Elektronisch textiel
Als we elkaar in 2020 weer ontmoeten, zal onze kleding hoogstwaarschijnlijk gemaakt zijn van elektronische stoffen. Waarom zouden we zoveel gadgets meenemen die zo gemakkelijk te verliezen zijn als we onze computers gewoon kunnen dragen? We zullen kleding maken op het oppervlak waarvan de video van onze keuze constant zal worden geprojecteerd (tenzij we het zo beu worden dat we het moeten uitschakelen). Stelt u zich eens voor hoe het zou zijn om bijvoorbeeld een lange regenjas te dragen met een display dat continu de nachtelijke hemel in realtime laat zien. Het is mogelijk om aan de "telefoon" te praten door simpelweg een handgebaar te maken dat de elektronica op de revers van de jas activeert, en dan gewoon na te denken over wat we zouden willen zeggen (de rest wordt overgenomen door een speciale interface). De mogelijkheden van elektronisch textiel zijn werkelijk eindeloos.
Amorfe metalen
Amorfe metalen, ook wel metallisch glas genoemd, zijn samengesteld uit metaalmoleculen met een ongeordende atomaire structuur. Ze kunnen twee keer zo sterk zijn als staal. Vanwege hun ongeordende structuur zijn ze in staat om de impact van externe energie efficiënter te verdelen dan het kristalrooster van een metaal, dat kwetsbare punten heeft. Amorfe metalen worden gemaakt door ultrasnelle afkoeling van gesmolten metalen voordat ze opnieuw kunnen worden uitgelijnd met hun vorige kristallijne structuren.
Amorfe metalen kunnen de volgende generatie bepantsering voor militaire uitrusting worden voordat ze halverwege de eeuw worden vervangen door "diamantoïden", nanomaterialen waarin koolstofatomen op dezelfde manier met elkaar zijn verbonden als in fragmenten van het kristalrooster van diamant. Vanuit milieuoogpunt hebben amorfe metalen eigenschappen die de efficiëntie van elektrische netwerken met wel 40 procent verhogen, waardoor het vrijkomen van duizenden tonnen verontreinigende stoffen in de atmosfeer wordt vermeden.
Promotie video:
Kunstmatige diamanten
We beginnen steeds meer kunstmatig gekweekte diamanten te bedekken met behulp van chemische dampafzetting, wat een tijd inluidt dat alle machineonderdelen van dit materiaal zullen worden gemaakt. Diamant is een ideaal constructiemateriaal: het heeft een kolossale sterkte, maar is tegelijkertijd licht en gemaakt van een algemeen verkrijgbaar element, koolstof. Het wordt gekenmerkt door eigenschappen als bijna de maximaal mogelijke thermische geleidbaarheid en de hoogste vuurvastheid van alle materialen. Door zo min mogelijk onzuiverheden te introduceren, kunt u een diamant krijgen van bijna elke denkbare kleur. Stel je een vliegtuig voor waarin honderdduizenden bewegende onderdelen zijn gemaakt van perfect geslepen diamantonderdelen. Zo'n machine zal net zo krachtig zijn als elke moderne straaljager,hoeveel is de huidige F-22 superieur aan de Fokker Dr. I uitgave van 1917.
Aerogels
Airgel beslaat 15 pagina's van het Guinness Book of Records, meer dan enig bestaand materiaal. Sommigen noemen het "bevroren rook". Dit werkelijk onbegrijpelijke materiaal wordt gemaakt door superkritisch drogen van vloeibare gels bestaande uit aluminium, silicium, chroom, tin of koolstofdioxide. Het is 99,8 procent leeg, waardoor de aerogel doorschijnend is. Het is een fantastische isolator: als je een aerogel-schild hebt, kun je jezelf gemakkelijk beschermen tegen de vlammenstraal van de vlammenwerper. Het houdt kou net zo effectief tegen als warmte. Het is heel goed mogelijk om van aerogel een warm huis op de maan te bouwen. Aerogels hebben een ongelooflijk oppervlak vanwege hun interne poreuze structuur: een aerogel-kubus met een zijde van 2,5 centimeter heeft een totale oppervlakte die gelijk is aan een voetbalveld. Ondanks hun lage sterkte worden aerogels vanwege hun isolerende eigenschappen beschouwd als een potentieel onderdeel van militaire bepantsering.
Koolstof nanobuisjes
Koolstofnanobuizen zijn lange ketens van koolstofmoleculen die met elkaar zijn verbonden door de sterkst mogelijke chemische binding, een ruimtelijke sp2-binding die zelfs de verbinding overtreft die koolstofmoleculen in een diamant verbindt. Koolstofnanobuisjes hebben tal van verbazingwekkende fysische eigenschappen, waaronder de zogenaamde ballistische geleidbaarheid, waardoor ze ideaal zijn voor gebruik in elektronica, en zo'n hoge treksterkte dat ze de enige stof zijn die kan worden gebruikt om een ruimtelift te maken. De specifieke sterkte van koolstofnanobuisjes is 48.000 kNm / kg, de hoogste van alle bekende materialen. Ter vergelijking: koolstofstaal heeft een sterktefactor van 154 kNm / kg, wat betekent dat koolstofnanobuizen 300 keer sterker zijn. Ze kunnen worden gebruikt om kilometers hoge torens te bouwen.
Metamaterialen
Een metamateriaal is elk materiaal waarvan de eigenschappen niet zozeer worden bepaald door de eigenschappen van de samenstellende elementen als wel door een kunstmatig gecreëerde periodieke structuur. Ze kunnen worden gebruikt om een onzichtbaarheidsmantel voor microgolven, een 2D-onzichtbaarheidsschild en materialen met andere ongebruikelijke optische eigenschappen te maken. Parelmoer kreeg zijn iriserende kleur dankzij organische metamaterialen. Sommige hebben een negatieve brekingsindex, een optische eigenschap die kan worden gebruikt om "superlenzen" te creëren met een optische resolutie die kleiner is dan de golflengte van de straling die het beeld creëert! Deze technologie wordt intrascopie met subgolflengte genoemd. Metamaterialen zullen worden gebruikt in phased array optische apparaten,in staat om perfecte hologrammen te creëren op een tweedimensionaal scherm. Deze hologrammen kunnen zo perfect zijn dat een persoon, die 15 centimeter van het scherm staat en met een verrekijker in de verte staart, niet eens merkt dat het een hologram is.
Metallic schuim
Metallisch schuim is wat u krijgt als u een schuimend materiaal, titaniumhydride poeder, aan gesmolten aluminium toevoegt en vervolgens afkoelt. Het resultaat is een extreem sterke structuur, terwijl het relatief licht is doordat het voor 75-95 procent uit lucht bestaat. Vanwege hun ongewoon lage dichtheid worden metaalschuimen verondersteld te worden gebruikt als bouwmaterialen in ruimtekolonies. Sommige metaalschuimen zijn zo licht dat ze op het wateroppervlak kunnen drijven, waardoor ze ideaal zijn voor het bouwen van drijvende steden, zoals beschreven door Marshall Savage in zijn beroemde boek, The Millennium Project.
Superlegeringen
Superlegering is de term die wordt gebruikt voor metaal dat kan functioneren bij extreem hoge temperaturen, tot wel 1100 ° C. Ze zijn populair als materiaal voor oververhitte zones van turbines van raketmotoren. Ze worden ook gebruikt om state-of-the-art ademende constructies te maken, zoals hypersonische ramjetvliegtuigen. Als we door de lucht vliegen op een supersonische voering, moeten we niet vergeten dat we deze kans te danken hebben aan superlegeringen.
Transparant aluminiumoxide
Transparant korund (aluminiumoxide) is drie keer sterker dan staal en laat toch licht door. Het aantal mogelijke toepassingen voor dit materiaal is verbluffend. Stel je een wolkenkrabber of een hele stad voor, meestal gemaakt van transparant staal. De horizon van de toekomst ziet er misschien heel anders uit: het wordt geen monoliet, maar een cluster van punten die in de lucht zweven (ondoorzichtige woningen en andere panden). Het gigantische ruimtestation, gebouwd van transparant aluminiumoxide, kan in een lage baan om de aarde vliegen zonder een onaangename zwarte vlek te creëren wanneer het over de hoofden van mensen vliegt. Je kunt er trouwens eindelijk echte transparante zwaarden van maken!
Kunstmatig gekweekte fullerenen
Diamanten zijn natuurlijk erg sterk, maar geaggregeerde nanobuisjes van diamant (amorf fullereen genoemd) zijn nog steeds sterker. Amorf fullereen heeft een isotherme bulkmodulus van 491 Gigapascal (GPa), wat hoger is dan die van diamant - 442 GPa. In de figuur kun je zien dat de nanoschaalstructuur van fullereen het een prachtig regenboogachtig uiterlijk geeft. Fullerenen kunnen veel sterker zijn dan diamanten, maar dit is erg energie-intensief. Na het "Diamanttijdperk" zullen we zeker het "Fullereen-tijdperk" betreden en zullen onze technologieën nog geavanceerder worden.
