материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 10 мкм. Он характеризовал себя как прочный, легкий, эффективно «справляющийся» с температурами и химической инертностью.
Материал также нашел применение в различных отраслях: от очков Ray Ban до вертолетов Adventourer и автомобилей McLaren. Да и пресловутая «рама карбон» в велосипедах — тоже оно. Сегодня промышленность научилась штамповать из углепластика самые разные детали, что позволяет эффективно и быстро производить их в самых серьезных масштабах. Углепластик сегодня — неотъемлемый компонент зданий, мостов и некоторых железнодорожных вагонов. Композиты быстро находят свою нишу, но их судьба в XXI веке будет разительно отличаться от того, к чему мы привыкли.
Сегодня композитные материалы являются полноценной индустрией, на которой основаны самые критические производства и сферы жизни. Список сфер, где применяются композиты, обширен: это не только авиация и космос, но и архитектура, автомобильная отрасль, энергетика, инфраструктура, судостроение, спортивная и рекреационная индустрии. Общий объем рынка композитов оценивался в $74 млрд в 2020 году, и, по, прогнозам, достигнет отметки в $112 млрд уже в 2025 году.
На композитах держатся целые отрасли. Например, в авиации применение этих материалов быстро вошло в стандарт. Для сравнения: в 70-х доля композитов в Boeing 747-100 стремилась к нулю, а в 2010-м году Boeing 787 уже на 50% состоял из композитов.
Уже традиционный интерес авиастроителей к композитам неудивителен: к примеру, одно только композитное крыло для российского лайнера МС-21 позволяет значительно улучшить аэродинамику, а также уменьшить расходы при эксплуатации на 12-15%. А повышение энергоэффективности одного борта — это и снижение расходов самих перевозчиков: композиты напрямую связаны с экономической выгодой. Импортозамещающие материалы для композитного крыла МС-21, кстати, были разработаны на химфаке МГУ.
Да, композиционные материалы составляют порядка 50% от массы планера в современных пассажирских самолетах. Но это не предел: в некоторых истребителях и военных вертолетах доля композиционных материалов может достигать 90% от веса планера. Когда мы говорим о композитах для авиации, то в первую очередь подразумеваются материалы на основе непрерывных углеродных и стеклянных волокон. Композиты на основе углеродного волокна и полимерной матрицы принято называть углепластиками, а композиты на основе стекловолокна — стеклопластиками. Углепластики имеют удельную прочность (прочность, деленную на плотность) примерно в два раза выше, и удельный модуль упругости, определяющий жесткость конструкции, примерно в три раза выше аналогичных характеристик стеклопластика.
Поэтому более 70% от композитов, используемых в современной авиации, составляют углепластики, из которых производят силовые конструкции: хвостовое оперение, элементы конструкции фюзеляжа, лопатки двигателей. В меньшей мере в авиации используются стеклопластики, которые в основном применяются для изготовления радиопрозрачных обтекателей и интерьеров самолетов. Но есть у углепластиков и недостаток — это высокая стоимость.
Алексей Кепман, кандидат химических наук, заведующий лаборатории химии и технологии композиционных материалов МГУ
Алексей также добавил, что композиты «медленно, но верно» занимают те ниши, где раньше использовались металлы и их сплавы. По словам эксперта, мировой рынок композитов составляет порядка 11,5 млн. тонн в год, что в пять раз меньше, чем рынок алюминия, и в 30 раз меньше, чем рынок пластика. Рынку стали композиты уступают в более чем 150 раз.
При этом Кепман отмечает, что композитам есть куда расти: в период 2010-2020 годов наибольшее проникновение композитов наблюдалась в ветроэнергетике (15%-ный рост) и судостроении (7%-ный рост). Кроме того, по словам кандидата химических наук, большинство аналитиков склоняются к мнению, что в период 2020-2030 годов основной рост будет обеспечивать автомобильная промышленность: уже сейчас доля углепластиков в серийно выпускаемых BMW i серии составляет порядка 7% от веса автомобиля, а в электромобилях Tesla — 2-3%.
Если говорить в целом, то композиты сегодня применяются в строительстве, производстве бытовых товаров и потребительской электроники, объектах инфраструктуры, производственном оборудовании. Из них делают даже марсоходы. Кажется, что композиты уже прочно вошли во все сферы жизни и удивляться больше нечему. Но почему их по-прежнему называют материалом, который проторит путь человека в будущее?
Композиты преодолели огромный путь, начало которого уходит в самые дебри истории. Простая идея объединения свойств двух материалов с целью получить нечто новое эволюционировала вместе с человеком. Сначала это были папирус и бетон, ставшие синонимами грамотности и долговечности. Затем — бакелит и железобетон, открывшие человеку мир пластмасс и путь к строительству инженерных конструкций, которым можно придать практически любую форму. Полученные методом проб и ошибок, эти материалы выдержали тест истории, сформировав целые новые индустрии.
Но развитие цивилизации продолжается. Простая идея отбора лучших свойств для получения универсального материала работает и сегодня, но на новом технологическом уровне. Человек отказался от метода проб и ошибок в производстве композитов — сегодня материалы создаются целенаправленно: с учетом конкретных условий их будущего использования и с помощью самых современных технологических решений. Разработка новых композитов сегодня — это отдельная подотрасль: компании вроде Hexcel, Exel composites или HRC напрямую специализируются на разработке новых материалов.
Процесс производства композитов уже сегодня мало напоминает сочетание клея и листов дерева. А вот имена изобретателей композитов скоро начнут пропадать так же, как исчезла память о тех, кто впервые попробовал получить бетон. Дело в том, что разработку новых материалов уже сейчас начинают поручать искусственному интеллекту. Этим, к примеру, занимаются специалисты в США, которые с помощью алгоритмов уже разработали три новых композита. Применение ИИ уже сейчас позволяет ускорить процесс разработки материалов иногда в десятки и сотни раз, а в будущем это позволит поставить разработки буквально «на поток», отталкиваясь от каждой конкретной задачи.
Как получается выигрыш? Дело вот в чём. Современная индустрия предоставляет нам тысячи различных материалов, про каждый из них можно придумать десятки вариантов их обработки, и помимо этого, некоторые материалы сущестенно меняют свои свойства даже сами по себе, например при мелкодисперсном измельчении. При комбинировании этих вариантов между собой мы попадаем с ситуацию так называемого «комбинаторного взрыва», когда число потенциально возможных сочетаний даже нескольких компонентов недостижимо велико для экспериментальной проверки.
Тут то и приходят на помощь ИИ-алгоритмы. Загрузив в них несколько сотен реальных композитных материалов, их способов изготовления и характеристик, мы получаем предиктивную модель, которая для запроса на новый композит может из невероятного числа возможных посоветовать небольшое количество вариантов, наиболее вероятных по нужным свойствам. Их-то нужно будет потом проверить экспериментально.
Юрий Чайников,
руководитель RDL by red_mad_robot
Подкрепить достижения алгоритмов могут и цифровые двойники: уже сейчас они помогают проводить тесты деталей двигателя в виртуальной среде, полностью имитирующей реальные условия. То же самое применимо и к материалам. Более того, процесс их разработки все больше становится похож на разработку современных цифровых продуктов: для реализации проекта с заданными свойствами нужны гипотезы, эксперименты и идеи — как и при создании цифрового решения.
Не стоит забывать и о дальнейших перспективах нанокомпозитов, позволяющих выращивать искусственные костные имплантаты, изготавливать эффективные батареи, электронику и упаковочные материалы. Получит своё развитие и графен — перспективному материалу будущего уже сейчас прочат статус «лучшего друга» композитов, который сделает их еще эффективнее и дешевле.
XXI век станет эпохой глобального переосмысления композитных материалов, но принцип, сформированный людьми тысячи лет назад, сохраняется. Будущие достижения ученых неминуемо дополнят список материалов, найдя новые сферы применения, перевернув индустрии и, возможно, изменив ход истории. Истории, начавшейся с простой идеи: лучшее — не враг хорошего, а через объединение можно достичь практически всего.
Благодарим Кафедру химической технологии и новых материалов Химического факультета МГУ за помощь и научную поддержку.
Источник: vc.ru
Вещества и материалы
Все предметы, окружающие нас, сделаны из того или иного материала. Зачастую именно материал обеспечивает вещи особыми свойствами. Существует даже специальный раздел науки, изучающий их — материаловедение.
0 Технологии
Самую белую краску в мире теперь можно наносить на автомобили и самолеты
Ученые из Университета Пердью (США) создали новую версию своего самого белого покрытия в мире. Оно отражает 98 % солнечного света, что позволяет пассивно охлаждать любые обработанные им поверхности. Кроме того, такая защита снижает расходы энергии на охлаждение объектов при помощи кондиционеров. Увы, у…
1 Технологии
Простое гидрогелевое покрытие для оконных стекол поможет охладить здание
Рекордная жара лета 2022 года подвигла ученых из Уханьского университета в Китае на создание покрытия оконных стекол для отражения инфракрасного излучения. Типовое стекло хорошо пропускает ИК-излучение ближнего диапазона, но блокирует излучение в среднем диапазоне. Из-за этого жар накапливается внутри помещения, из-за…
Прочное покрытие на основе натуральных масел уничтожит бактерии и вирусы, включая SARS-CoV
Исследователи из Мичиганского университета разработали матрицу на основе полиуретана, которая служит контейнером для размещения масел корицы имчайного дерева. Оба этих вещества эффективно уничтожают болезнетворные вирусы и бактерии, а пластиковая основа позволяет сохранять их длительное время без риска высыхания. По…
1 Наука
Супрамолекулярный пластик мгновенно затянет любые повреждения
Исследователи из Университета Турку в Финляндии представили первые образцы перспективных материалов, которые помогут справиться с проблемой утилизации пластикового мусора. Их принципиальное отличие от классических полимеров в способности сохранять структуру без использования ковалентных связей. По сути, это…
1 Технологии
В Корее разработали покрытие для автомобилей, самостоятельно затягивающееся за 30 минут
Когда на кузове автомобиля появляется царапина, это вызывает крайне неприятные чувства. Но в будущем небольшие повреждения лакокрасочного покрытия будут самостоятельно затягиваться всего за полчаса. Эффект достигается за счет применения инновационного решения, разработанного корейскими учеными. Потребуется только…
1 Наука
Австралийские ученые научились хранить водород в виде безопасного порошка
Доктор Шрикант Матети и профессор Ян Чен из австралийского Университета Дикина разработали технологию абсорбции газов и жидкостей в порошкообразном материале при помощи механохимии. Это сравнительно новый раздел науки, который описывает химические реакции, вызванные не воздействием температуры или света, а применением…
0 Наука
Самый прочный биоматериал в мире составит зеленую альтернативу кевлару
Доктор Робин Рамни из Портсмутского университета после полугода экспериментов сумел создать технологию по выращиванию в пробирке аналога зубов моллюска морское блюдце. В 2015-м он с коллегами при помощи атомно-силовой микроскопии изучил его строение и измерил прочность. Она оказалось одной из самых высоких среди всех…
1 Технологии
Космическая фабрика ForgeStar произведет материалы, которые невозможно получить на Земле
За десятилетия освоения космоса ученые выяснили, что только в невесомости можно создавать некоторые «неземные» материалы. Именно этим будет заниматься платформа ForgeStar производства уэльского стартапа Space Forge.
Добавление переработанных покрышек удвоило срок службы асфальта
Исследователи из австралийского университета RMIT разработали добавку для асфальтовой смеси, которая существенно повышает ее защиту от ультрафиолетового излучения и перегрева на солнце. Для жаркого австралийского климата проблема очень актуальна, а еще там, как и во многих местах мира, есть проблема утилизации старых…
0 Технологии
Алмазное зеркало без повреждений выдержало луч боевого лазера
Ученые из Гарварда создали новую наноструктуру, которая получила название «алмазное зеркало» за способность отражать 98,9 % падающего на него света. Это позволяет такому материалу выдерживать луч лазера, который способен прожечь стальной лист. В перспективе данная технология может лечь в основу защитной брони…
2 Технологии
Древесная пена способна заменить кондиционер и сократить расходы на отопление на 35%
На отопление и охлаждение помещений во многих странах приходится значительная часть (особенно в связи с последним топливно-энергетическим кризисом) расходов за жилищно-коммунальные услуги. Понимая это, специалисты Китая и Германии из университетов Нанкина и Геттингена разработали новый материал — древесную пену,…
0 Наука
Ученые создали многоразовую экобумагу из пыльцы подсолнуха
Переработка бумаги — хорошо, а многоразовое использование — лучше. Новая бумага на основе пыльцы подсолнечника сделана так, чтобы на ней можно было печатать, а потом очищать ее специальными химикатами. Материал разработали в Наньянском технологическом университете Сингапура.
1 Технологии
Разработан амортизирующий материал для шлемов, имеющий прочность металла и вес пенопласта
Исследователи из Университета Джона Хопкинса (США) работают над созданием нового типа брони для полицейских и военных, в основе которой лежит сверхлегкий амортизирующий материал. У него пока нет собственного названия, это экспериментальная разработка на базе эластомеров. Такие жидкокристаллические полимеры уже широко…
0 Технологии
Создан легкий броневой материал из нанотрубок, превосходящий по прочности кевлар
Развитие новых технологий постоянно улучшает характеристики пуленепробиваемых материалов. Специалисты Университета Висконсин-Мэдисон разработали сверхлегкий броневой нановолоконный материал, превосходящий по своей прочности сталь и кевлар.
Биоактивное стекло второго поколения уничтожает микробы в 100 раз эффективнее первого
Исследователи из Астонского университета (Великобритания) провели эксперимент по поиску оптимального состава биоактивного стекла следующего поколения. Они достигли успеха, но лишь частично – новые комбинации противомикробных оксидов показали высокую эффективность против бактерий и грибков. Но идеальный универсальный…
2 Технологии
Старый пластик получит новую жизнь в виде «неразрушимых» строительных кирпичей
Построить целое здание из пластиковых пакетов и бутылок — подобная амбициозная идея может стать реальностью, благодаря новому стартапу из Лос-Анджелеса. Его разработка — технология ByFusion Global, которая позволяет перерабатывать «неперерабатываемый» прежде пластик в огромные прочные кирпичи.
0 Технологии
В США создали «невозможный» полимер, который легче пластика и прочнее стали
Исследователи из Массачусетского технологического института сообщили о прорыве – им удалось получить двумерную форму полимерного материала, которая на первый взгляд имеет сплошные преимущества без недостатков. Ранее все попытки соединить полимерные нити в 2D-структуры оборачивались фиаско. Новый материал получил…
2 Технологии
В Австралии разработали гидрокостюм, устойчивый к укусам больших белых акул
Три года назад сотрудники Университета Флиндерса (Австралия) сообщили о начале разработки специального материала для гидрокостюма Shark Stop, способного противостоять укусам акул.
3 Наука
Ученые сумели создать экопластик из обычного сахара
Поиски экологичной замены пластику привели команду исследователей из Бирмингемского университета в Великобритании и Университета Дьюка в США к сладостям. Ученые сумели создали необычные виды пластика с «беспрецедентными» характеристиками на основе сахарных спиртов.
4 Наука
Экологичную замену пенопласту научились делать из обычного попкорна
Пенопласт, а точнее, пенополистирол (EPS) – довольно вредоносный материал. Дешевый и легкий, он не поддается разложению, и его весьма непросто переработать. Пытливые ученые из Университета Георга Августа нашли альтернативу – они предлагают делать пенопласт из попкорна. Авторы идеи – профессор Алирезе Харазипур с…
Ученые нашли способ превращать пластиковый мусор обратно в нефть
Американская компания Honeywell International объявила о создании технологии глубокой переработки пластиковых отходов с целью превращения их в сырье для производства топлива. Детали не раскрываются, сообщается лишь, что на выходе будет нефтяной продукт, который пригоден для использования на нефтеперерабатывающих…
1 Технологии
Электрохромный «сэндвич» сможет и обогреть, и охладить поверхность зданий
Ученые из Университета Дьюка в Северной Каролине (США) сконструировали прототип универсальной панели для полупассивного охлаждения и обогрева наружных конструкций зданий. Она основана на принципах работы электрохромных стекол и требует некоторого количества электричества, но существенно меньше, чем типовые системы…
0 Наука
Из закаленной древесины научились создавать лезвия и гвозди прочнее стальных
Ученые из Университета Мэриленда создали новый тип материала, который они назвали «закаленной древесиной». По своей сути это просто обработанная целлюлоза, доля которой в древесине составляет 40-50 % – ученые убрали лишнее и подвергли вещество специальной обработке. На выходе у них получился материал, который по…
5 Технологии
Volvo построила первый в мире грузовик-беспилотник из «экостали»
Два месяца назад, в августе 2021-го, на завод Volvo поступила первая партия «экологически чистой стали», а на днях из нее изготовили первое транспортное средство. Тем самым в компании продемонстрировали приверженность выбранному курсу, согласно которому к 2050-му все ее производство будет переведено на использование…
4 Технологии
Испанским ученым удалось создать прозрачный бетон
HTRANS – необычный полупрозрачный бетон, разработанный исследователями Политехнического университета Валенсии (UPV) Хосе Рамоном Альбиолем Ибанесом и Мигелем Санчесом Лопесом.
6 Технологии
На заводы Volvo в Швеции поступила первая в мире экологически чистая сталь
Шведская компания SSAB поставила Volvo первую партию автомобильной стали нового типа – «зеленого». Термин пока неофициальный, данный материал также называют «экологически чистой сталью», потому что при ее создании не применяются горючие ископаемые и энергия, произведенная с их помощью. Выбросов в атмосферу в процессе…
Разработана ткань нового поколения в виде пуленепробиваемой кольчуги
Международная команда ученых разработала защитную ткань-трансформер, которая способна менять свою внутреннюю структуру. Она напоминает старинную кольчугу – частицы материала расположены близко друг к другу, что позволяет блокировать внешние механические воздействия.
2 Наука
Китайские ученые создали суперстекло, которое способно поцарапать алмаз
Исследователи из Университета Яншань в Китае после многочисленных экспериментов сумели получить новый материал на основе углерода с невиданными доселе свойствами. Стеклоподобное вещество в тестах на твердость по Виккерсу показало 113 ГПа, в то время как для обычной стали этот показатель составляет всего 9 ГПа, а для…
1 Технологии
Ткань Metafabric охладит тело человека в жару на целых 5 градусов
В последнее время во многих странах с вполне умеренным климатом в летний сезон все чаще отмечаются температурные рекорды, что губительно сказывается на здоровье тысяч людей.
0 Наука
Китайские ученые создали гибкий лед, который можно гнуть и завязывать узлами
Китайские ученые из Чжэцзянского университета создали новую форму вещества, которую они назвали «эластичный микроволоконный лед». Больше всего он напоминает обычную проволоку – также легко гнется и скручивается без необратимой деформации. Однако внутри него все те же молекулы воды без всяких примесей – это просто…
0 Технологии
В Корее разработали технологию опреснения морской воды с эффективностью 99,99%
С незапамятных времен моряки знают печальную поговорку: «вода, вода, кругом вода, но нет ни капли для питья». Речь идет о том, что морскую воду категорически нельзя пить. С древних времен проблема пресной воды из чисто флотской стала общемировой.
0 Технологии
В США разработали сверхлегкий материал для бронежилетов, который прочнее кевлара
Одни из наиболее важных характеристик современного бронежилета – небольшой вес и тонкость, которые характерны для природной брони живых существ. Специалисты-материаловеды активно пользуются такими природными подсказками, не забывая при этом о современных технологиях. Последний пример – команда Массачусетского…
Источник: www.techcult.ru
Уникальный материал для строительства
-
Технологии / Прозрачное дерево и гибкий бетон: ТОП-10 новейших стройматериалов
Пару недель назад в нашей субботней рубрике мы рассказали о десятке необычных стройматериалов, которые используют для строительства бюджетных домов. Бамбук, транспортные контейнеры и сэндвич-панели — это, конечно, хорошо, но не революционно. А как насчет самовосстанавливающегося бетона или прозрачного дерева? В своем блоге специалисты PlanRadar рассказали о самых интересных и впечатляющих по своим свойствам инновационных материалах, которые уже применяются в строительстве, и стройматериалах, опробованных в пилотных проектах. Наиболее интересные из них мы вынесли в эту подборку.
Углеволокно
За этим материалом — будущее строительства. Он легкий и прочный, а эти качества, пожалуй, самые важные в отрасли. Углеволокно намного легче железа (на 75%) и алюминия (на 30%). Углеволокном усиливают прочность традиционных стройматериалов: кирпич, железобетонные блоки, деревянные конструкции. Это называется армирование.
Углеволоконная арматура в железобетоне обеспечивает также отличную теплоизоляцию. Единственный минус, который ограничивает массовое применение — дороговизна материала.
Акриловая декоративная плитка
Инновационными могут быть и хорошо знакомые всем, но модернизированные стройматериалы. Например, чувствительная плитка c акриловым волокном, которая в буквальном смысле реагирует на движения и касания человека или изменение источника света: она может мерцать, подсвечиваться, улавливать и рассеивать соседние цвета по своей поверхности. Декорирование таким материалом дает новые возможности в архитектуре и дизайне интерьеров.
Аэрогель
Уникальность этого материала в том, что он одновременно самый твердый и легкий в мире, ведь на 99.8% состоит из воздуха. Его получают из геля, в котором жидкий компонент геля заменен газом. В результате этих манипуляций получается очень твердое тело с чрезвычайно низкой плотностью и низкой теплопроводностью. На ощупь аэрогель похож на хрупкий пенополистирол.
Впервые он был получен в 1931 году Сэмюэлем Стивенсоном Кистлером, который поспорил, что сможет заменить жидкость газом без усадки самой структуры. Первые аэрогели были получены из силикагелей. Более поздние работы Кистлера касались аэрогелей на основе оксида алюминия, оксида хрома и диоксида олова. Углеродные аэрогели были впервые разработаны в конце 1980-х годов.
Особенность аэрогелей — они могут иметь теплопроводность меньше, чем у газа, который они содержат. Такой материал отлично теплоизолируют, так что его применяют широко в промышленных масштабах по теплоизоляции — экологично и эффективно. В виду высокой и тонкой пористости структуры аэрогели могут использоваться в качестве собирающей матрицы для мельчайших частиц пыли.
RICHLITE
Бумажный прочный композит. Его создают из отходов бумаги, их прессуют в твердые и гладкие панели, которые можно обрабатывать. Об экологичности бумаги говорить нечего — это основное ее достоинство. Однако технологии превращают ее в удивительное сырье, которое так нужно для экостроительства.
В отличие от камня или твердой поверхности, Richlite работает так же, как плотная древесина твердых пород, и ее можно легко фрезеровать, шлифовать, фрезеровать и соединять. Материал Richlite к тому же водостойкий, гигиеничный, имеет низкое влагопоглощение, тепло- и огнестойкость, необычайно плотный и прочный. А его внешний вид — максимально естественный и приятный.
Поэтому его применяют во многих отраслях, и даже для производства музыкальных инструментов, где заменяют дорогостоящее черное дерево, дающее определенное качество звука. Richlite оказался достойным аналогом, доступным по цене. Это известный и любимый многими архитекторами отделочный материал для дизайна мебели, элементов интерьера и креативных сооружений.
Жидкий гранит
Искусственный «жидкий» камень, особая жидкая строительная смесь (70% из мраморной крошки и на 30% из специальных добавок и декоративного наполнителя), которую напыляют на определенную поверхность. Благодаря составу, жидкость застывает красиво и намертво, обеспечивая поверхность прочностью и декоративным видом. Жидкий гранит экологичный материал, поскольку в него входят безопасные смолы и натуральная мраморная крошка и минеральные наполнители. Этот композитный материал активно используется в отделочных работах, для изготовления или покрытия отдельных конструкций или элементов интерьера.
Самовосстанавливающийся бетон
Если дословно перевести английский вариант «self healing concrete», то он звучит как «самоисцеляющийся бетон», что, согласитесь, намекает на фантастику. Изобретатель Хенк Джонкерс из Делфтского технического университета еще в 2015 году показал инновационный метод для восстановления трещин в бетоне при помощью бактерий.
Принцип технологии прост: в бетон добавляли капсулы с особыми бактериями и питательными веществами для них, которые активировались, как только попадала вода. Треснувший бетон с влагой отстраивался, заполнялся известняком, который продуцировали бактерии. Кроме этой био-технологии, есть другая альтернатива от корейских исследователей, где в бетон добавляются капсулы определенного полимера. Он также под действием влаги и солнца, начинает реагировать — разбухать и заполнять трещину.
Бетон очень надежный и давно используемый строительный материал, однако он теряет свои свойства при трещинах, так что над его современным апгрейдом трудятся многие специалисты материаловедения во всем мире.
Есть свежие данные, что американские ученые из Вустерского политехнического института (WPI) также разработали биобетон, куда вмешали фермент, который реагирует с CO2, выделяя кристаллы карбоната кальция — по характеристикам похожи на бетон. И таким образом заполняются все трещины, укрепляя бетот. Миллиметровые трещины восстанавливаются за сутки.
Другая разработка ученых из Университета Колорадо основана на фотосинтезе бактерий. В состав биобетона входит смесь из цианобактерий — фотосинтезирующие бактерии, желатина и песка. Они реагируют на воду и увеличиваются в размере, заполняя полости.
Гибкий бетон
И снова о бетоне. Разработки по улучшению его качеств — одни из самых популярных, и это неудивительно. На бетоне, фактически, зиждется все строительство. Мы уже упоминали, что одной из проблем бетона является его недолговечность, если появляются сколы и трещины, которые образовываются вследствие воздействия внешней среды.
Кроме того, бетон может быть прочным, однако он фиксирован и ограничен по нагрузке. Сингапурцы еще в 2014 году смогли решить вопрос не только прочности и уменьшения веса, исключив арматуру в бетонных конструкциях, но и добавили не характерное свойство бетону — гибкость. Благодаря уникальной добавке новый бетон ConFlexPave получил гибкость и прочность — в 3 раза выше, чем у обычного. В раствор замешивают тончайшее ультраволокно, которое скользит в структуре бетона, не закрепляясь в нем. Именно это и дает эффект эластичности.
Однако нет предела совершенству. Разработки по гибкому бетону продолжают многие ученые. Так, специалисты университета Суинберн создали бетон без цемента, но с такими же выдающимися характеристиками по гибкости и нагрузкам. Экологичность нового бетона в том, что в его состав входит летучая зола, геополимерный композит — типичный выброс-отход от угольных электростанций.
Его застывание происходит при комнатной температуре, а значит, нет потребности в высоких неэкологичных затратах на производство. Но главное, новый бетон в 400 раз гибче обычного, сохраняя при этом прочность бетона. Геополимеры не только добавили коэффициент изгибания, но и улучшают показатели устойчивости при возможных микро-разрушениях. Полимерные волокна держат структуру при нагрузке даже с трещинами, поэтому новый материал можно использовать в сейсмоактивных районах — риск разрушения зданий из такого бетона минимизируется.
Прозрачный алюминий
Этот материал будущего — физическая реальность. По-простому, это прозрачная керамика, в основе — оксинитрид алюминия (AlON). Особенности этого материала — устойчив к царапинам и прочный, намного выше эти характеристики, чем у алюмосиликатного стекла (кварцевое), на 85% тверже сапфира. Кроме того, выдерживает нагревание до 2100 С⁰. Устойчив к радиации, к кислотам, щелочам и воде.
Естественно, этот материал тут же пошел на вооружение к военным и для оптических производств. Но в строительстве из него делают ударопрочные окна, купола и прочие элементы, требующие прозрачности и прочности.
Углеводородные нити
Для таких сейсмологических территорий, как Япония, очень важны материалы, которые выдержат землетрясения. Поэтому лаборатория Komatsu Seiten Fabric разработала термопластичный композит из углеродного волокна — CABKOMA Strand Rod.
Композит покрыт неорганическими и синтетическими волокнами, с отделкой из термопластической смолы — и это дало возможность создать самую легкую в мире систему сейсмического армирования. Инновационные нити-струны почти в пять раз легче, чем металлическая проволока той же прочности, и красивы по дизайну. Кроме того, они довольно эффективны — здание соответствует требованиям, предъявляемым к сейсмической арматуре. Конечно, как и все материалы из карбона, материал недешев.
Прозрачное дерево
О создании новейшего экологического материала прозрачного дерева сообщалось еще в 2016 году, но только в 2020 ученый, который с командой из Университета штата Мэриленд в Колледж-Парке изобрел способ делать древесину прозрачной, заявил, что испытания завершены и получен устойчивый результат. Прозрачное дерево минимум в 5 раз прочнее и легче стекла, а также термоэффективнее. Именно эти характеристики делают его намного интереснее пластика. Среди других преимуществ: сырье возобновляемое и экологичное: дерево бальса растет быстро, за 5 лет получается уже взрослое дерево, затраты на производство намного ниже, чем для производства стекла, где присутствует ощутимый углеродный след из-за расходов на отопление и электричество. Прозрачное дерево довольно гибкое, так как в нем есть натуральная целлюлоза.
Чтобы добиться прозрачности, древесину бальсы вымачивают в спецрастворе, а затем в структуру добавляется эпоксидная смола. Прозрачная древесина, или древесное стекло можно применять вместо традиционных стеклопакетов, либо другим элементам в строительных конструкциях, где необходима прозрачность, но и прочность, а также экологичность и энергосбережение.
Источник: stroy.media