мэдээ

Графен материал

Графен бол нүүрстөрөгчийн атомын нэг давхаргаас бүрдсэн өвөрмөц материал юм. Энэ нь маш өндөр цахилгаан дамжуулах чадвартай бөгөөд зэсээс 15 дахин буюу 10⁶S/m хүрдэг тул дэлхий дээрх хамгийн бага цахилгаан эсэргүүцэлтэй материал юм. Мөн өгөгдөл нь түүний цахилгаан дамжуулах чанар 1515.2S/cm хүрч болохыг харуулж байна. Полимер материалын салбарт графен нь асар их хэрэглээний боломжтой.

Полимер материалд өндөр хүчин чадалтай нэмэлт болгон ашигласан графен нь цахилгаан дамжуулах чанар болон элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлдэг. Графен нэмэх нь материалын дамжуулах чадварыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлж, электрон төхөөрөмж, батерей болон үүнтэй төстэй хэрэглээнд гайхалтай гүйцэтгэлийг бий болгодог. Үүний өндөр бат бэх чанар нь полимер бүтцийн материалын механик шинж чанарыг сайжруулж, сансар судлал, автомашины үйлдвэрлэл зэрэг өндөр бат бэх эрэлттэй салбарт тохиромжтой болгодог.

Өндөр хүчин чадалтай нүүрстөрөгчийн шилэн композитууд

Нүүрстөрөгчийн ширхэг нь өд шиг хөнгөн хэрнээ ган шиг бат бөх материал бөгөөд материалын салбарт чухал байр суурь эзэлдэг. Бага нягтралтай, өндөр бат бэх чанараараа нүүрстөрөгчийн ширхэг нь автомашины үйлдвэрлэл болон сансар судлалын салбарт чухал хэрэглээтэй байдаг.

Автомашины үйлдвэрлэлд үүнийг кузовын хүрээ болон эд анги үйлдвэрлэхэд ашигладаг бөгөөд жинг бууруулж, түлшний үр ашгийг дээшлүүлэхийн зэрэгцээ тээврийн хэрэгслийн нийт бат бөх чанарыг нэмэгдүүлдэг. Агаарын тээврийн салбарт энэ нь онгоцны бүтцийн эд ангиудад хамгийн тохиромжтой материал болж, онгоцны жинг үр дүнтэй бууруулж, эрчим хүчний зарцуулалтыг бууруулж, нислэгийн гүйцэтгэлийг сайжруулдаг.

Дэвшилтэт хагас дамжуулагч материалууд

Мэдээллийн технологийн хурдацтай хөгжлийн өнөөгийн эрин үед бүх салбарт технологийн шинэчлэл хийх эрэлт хэрэгцээ өндөр байна. Электроникийн үйлдвэрлэлийн салбарт өндөр хүчин чадалтай хагас дамжуулагч материалын хэрэгцээ онцгой тод илэрч, тасралтгүй өсөн нэмэгдэж байна. Орчин үеийн электрон технологийн гол үндэс суурь болох хагас дамжуулагч материалын чанар нь электрон төхөөрөмжийн ажиллах хурд, үр ашиг, үйл ажиллагааг шууд тодорхойлдог.

Микроскопийн түвшинд цахилгаан шинж чанар, талстын бүтэц, хольцын агууламж зэрэг шинж чанарууд нь электрон төхөөрөмжийн гүйцэтгэлд мэдэгдэхүйц нөлөөлдөг. Жишээлбэл, тээвэрлэгчийн хөдөлгөөн өндөртэй хагас дамжуулагч материалууд нь электроны хөдөлгөөнийг хурдасгаж, тооцооллын хурдыг нэмэгдүүлдэг. Илүү цэвэр талстын бүтэц нь электроны тархалтыг бууруулж, үйл ажиллагааны үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.

Практик хэрэглээнд эдгээр өндөр хүчин чадалтай хагас дамжуулагч материалууд нь ухаалаг гар утас, компьютерийн процессор, өндөр хурдны холбооны чип зэрэг илүү хурдан, илүү үр ашигтай электрон төхөөрөмж үйлдвэрлэх үндэс суурийг бүрдүүлдэг. Эдгээр нь электрон төхөөрөмжийг жижигрүүлж, өндөр гүйцэтгэлтэй болгож, хязгаарлагдмал орон зайд илүү олон функциональ модулиудыг нэгтгэх боломжийг олгодог. Энэ нь илүү төвөгтэй тооцоолол, боловсруулалтын ажлуудыг гүйцэтгэхэд дөхөм болж, мэдээлэл олж авах, боловсруулах хэрэгцээ улам бүр нэмэгдэж байна. Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлтэй холбоотой давирхайн материалууд анхаарал татах ёстой.

3D хэвлэх материалууд

Металлаас хуванцар хүртэл 3D хэвлэх технологийн хөгжил нь олон төрлийн материалын дэмжлэгээс хамаардаг бөгөөд эдгээр материалууд нь өргөн хэрэглээтэй бөгөөд полимер материалын салбарт чухал ач холбогдолтой юм.

3D хэвлэлтэд металл материалыг сансар судлалын хөдөлгүүрийн эд анги, эмнэлгийн хэрэгслийн металл суулгац гэх мэт өндөр бат бэх, нарийвчлал шаарддаг эд ангиудыг үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Олон янзын шинж чанар, боловсруулалтын хялбар байдалтай хуванцар материалыг 3D хэвлэлтэд бүр ч өргөн хүрээнд ашигладаг.

Полимер материалууд нь 3D хэвлэх материалын чухал бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд технологийн илүү өргөн боломжийг нээж өгдөг. Маш сайн био нийцтэй тусгай полимерүүд нь биоинженерийн аргаар хийсэн эд эсийн шатыг хэвлэх боломжийг олгодог. Зарим полимерүүд нь өвөрмөц оптик эсвэл цахилгаан шинж чанартай бөгөөд хэрэглээний тодорхой шаардлагыг хангадаг. Халаах замаар хайлуулсан термопластикууд нь нарийн төвөгтэй хэлбэрийг хурдан үйлдвэрлэх давхаргаар тунадасжуулах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь тэдгээрийг бүтээгдэхүүний загвар гаргах, хувь хүнд тохирсон тохиргоонд өргөн ашигладаг.

Энэхүү олон төрлийн материалын дэмжлэг нь 3D хэвлэх технологид янз бүрийн шаардлагад үндэслэн үйлдвэрлэлд тохиромжтой материалыг сонгох боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь эрэлт хэрэгцээний дагуу үйлдвэрлэлийг бодит болгодог. Аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэлд эд ангиудыг өөрчлөх эсвэл эрүүл мэндийн салбарт хувь хүнд тохирсон эмнэлгийн хэрэгсэл үйлдвэрлэхээс үл хамааран 3D хэвлэх нь үр ашигтай, нарийн үйлдвэрлэлд хүрэхийн тулд өргөн хүрээтэй материалын нөөцөө ашиглаж, олон төрлийн салбарт хувьсгалт өөрчлөлтийг бий болгодог.

Хэт дамжуулагч материалууд

Өвөрмөц физик шинж чанартай материалын хувьд хэт дамжуулагч нь материалын шинжлэх ухаанд, ялангуяа цахилгаан гүйдлийн дамжуулалт болон цахилгаан соронзон үзэгдлүүдтэй холбоотой хэрэглээнд онцгой чухал байр суурь эзэлдэг. Хэт дамжуулагч материалын хамгийн гайхалтай шинж чанар нь тодорхой нөхцөлд тэг эсэргүүцэлтэй цахилгаан гүйдэл дамжуулах чадвар юм. Энэ шинж чанар нь хэт дамжуулагчийг цахилгаан дамжуулах салбарт ашиглах асар их боломжийг олгодог.

Уламжлалт цахилгаан дамжуулах процесст дамжуулагчийн төрөлхийн эсэргүүцэл нь дулааны хэлбэрээр ихээхэн хэмжээний эрчим хүчний алдагдалд хүргэдэг. Хэт дамжуулагч материалыг ашиглах нь энэ нөхцөл байдлыг хувьсгал болгоно гэж амлаж байна. Цахилгаан дамжуулах шугамд ашиглахад гүйдэл нь тэдгээрийн дундуур саадгүй урсаж, цахилгаан эрчим хүчний алдагдал бараг тэг болдог. Энэ нь дамжуулалтын үр ашгийг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлж, эрчим хүчний хаягдлыг бууруулж, байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг багасгадаг.

Хэт дамжуулагч материалууд нь соронзон таталцлын тээвэрлэлтэд гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Маглев галт тэрэгнүүд нь хэт дамжуулагч материалаас үүссэн хүчирхэг соронзон орныг ашиглан зам дээрх соронзон оронтой харилцан үйлчилж, галт тэрэг өндөр хурдтайгаар таталцаж, ажиллах боломжийг олгодог. Хэт дамжуулагч материалын тэг эсэргүүцэлтэй шинж чанар нь соронзон орны тогтвортой үүсэлт, засвар үйлчилгээг хангаж, таталцлын болон түлхэлтийн хүчийг тогтвортой байлгадаг. Энэ нь галт тэрэгнүүдийг илүү жигд ажиллагаатайгаар илүү өндөр хурдтайгаар явах боломжийг олгодог бөгөөд уламжлалт тээврийн аргуудыг үндсээр нь өөрчилдөг.

Хэт дамжуулагч материалын хэрэглээний хэтийн төлөв нь маш өргөн хүрээтэй. Цахилгаан дамжуулах болон соронзон левитацийн тээвэрлэлтэд үзүүлэх нөлөөллөөс гадна тэдгээр нь эмнэлгийн тоног төхөөрөмжийн соронзон резонансын дүрслэл (MRI) технологи, өндөр энергийн физикийн судалгааны бөөмийн хурдасгуур зэрэг бусад салбарт ч үнэ цэнэтэй юм.

Ухаалаг Бионик Материалууд

Материал судлалын өргөн уудам хүрээнд байгальд байдаг биологийн бүтцийг дуурайдаг, гайхалтай шинж чанартай тусгай материалын ангилал байдаг. Эдгээр материалууд нь полимер материалын салбарт чухал ач холбогдолтой. Тэд хүрээлэн буй орчны өөрчлөлтөд хариу үйлдэл үзүүлэх, өөрийгөө нөхөн сэргээх, тэр ч байтугай өөрийгөө цэвэрлэх чадвартай.

Зарим ухаалаг полимер материалууд нь биологийн бүтцийг дуурайдаг шинж чанартай байдаг. Жишээлбэл, зарим полимер гидрогель нь биологийн эд эсэд байдаг эсийн гаднах матрицаас бүтцийн урам зориг авдаг. Эдгээр гидрогель нь хүрээлэн буй орчны чийгшлийн өөрчлөлтийг мэдэрч чаддаг: чийгшил буурах үед усны алдагдлыг багасгахын тулд агшиж, чийгшил нэмэгдэх үед чийгийг шингээхийн тулд тэлж, улмаар хүрээлэн буй орчны чийгшлийн түвшинд хариу үйлдэл үзүүлдэг.

Өөрөө эдгэрэх тухайд гэвэл тусгай химийн холбоо эсвэл бичил бүтэц агуулсан зарим полимер материалууд гэмтлийн дараа автоматаар өөрийгөө нөхөн сэргээж чаддаг. Жишээлбэл, динамик ковалент холбоо бүхий полимерүүд нь гадаргуугийн хагарал үүсэх үед тодорхой нөхцөлд эдгээр холбоог дахин зохион байгуулж, гэмтлийг эдгээж, материалын бүрэн бүтэн байдал болон гүйцэтгэлийг сэргээж чаддаг.

Өөрийгөө цэвэрлэх функцийн хувьд зарим полимер материалууд үүнийг тусгай гадаргуугийн бүтэц эсвэл химийн өөрчлөлтөөр дамжуулан хийдэг. Жишээлбэл, зарим полимер бүрхүүлийн материалууд нь бадамлянхуа навчтай төстэй бичил бүтэцтэй байдаг. Энэхүү бичил бүтэц нь усны дусал нь материалын гадаргуу дээр бөмбөлгүүд үүсгэж, хурдан өнхрөх боломжийг олгодог бөгөөд нэгэн зэрэг тоос шороог зайлуулж, улмаар өөрийгөө цэвэрлэх үр дүнд хүрдэг.

Биологийн задралд ордог материалууд

Өнөөгийн нийгэмд байгаль орчны сорилтууд ноцтой байгаа бөгөөд бохирдол байнга нэмэгдэж байгаа нь экосистемд заналхийлж байна. Материалын салбарт,биологийн задралд ордог материалуудтогтвортой шийдэл гэдгээрээ ихээхэн анхаарал татаж, өвөрмөц давуу тал, ялангуяа полимер материалын салбарт хэрэглээний ач холбогдлыг харуулсан.

Анагаах ухааны салбарт биологийн задралд ордог материалууд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Жишээлбэл, шархыг битүүмжлэхэд ашигладаг оёдлыг ихэвчлэн биологийн задралд ордог полимер материалаар хийдэг. Эдгээр материалууд нь шарх эдгэрэх явцад аажмаар задарч, авах шаардлагагүй болж, өвчтөний тав тухгүй байдал, халдварын эрсдлийг бууруулдаг.

Үүний зэрэгцээ, биологийн задралд ордог полимерүүдийг эдийн инженерчлэл болон эм хүргэх системд өргөнөөр ашигладаг. Эдгээр нь эсийн тулгуур болж, эсийн өсөлт, эд эсийг нөхөн сэргээх бүтцийн дэмжлэг үзүүлдэг. Эдгээр материалууд нь биед үлдэгдэл үлдээхгүйгээр цаг хугацааны явцад задарч, улмаар эрүүл мэндэд учирч болзошгүй аюулаас зайлсхийдэг.

Сав баглаа боодлын салбарт биологийн задралд ордог материалууд нь асар их хэрэглээний боломжтой. Уламжлалт хуванцар сав баглаа боодлыг задлахад хэцүү байдаг тул цагаан өнгийн бохирдол байнга гардаг. Гялгар уут, хайрцаг зэрэг биологийн задралд ордог полимерээр хийсэн сав баглаа боодлын бүтээгдэхүүн нь хэрэглэсний дараа байгалийн орчинд бичил биетний үйлчлэлээр аажмаар хоргүй бодис болж задарч, байнгын бохирдлыг бууруулдаг. Жишээлбэл, полилактик хүчил (PLA) сав баглаа боодлын материал нь биологийн задралд ордог тул сав баглаа боодлын үндсэн шаардлагыг хангах сайн механик болон боловсруулалтын шинж чанартай тул тэдгээрийг хамгийн тохиромжтой хувилбар болгодог.

Наноматериалууд

Материалын шинжлэх ухааны тасралтгүй хөгжилд наноматериалууд нь өвөрмөц шинж чанар, бичил харуурын хэмжээнд бодисыг удирдах чадварынхаа ачаар судалгаа, хэрэглээний гол цэг болж гарч ирсэн. Тэд мөн полимер материалын салбарт чухал байр суурь эзэлдэг. Нано хэмжээний бодисыг хянаснаар эдгээр материалууд нь анагаах ухаан, эрчим хүч, электроникийн салбарт чухал хувь нэмэр оруулахад бэлэн өвөрмөц шинж чанартай байдаг.

Анагаах ухааны салбарт наноматериалын өвөрмөц шинж чанарууд нь өвчний оношлогоо, эмчилгээний шинэ боломжийг нээж өгдөг. Жишээлбэл, зарим нанополимер материалыг зорилтот эм хүргэх хэрэгсэл болгон зохион бүтээж болно. Эдгээр тээвэрлэгчид нь эмийг өвчтэй эсүүдэд нарийн хүргэж, эмчилгээний үр нөлөөг сайжруулж, эрүүл эдэд учрах хохирлыг багасгадаг. Нэмж дурдахад, наноматериалуудыг эмнэлгийн дүрслэлд ашигладаг - жишээлбэл, нано хэмжээний тодосгогч бодисууд нь дүрслэлийн тодорхой байдал, нарийвчлалыг сайжруулж, эмч нарт өвчнийг илүү нарийвчлалтай оношлоход тусалдаг.

Эрчим хүчний салбарт наноматериалууд мөн адил асар их боломжийг харуулдаг. Жишээлбэл, батерейны технологид хэрэглэгддэг полимер нанокомпозитуудыг авч үзье. Наноматериалуудыг оруулах нь батерейны эрчим хүчний нягтрал болон цэнэглэх/цэнэггүйжүүлэх үр ашгийг нэмэгдүүлж, улмаар нийт гүйцэтгэлийг сайжруулдаг. Нарны зайны хувьд зарим наноматериалууд нь гэрлийн шингээлт болон хувиргалтын үр ашгийг нэмэгдүүлж, фотоэлектрик төхөөрөмжийн эрчим хүч үйлдвэрлэх хүчин чадлыг нэмэгдүүлдэг.

Наноматериалын хэрэглээ электроникийн салбарт хурдацтай өргөжиж байна. Нано хэмжээний полимер материалууд нь жижиг, өндөр хүчин чадалтай электрон эд анги үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Жишээлбэл, нано транзисторыг хөгжүүлэх нь электрон төхөөрөмжүүдэд илүү их интеграцчлал, хурдан ажиллах боломжийг олгодог. Нэмж дурдахад, наноматериалууд нь уян хатан электроникийг бий болгоход дөхөм болж, зөөврийн болон нугалах боломжтой электрон төхөөрөмжийн өсөн нэмэгдэж буй эрэлтийг хангадаг.

Товчхондоо

Эдгээр материалын дэвшил нь технологийн инновацийг өдөөхөөс гадна эрчим хүч, байгаль орчин, эрүүл мэндийн дэлхийн сорилтуудыг шийдвэрлэх шинэ боломжуудыг санал болгоно.