Металлы для новой эры

Машины, меняющие цвет нажатием кнопки; металлы, становящиеся прочнее в процессе эксплуатации; здания, аккумулирующие энергию из ветра… Исследования конструкционных материалов, являющихся не только функциональными, но и адаптивными, приближают такие фантазии к реальности.

Профессор Кристофер Хатчинсон из Университета Монаша (Австралия) мечтает о будущем, в котором конструкционные материалы станут по-настоящему многофункциональными. По мнению учёного, вместо того чтобы создавать материал и надеяться, что его структура и свойства не эволюционируют слишком сильно в течение срока эксплуатации, необходимо признать эволюционные изменения неизбежными и не бороться с ними, не избегать их, а с самого начала разрабатывать будущий материал так, чтобы эволюция протекала в направлении улучшения его свойств.

Пример функционального конструкционного материала: частицы кремния на алюминиевом сплаве (микрофотография Monash University).

Создавая подобные материалы уже сегодня, г-н Хатчинсон манипулирует атомами в стали и других сплавах, чтобы сделать их не только устойчивыми к стрессу, который вызывает постепенную деградацию обычных материалов, но и эволюционирующими под его действием в сторону повышения эксплуатационных характеристик. Манипуляции с отдельными атомами проводятся с помощью электронного микроскопа, а наблюдение за происходящими в момент прикладывания нагрузок микроструктурными изменениями осуществляются с привлечением аналитических приборов, установленных в синхротронных центрах в Австралии и Франции.

Если немного помечтать, то на практике применение таких материалов, к примеру, для производства крыла самолёта, приведёт вместо ожидаемой усталости металла от постоянных вибраций к его упрочнению и, следовательно, гораздо более долгому сроку безопасной эксплуатации.

Другим интересным и не менее важным аспектом научной деятельности группы г-на Хатчинсона является разработка функциональных сплавов, способных, например, эффективно отталкивать воду без специальной дорогостоящей обработки. Это позволило бы избежать многочисленных проблем, которые связаны с возможным обледенением крыла, характерным для холодных стран (на деле пример не самый разумный, ведь самолётное крыло покрашено, а сделать краску ещё более водоотталкивающей куда проще, чем пытаться придать подобное свойство и без того перегруженному ответственностью конструкционному материалу). Машины могли бы варьировать свой цвет, изменяя характер отражения света поверхностью кузова. Корпуса судов могли бы обладать противомикробными свойствами, избегая обрастания ракушками и водорослями и улучшая транспортную эффективность…

Будущее за материалами, совмещающими в себе функциональные и конструкционные свойства, уверен профессор.

Подготовлено по материалам Университета Монаша.