Tessuti elettronici
Se ci incontreremo di nuovo nel 2020, molto probabilmente i nostri vestiti saranno realizzati con tessuti elettronici. Perché portare in giro così tanti gadget così facili da perdere quando possiamo semplicemente portare in giro i nostri computer? Realizzeremo abiti sulla cui superficie verrà proiettato costantemente il video di nostra scelta (a meno che non ci stanchiamo al punto da doverlo spegnere). Immagina solo come sarebbe indossare, diciamo, un lungo impermeabile con un display che mostra costantemente il cielo notturno in tempo reale. Sarà possibile parlare al "telefono", semplicemente facendo un gesto della mano che attiva l'elettronica sul risvolto della giacca, e poi solo pensando a quello che vorremmo dire (il resto sarà preso in carico da un'apposita interfaccia). Le possibilità dei tessuti elettronici sono davvero infinite.
Metalli amorfi
I metalli amorfi, chiamati anche vetro metallico, sono composti da molecole metalliche con una struttura atomica disordinata. Possono essere due volte più resistenti dell'acciaio. A causa della loro struttura disordinata, sono in grado di distribuire l'impatto dell'energia esterna in modo più efficiente rispetto al reticolo cristallino di un metallo, che ha punti vulnerabili. I metalli amorfi sono prodotti mediante raffreddamento ultraveloce dei metalli fusi prima che possano riallinearsi nelle loro precedenti strutture cristalline.
I metalli amorfi potrebbero diventare la prossima generazione di armature per l'equipaggiamento militare prima di essere sostituiti a metà del secolo dai "diamondoidi", nanomateriali in cui gli atomi di carbonio sono legati insieme allo stesso modo dei frammenti del reticolo cristallino di un diamante. Dal punto di vista ambientale, i metalli amorfi hanno proprietà che aumentano l'efficienza delle reti elettriche fino al 40 per cento, evitando così il rilascio di migliaia di tonnellate di inquinanti nell'atmosfera.
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Diamanti artificiali
Stiamo iniziando a coprire un numero sempre maggiore di diamanti coltivati artificialmente utilizzando la deposizione di vapore chimico, che annuncia un momento in cui tutte le parti della macchina saranno realizzate con questo materiale. Il diamante è un materiale strutturale ideale: ha una forza colossale, ma allo stesso tempo è leggero, è costituito da un elemento ampiamente disponibile, il carbonio. È caratterizzato da proprietà come quasi la massima conduttività termica possibile e la massima refrattarietà tra tutti i materiali. Introducendo la quantità minima di impurità, puoi ottenere un diamante di quasi tutti i colori immaginabili. Immagina un aeroplano in cui centinaia di migliaia di parti mobili sono realizzate con parti diamantate perfettamente tagliate. Una macchina del genere sarà potente quanto qualsiasi moderno jet da combattimento,quanto è superiore l'attuale F-22 al Fokker Dr. I edizione del 1917.
Aerogel
L'aerogel occupa 15 pagine del Guinness dei primati, più di qualsiasi materiale esistente. Alcuni lo chiamano "fumo congelato". Questo materiale davvero incomprensibile è costituito dall'essiccazione supercritica di gel liquidi costituiti da alluminio, silicio, cromo, stagno o anidride carbonica. È vuoto al 99,8%, il che rende l'aerogel traslucido. È un fantastico isolante: se hai uno scudo in aerogel, puoi proteggerti facilmente dal getto di fiamma del lanciafiamme. Ferma il freddo con la stessa efficacia con cui riscalda. È del tutto possibile costruire una casa calda sulla luna dall'aerogel. Gli aerogel hanno una superficie incredibile grazie alla loro struttura porosa interna: un cubo di aerogel con un lato di 2,5 centimetri ha una superficie totale equivalente a un campo da calcio. Nonostante la loro bassa resistenza, gli aerogel sono considerati un potenziale componente per le armature militari a causa delle loro proprietà isolanti.
Nanotubi di carbonio
I nanotubi di carbonio sono lunghe catene di molecole di carbonio legate tra loro dal legame chimico più forte possibile, il legame sp2 che supera anche quello che collega le molecole di carbonio in un diamante. I nanotubi di carbonio hanno numerose proprietà fisiche sorprendenti, inclusa la cosiddetta conduttività balistica, che li rende ideali per l'uso in elettronica, e una resistenza alla trazione così elevata da essere l'unica sostanza che può essere utilizzata per creare un ascensore spaziale. La forza specifica dei nanotubi di carbonio è di 48.000 kNm / kg, che è la più alta tra tutti i materiali conosciuti. In confronto, l'acciaio ad alto tenore di carbonio ha un fattore di resistenza di 154 kNm / kg, il che significa che i nano-tubi in carbonio sono 300 volte più resistenti. Possono essere usati per costruire torri alte diversi chilometri.
Metamateriali
Il metamateriale è qualsiasi materiale le cui proprietà sono determinate non tanto dalle proprietà dei suoi elementi costitutivi quanto da una struttura periodica creata artificialmente. Possono essere usati per creare un mantello dell'invisibilità a microonde, uno scudo dell'invisibilità 2D e materiali con altre proprietà ottiche insolite. La madreperla ha ottenuto il suo colore iridescente grazie ai metamateriali organici. Alcuni di loro hanno un indice di rifrazione negativo, una proprietà ottica che può essere utilizzata per creare "super lenti" con una risoluzione ottica inferiore alla lunghezza d'onda della radiazione che crea l'immagine! Questa tecnologia è chiamata intrascopy subwavelength. I metamateriali saranno utilizzati in dispositivi ottici phased array,in grado di creare ologrammi perfetti su un display bidimensionale. Questi ologrammi possono essere così perfetti che una persona, in piedi a 15 centimetri dallo schermo e scrutando in lontananza con un binocolo, non noterà nemmeno che si tratta di un ologramma.
Schiuma metallica
La schiuma metallica è ciò che si ottiene quando si aggiunge un materiale schiumoso, polvere di idruro di titanio, all'alluminio fuso e quindi si raffredda. Il risultato è una struttura estremamente robusta, mentre relativamente leggera perché è composta per il 75-95% da aria. A causa della loro densità insolitamente bassa, le schiume metalliche dovrebbero essere utilizzate come materiali da costruzione nelle colonie spaziali. Alcune schiume metalliche sono così leggere che possono galleggiare sulla superficie dell'acqua, rendendole ideali per la costruzione di città galleggianti, come quelle descritte da Marshall Savage nel suo famoso libro, The Millennium Project.
Superleghe
Superlega è il termine utilizzato per il metallo che può funzionare a temperature estremamente elevate, fino a 1100 C °. Sono popolari come materiale per le zone surriscaldate delle turbine dei motori a razzo. Sono anche usati per realizzare strutture traspiranti all'avanguardia come aerei a reazione ipersonica. Volando attraverso il cielo su una nave supersonica, dobbiamo ricordare che dobbiamo questa opportunità alle superleghe.
Ossido di alluminio trasparente
Il corindone trasparente (ossido di alluminio) è tre volte più resistente dell'acciaio e tuttavia trasmette la luce. Il numero di possibili applicazioni per questo materiale è sorprendente. Immagina un grattacielo o un'intera città, realizzati principalmente in acciaio trasparente. L'orizzonte del futuro può sembrare completamente diverso: non sarà un monolite, ma un insieme di punti fluttuanti nell'aria (residenziali opachi e altri locali). La gigantesca stazione spaziale, costruita in ossido di alluminio trasparente, può navigare nell'orbita terrestre bassa senza creare una spiacevole macchia nera quando vola sopra le teste delle persone. A proposito, puoi finalmente creare vere spade trasparenti da esso!
Fullereni coltivati artificialmente
I diamanti sono, ovviamente, molto forti, ma i nanotubi di diamante aggregati (chiamati fullerene amorfo) sono ancora più forti. Il fullerene amorfo ha un modulo bulk isotermico di 491 Gigapascal (GPa), che è superiore a quello del diamante - 442 GPa. Nella figura, puoi vedere che la struttura in nanoscala del fullerene gli conferisce un bellissimo aspetto arcobaleno. I fullereni possono essere molto più forti dei diamanti, ma questo richiede molta energia. Dopo la "Diamond Age" entreremo sicuramente nella "Fullerene Age" e le nostre tecnologie diventeranno ancora più avanzate.
