Πέντε υλικά που θα αλλάξουν τον κόσμο  

Η αρχή των νέων καινοτομιών

Πέντε υλικά που θα αλλάξουν τον κόσμο

Στο πέρασμα των αιώνων οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει θαυματουργά υλικά από "λάθος", στη διάρκεια κάποιου αποτυχημένου πειράματος, τα οποία όμως έχουν αλλάξει τη ζωή μας. Το μέλλον της ανακάλυψης νέων υλικών δε θα βασίζεται, πλέον, τόσο πολύ στην τύχη, μιας και οι επιστήμονες χρησιμοποιούν πλέον ισχυρούς υπολογιστές για να "τρέξουν" τα μοντέλα και τις φόρμουλές τους πριν να ξεκινήσουν καν τα πειράματα σε κάποιο εργαστήριο. Παρακάτω θα παραθέσουμε πέντε υλικά τα οποία είναι τόσο νέα, που ακόμα και η πιθανολόγηση των εφαρμογών τους μπορεί να θεωρηθεί ως συντηρητική, αλλά είναι τόσο επαναστατικά που το μόνο σίγουρο είναι πως θα μας επηρεάσουν σε τέτοιο βαθμό στην καθημερινότητά μας, ώστε να ξεπεράσουν τις εφαρμογές τους. αλουμινίου, του γυαλιού και τόσων άλλων υλικών που δεν μπορούμε να φανταστούμε τη ζωή μας χωρίς αυτά.

Γραφένιο

Το υλικό “μύθος” της επιστημονικής κοινότητας, ανακαλύφθηκε τυχαία το 2004 από τους Andre Geim και Konstantin Novoselov του Manchester University, όταν παίζοντας με μια αυτοκόλλητη ταινία Scotch και ένα σωρό γραφίτη, αντιλήφθηκαν πως μπορούσαν να δημιουργήσουν φύλλα άνθρακα πάχους ενός ατόμου. Έκτοτε έχουν κερδίσει το βραβείο Nobel, ανταμείφθηκαν με τον τίτλο του Sir από τη Βασίλισσα και τέθηκαν επικεφαλής του National Graphene Institute με £61 εκατομμύρια επιχορήγηση για να συνεχίσουν την έρευνα τους.

Σαν υλικό το γραφένιο είναι συναρπαστικό, με καταπληκτικές μηχανικές ιδιότητες, είναι δυνατό, εύκαμπτο, διάφανο και εξαιρετικά αγώγιμο. Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών θεωρείται ως το κύριο υλικό που θα χρησιμοποιηθεί στο μέλλον στις ηλεκτρονικές συσκευές, ακόμα και αυτές που θα είναι ραμμένες στα ρούχα μας, κολλημένες σε μπουκάλια ποτών και δοχεία φαγητού και πολλές ακόμα που το μέλλον θα αποκαλύψει. Οι εφαρμογές του υλικού είναι τόσες πολλές που σχεδόν καθημερινά κάποιος επιστήμονας σκέφτεται μια καινούρια, όπως το ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για φακούς επαφής νυχτερινής όρασης. Οι επιδοτήσεις πέφτουν βροχή, με την Ευρωπαϊκή Ένωση να έχει δεσμεύσει €1 δισεκατομμύριο για τη μεταφορά του γραφενίου από τα εργαστήρια στην παραγωγή.

Μετάξι από ιστό αράχνης

Μόλις οι επιστήμονες μελέτησαν τη μοριακή δομή του ιστού μιας αράχνης, συνειδητοποίησαν πως η αντοχή του ήταν τεράστια. Όπως δήλωσε όμως και ο Fritz Vollrath του Oxford Silk Group, "δεν μπορείς να χρησιμοποιήσεις το μετάξι του ιστού για να φτιάξεις ένα αλεξίσφαιρο γιλέκο. Είναι πολύ ελαστικό. Σίγουρα θα καταφέρει να σταματήσει τη σφαίρα, αλλά όχι πριν αυτή διαπεράσει τον κορμό. Άραγε μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε ως υλικό; Μάλλον όχι επειδή πρέπει να συλλεχθεί από αράχνη και αυτό δεν είναι οικονομικά βιώσιμο".

Παρόλα αυτά οι επιστήμονες παραμένουν ενθουσιασμένοι επειδή υπάρχουν πολλά που μπορούμε να μάθουμε από αυτό το υλικό. Ο ιστός είναι ουσιαστικά ένα βιο-πολυμερές που αποκαλείται aquamelt και μπορεί να επεκταθεί σε θερμοκρασία δωματίου 1.000 φορές πιο αποτελεσματικά από οποιοδήποτε πλαστικό το οποίο πρέπει να θερμανθεί και να ψυχθεί ξανά για να πετύχει το ίδιο αποτέλεσμα. Η αράχνη, ελέγχοντας το ρυθμό εξαγωγής του ιστού από την κοιλιά της, μπορεί να ρυθμίσει τη στιβαρότητα ή την ελαστικότητα του ιστού. Το στοίχημα λοιπόν για τους επιστήμονες είναι να προσδώσουν σε άλλα υλικά τις ιδιότητες αυτές του ιστού της αράχνης.

Μεταϋλικά (Metamaterials)

Σκεφτείτε κάτι σαν τον αόρατο μανδύα του Harry Potter ή το μηχανισμό προκάλυψης του Predator. Τα metamaterials χρωστούν την ύπαρξη τους στην εξαιρετικά ανταγωνιστική βιομηχανία microchip, η οποία μείωσε τα μεγέθη μέχρι το σημείο των νανομέτρων. Τα metamaterials παράγονται όπως τα microchip, αλλά η κατασκευή τους είναι τόσο λεπτομερής και ακριβείας, που οι επιστήμονες μπορούν να ελέγξουν το πώς αντιδρούν τα ηλεκτρόνια όταν έρχονται σε επαφή με το φως ή άλλες πηγές ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Έτσι μπορεί να χειραγωγηθεί η ακτινοβολία των σωμάτων και ως ένα βαθμό, ακόμα και να παρακαμφθεί το φως γύρω από ένα σώμα, καθιστώντας το αόρατο.

"Πρέπει να δομήσεις το υλικό σε ένα μικρό μήκος κύματος σε σχέση με το μήκος κύματος που σε ενδιαφέρει, οπότε για το ορατό φάσμα του φωτός, αυτό σημαίνει κλίμακα nano" λέει ο Chris Philips του τμήματος φυσικής του Imperial College, το οποίο πρωτοπορεί σε συσκευές απόκρυψης. Τα υλικά ποικίλουν για να ελέγξεις π.χ. ραδιοκύματα μπορείς να χρησιμοποιήσεις χαλκό και υαλοβάμβακα. Οι συσκευές απόκρυψης μπορεί να βρίσκονται ακόμα σε εμβρυακό στάδιο αλλά αυτό σιγά-σιγά αλλάζει. Αντικείμενα μπορούν να παραμείνουν αόρατα για ορισμένα μήκη κύματος μόνο αλλά όχι για άλλα, ή υπό ορισμένες συνθήκες όπως πολωμένο φως υπό γωνία. Να γίνει κάτι εντελώς αόρατο μάλλον είναι απίθανο, επειδή πέρα από το ανθρώπινο μάτι υπάρχουν τα radar και οι υπέρυθρες που μπορούμε να στραφούμε. Όπως δηλώνει και ο Philips, "Ως γενικός κανόνας ισχύει ότι αν ένα αντικείμενο είναι αόρατο σε ένα μήκος κύματος θα είναι ορατό σε ένα άλλο. Μπορείς να κατασκευάσεις ένα μανδύα ο οποίος θα καλύπτει ένα ευρύ μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, αλλά όχι ολόκληρο".

Shrilk

Ήταν η λογική ονομασία ενός υλικού που προέρχεται από υπολείμματα κελύφους γαρίδας και πρωτεΐνες που δεσμεύονται από μετάξι και αυτό αποφάσισαν να χρησιμοποιήσουν για την ανακάλυψή τους οι Javier Fernandez και Don Ingber του Wyss Institute στο Harvard. To Shrilk είναι εμπνευσμένο από το σκληρό εξωσκελετό των εντόμων ο οποίος είναι δυνατός και ανθεκτικός σχετικά με το μέγεθός τους. 

Αυτό που έκανε εντύπωση στους επιστήμονες, ήταν πως χωρίς νερό, το υλικό είναι άκαμπτο, ενώ με νερό αλλάζουν άρδην οι ιδιότητές του, καθώς γίνεται πολύ ελαστικό. Έτσι κατάφεραν να δημιουργήσουν δυνατά, διάφανα φύλλα Shrilk τα οποία πέραν του ότι είναι βιοδιασπώμενα, εμπλουτίζουν και το έδαφος όπου αποδομούνται. Ο Bob Cunningham, επίσης του Wyss Institute, δηλώνει πως “μπορεί να μην έχει νόημα να φτιάξεις ένα κάδο απορριμμάτων που θα χρησιμοποιήσεις 10 χρόνια από αυτό το υλικό, αλλά μια σακούλα σκουπιδιών την οποία θα πετάξεις σε μια εβδομάδα και θα καταλήξει στη χωματερή είναι μια καλή επιλογή”. Το Shrilk είναι μια πολύ καλή εναλλακτική για μερικές χρήσεις πλαστικών, ενώ έχει πάρει έγκριση και από τον FDA για χρήση στο σώμα όπως ράμματα ή βάσεις πάνω στις οποίες θα αναπτυχθεί ο νέος ιστός και θα διαλυθούν από μόνες τους όταν δε χρειάζονται πλέον.

Στανένιο

Το στανένιο είναι ένα επαναστατικό υλικό, όχι μόνο για για τις ιδιότητές του, αλλά και για τον τρόπο με τον οποίο δημιουργήθηκε. Ανακαλύφθηκε σε θεωρητικό επίπεδο, σχεδιάστηκε εξολοκλήρου στον υπολογιστή και μόλις πρόσφατα ήρθε στον κόσμο σαν υλικό για να δουν οι επιστήμονες αν η θεωρία ανταποκρίνεται στην πράξη. Δημιουργήθηκε εικονικά στο Stanford University από τον Shoucheng Zhang. Οι επιστήμονες το αποκαλούν επιλεκτικό μονωτή. Το στανένιο είναι ένας μονωτής από τη μία πλευρά και ένας αγωγός από την άλλη.

Τα υλικά είναι αγώγιμα στον ηλεκτρισμό όταν τα ηλεκτρόνια περνούν από μέσα τους. Ωστόσο στα περισσότερα υλικά, τα ηλεκτρόνια κατακρατούνται από προσμίξεις των υλικών και έτσι αυξάνεται η αντίσταση. Η αντίσταση παράγει θερμότητα και έτσι τα ηλεκτρονικά πρέπει να ψύχονται για να αποφευχθεί το λιώσιμο του υλικού. Το στανένιο υπόσχεται 100% ηλεκτρική αγωγιμότητα με μηδέν αντίσταση ακόμα και σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες των 100°C. Ο Zhang βλέπει το στανένιο ως το διάδοχο του χαλκού στους υπολογιστές καθώς σε ατομικό επίπεδο, κυκλώματα τα οποία δε θερμαίνονται θα δώσουν τη δυνατότητα στους μηχανικούς να σχεδιάσουν ηλεκτρονικά σε ακόμη μικρότερη κλίμακα, ενώ θεωρεί πως στο μέλλον θα μπορεί να αντικαταστήσει ακόμα και τη σιλικόνη για κατασκευή computer chips.

Σίγουρα τα εμπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν, μέχρι να είναι ικανά αυτά τα υλικά για μαζική παραγωγή να είναι πάρα πολλά, όμως η εξέλιξη της τεχνολογίας και της γνώσης μας αργά η γρήγορα θα προσφέρει τη λύση, δίνοντας στην ανθρωπότητα πιο ανθεκτικά, πιο οικολογικά και με καλύτερες ιδιότητες υλικά, που με τη σειρά τους θα συμβάλλουν στη βελτίωση αναρίθμητων πλευρών της ζωής μας και της ποιότητας ζωής. Η εξέλιξη και η βελτίωση βρίσκεται στο DNA της ανθρωπότητας και δε θα σταματήσουμε ποτέ να εφευρίσκουμε νέους τρόπους και τεχνολογίες για να ξεπεράσουμε τους εαυτούς μας στην αναζήτηση της γνώσης.

Ροη ειδησεων