Imagine materiais que podem revolucionar setores inteiros - tornando as coisas mais fortes, mais leves e mais inteligentes. Este artigo explora 50 materiais inovadores que estão prontos para transformar a tecnologia e a fabricação. Desde a força e a condutividade inigualáveis do grafeno até os plásticos biodegradáveis que reduzem a poluição, esses materiais estão na vanguarda do avanço científico. Ao mergulhar em suas propriedades exclusivas e possíveis aplicações, você descobrirá como eles podem remodelar o futuro de tudo, desde a indústria aeroespacial até os produtos do dia a dia. Prepare-se para se inspirar com as possibilidades ilimitadas que esses materiais oferecem.
Novos materiais, também conhecidos como materiais avançados, referem-se àqueles desenvolvidos recentemente ou em desenvolvimento que apresentam desempenho superior em comparação com os materiais tradicionais.
Eles abrangem materiais recém-desenvolvidos ou em processo de pesquisa, demonstrando recursos excepcionais que superam os materiais convencionais.
A tecnologia de novos materiais é elaborada de acordo com a intenção humana, por meio de uma série de processos de pesquisa, incluindo pesquisa física, design de materiais, processamento e avaliação experimental, todos com o objetivo de criar materiais inovadores que atendam a uma variedade de necessidades.
Isso inclui posicionamento funcional, posicionamento direcional, posicionamento técnico e posicionamento de mercado:
(1) Novos materiais compostos
O uso de novos materiais compostos remonta aos tempos antigos. Exemplos históricos incluem argila reforçada com palha e o centenário concreto reforçado com aço, ambos compostos de dois materiais diferentes. Na década de 1940, devido às necessidades do setor de aviação, foram desenvolvidos plásticos reforçados com fibra de vidro (comumente conhecidos como fibra de vidro), marcando o advento dos materiais compostos. Desde a década de 1950, foram desenvolvidas fibras de alta resistência e alto módulo, como as fibras de carbono, grafite e boro. Na década de 1970, surgiram as fibras de aramida e de carbeto de silício.
Essas fibras de alta resistência e alto módulo podem ser combinadas com matrizes não metálicas, como resinas sintéticas, carbono, grafite, cerâmica, borracha ou matrizes metálicas, como alumínio e magnésio, titânio para formar materiais compostos exclusivos. As fibras de polietileno de peso molecular ultra-alto, conhecidas por sua excepcional força e resistência a agentes químicos e ao envelhecimento, também se destacam na transmissão de sonar de alta frequência e na resistência à corrosão da água do mar.
Essas fibras são usadas em carenagens de sonar de alta frequência para embarcações navais, aprimorando a capacidade de detecção e varredura de minas. Além das aplicações militares, elas têm amplas perspectivas na fabricação de automóveis, construção naval, dispositivos médicos e equipamentos esportivos. Sua introdução atraiu atenção e importância significativas nos países desenvolvidos.
(2) Materiais supercondutores
Alguns materiais apresentam resistência elétrica zero a uma determinada temperatura crítica, um fenômeno conhecido como supercondutividade. Outra característica dos supercondutores é o diamagnetismo - a incapacidade das linhas de campo magnético de penetrar em um supercondutor quando ele se torna livre de resistência. Por exemplo, a resistência elétrica de metais comuns, como o cobre, diminui com a temperatura e atinge um determinado valor próximo a 0K.
Em 1919, o cientista holandês Heike Kamerlingh Onnes descobriu que a resistência do mercúrio desaparece completamente a 4,2K (-269°C), demonstrando a supercondutividade e o diamagnetismo. A temperatura crítica (TC) na qual a resistência de um supercondutor se torna zero é uma característica fundamental. A pesquisa de materiais supercondutores se concentra em superar a "barreira da temperatura" para encontrar supercondutores de alta temperatura.
Supercondutores práticos como NbTi e Nb3Sn foram comercializados, encontrando aplicações em imagens de ressonância magnética nuclear (NMRI), ímãs supercondutores e grandes ímãs de aceleradores. Os SQUIDs, como exemplos de supercondutores em aplicações elétricas fracas, desempenham um papel fundamental na detecção de sinais eletromagnéticos fracos, com sensibilidade incomparável à de qualquer dispositivo não supercondutor.
Entretanto, as baixas temperaturas críticas dos supercondutores convencionais, que exigem sistemas complexos e caros de hélio líquido (4,2K), limitaram significativamente suas aplicações. O advento dos supercondutores de óxido de alta temperatura rompeu essa barreira de temperatura, elevando a temperatura aplicável dos níveis de hélio líquido (4,2K) para nitrogênio líquido (77K). O nitrogênio líquido é um refrigerante mais econômico com uma capacidade de calor maior do que o hélio líquido, facilitando muito as aplicações de engenharia.
Os supercondutores de alta temperatura também têm recursos magnéticos consideráveis, capazes de gerar campos magnéticos acima de 20T. As aplicações dos materiais supercondutores incluem geração, transmissão e armazenamento de energia. Os geradores supercondutores com ímãs de bobina podem aumentar a força do campo magnético para 50.000-60.000 Gauss com quase nenhuma perda de energia, melhorando a capacidade de uma única unidade em 5-10 vezes e a eficiência em 50% em comparação com os geradores convencionais.
As linhas de transmissão e os transformadores supercondutores podem transmitir eletricidade aos usuários com perda mínima. Por exemplo, cerca de 15% de energia elétrica é perdida em linhas de transmissão de cobre ou alumínio na China, o que equivale a mais de 100 bilhões de kWh por ano. A mudança para a transmissão supercondutora poderia economizar eletricidade suficiente para substituir a necessidade de dezenas de grandes usinas elétricas.
Os trens maglev supercondutores operam usando a propriedade diamagnética dos supercondutores, que repelem as linhas de campo magnético, permitindo que o supercondutor levite acima de um ímã permanente ou campo magnético. Esse efeito maglev é usado em trens maglev supercondutores de alta velocidade, como o do Aeroporto Internacional de Shanghai Pudong. Nos computadores supercondutores, a resistência quase nula dos materiais supercondutores permite que os circuitos densamente compactados em chips integrados não sofram superaquecimento, aumentando significativamente a velocidade da computação.
(3) Materiais energéticos
Os materiais de energia incluem materiais de células solares, materiais de armazenamento de hidrogênio e materiais de células de combustível de óxido sólido. Os materiais de células solares, um novo material de energia, registraram avanços, como as células solares compostas de várias camadas da IBM, com eficiências de conversão de até 40%. O hidrogênio, uma fonte de energia eficiente e livre de poluição, enfrenta desafios importantes no armazenamento e no transporte. Cerca de 50% do financiamento de pesquisa de hidrogênio do Departamento de Energia dos EUA são alocados para a tecnologia de armazenamento de hidrogênio.
O hidrogênio pode corroer os materiais, causando fragilização e vazamento, e representa um risco de explosão durante o transporte. Os materiais de armazenamento de hidrogênio podem formar hidretos com o hidrogênio, liberando-o após o aquecimento e recarregando-o após o esgotamento. Os materiais atuais de armazenamento de hidrogênio são principalmente compostos metálicos, como LaNi5H e Ti1.2Mn1.6H3. A pesquisa sobre células de combustível de óxido sólido está ativa, concentrando-se em materiais como membranas de eletrólito sólido, materiais de cátodo celular e membranas orgânicas de troca de prótons para células de combustível de membrana de troca de prótons.
(4) Materiais inteligentes
Os materiais inteligentes representam a quarta geração de materiais, depois dos naturais, dos polímeros sintéticos e dos materiais projetados artificialmente. Eles são uma direção significativa no desenvolvimento moderno de novos materiais de alta tecnologia. Em nível internacional, vários avanços técnicos foram alcançados em materiais inteligentes. Por exemplo, a BAE Systems, do Reino Unido, desenvolveu sensores de arame para testar a tensão e a temperatura em revestimentos de aeronaves.
O Reino Unido também desenvolveu uma liga com memória de forma de resposta rápida com vida útil de um milhão de ciclos e alta potência de saída, útil em freios com tempos de resposta tão curtos quanto 10 minutos. As ligas com memória de forma foram aplicadas com sucesso em antenas de satélite, áreas médicas e muito mais. Outros materiais inteligentes incluem materiais piezoelétricos, materiais magnetostritivos, polímeros condutores, fluidos eletrorreológicos e fluidos magnetorheológicos, que servem como componentes de acionamento em várias aplicações.
(5) Materiais magnéticos
Os materiais magnéticos são categorizados em materiais magnéticos macios e duros (permanentes).
(1) Materiais magnéticos macios
Os materiais magnéticos macios são facilmente magnetizados e desmagnetizados, perdendo seu magnetismo quando o campo magnético é removido. Caracterizados pela alta permeabilidade magnética (μ=B/H), eles são facilmente magnetizados com alta força em campos magnéticos, mas retêm pouco magnetismo residual quando o campo é removido.
Esses materiais são amplamente utilizados em tecnologia eletrônica, especialmente em aplicações de alta frequência, como núcleos magnéticos, cabeças e núcleos de memória, e em engenharia elétrica para transformadores e chaves de relé. Os materiais magnéticos macios comuns incluem ligas de ferro-silício, ligas de ferro-níquel e metais amorfos. A liga de Fe-(3%-4%)Si, o material magnético macio mais comumente usado, é utilizada em transformadores, motores e geradores de baixa frequência.
As ligas de ferro-níquel, como a Permalloy (79%Ni-21), oferecem maior permeabilidade magnética e menor perda do que as ligas de ferro-silício e são usadas em telecomunicações, computadores e sistemas de controle. Os metais amorfos, que diferem dos metais típicos por sua estrutura não cristalina, são compostos de Fe, Co, Ni e metaloides como B, Si.
Produzidos por meio do resfriamento rápido do metal fundido para obter uma estrutura atômica não cristalina, os metais amorfos apresentam excelentes propriedades magnéticas e são usados em transformadores com eficiência energética, sensores magnéticos, cabeçotes de gravação e muito mais. Alguns metais amorfos também têm excelente resistência à corrosão, alta resistência e boa tenacidade.
(2) Materiais magnéticos permanentes (materiais magnéticos rígidos)
Os materiais magnéticos permanentes retêm seu magnetismo após a magnetização, mesmo quando o campo magnético externo é removido. Eles são caracterizados por alto magnetismo residual e alta coercividade, o que os torna adequados para ímãs permanentes usados em bússolas, instrumentos, micromotores, motores elétricos, gravadores, telefones, aplicações médicas e muito mais. Os materiais magnéticos permanentes incluem ferrites e ímãs permanentes de metal.
As ferritas, amplamente utilizadas por seu grande volume, ampla aplicação e baixo custo, têm propriedades magnéticas moderadas e são adequadas para aplicações gerais de ímãs permanentes. Os ímãs permanentes de metal começaram com aço de alto carbono mas evoluíram para materiais de maior desempenho, como as ligas Al-Ni-Co e Fe-Cr-Co; ímãs de terras raras, como as antigas ligas de terras raras-cobalto (Re-Co) (principalmente SmCo5 e Sm2Co17 feitas com metalurgia do pó) e os ímãs de terras raras de nióbio-ferro-boro (Nb-Fe-B) amplamente utilizados. Os ímãs de Nb-Fe-B não apenas oferecem desempenho superior, mas também não possuem o escasso elemento cobalto, tornando-se rapidamente o representante dos ímãs permanentes de alto desempenho, usados em alto-falantes de alto desempenho, medidores eletrônicos de água, instrumentos de ressonância magnética nuclear, micromotores, motores de partida de automóveis e muito mais.
(6) Nanomateriais
A nanotecnologia é um sistema integrado que combina ciência e alta tecnologia de ponta, envolvendo fundamentalmente a compreensão e a modificação da natureza em escala nanométrica por meio da manipulação direta e do arranjo de átomos e moléculas para criar novos materiais. A nanotecnologia abrange sete áreas: física de nanossistemas, nanoquímica, ciência de nanomateriais, nanobiologia, nanoeletrônica, nanofabricação e nanomecânica.
Os nanomateriais, nomeados na década de 1980, são materiais sólidos compostos de nanopartículas com tamanho não superior a 100 nanômetros. A preparação e a síntese de nanomateriais continuam sendo o principal foco de pesquisa e, embora tenha havido algum progresso na síntese de amostras, a produção em larga escala de amostras em massa ainda é um desafio, o que torna o estudo da preparação de nanomateriais essencial para sua aplicação.
O setor de materiais é o setor básico da economia nacional, e os novos materiais são os precursores do desenvolvimento do setor de materiais.
Grafeno, nanotubos de carbono, ligas amorfas, metais espumados, líquidos iônicos... 20 novos materiais trazem oportunidades ilimitadas para o desenvolvimento do setor de materiais.
Atualmente, a revolução científica e tecnológica está se desenvolvendo rapidamente, novos produtos materiais estão mudando a cada dia que passa, e o ritmo da atualização industrial e da substituição de materiais está acelerando.
A nova tecnologia de materiais está integrada à nanotecnologia, à biotecnologia e à tecnologia da informação.
A integração estrutural e funcional e os materiais funcionais estão se tornando mais inteligentes.
As características de baixo carbono, ecológicas e recicláveis dos materiais têm atraído muita atenção.
Com base no progresso da pesquisa de empresas e instituições de pesquisa nacionais e estrangeiras de renome, nas análises da mídia científica e tecnológica e na pesquisa de pontos críticos do setor, este artigo selecionou 20 novos materiais.
A seguir estão as informações detalhadas dos materiais relevantes (sem ordem específica).
Inovador:
Condutividade elétrica extraordinária, resistividade extremamente baixa, velocidade de migração de elétrons extremamente baixa e extremamente rápida, resistência dezenas de vezes maior e excelente transmissão de luz em relação ao aço.
Ddesenvolvimento Trend:
O Prêmio Nobel de Física de 2010 fez com que o grafeno se tornasse um elemento importante nos mercados de tecnologia e de capitais nos últimos anos.
Nos próximos 5 anos, o uso do grafeno crescerá de forma explosiva nas áreas de displays fotoelétricos, semicondutores, telas sensíveis ao toque, dispositivos eletrônicos, baterias de armazenamento de energia, displays, sensores, semicondutores, aeroespacial, militar, materiais compostos e biomedicina.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Graphene Technologies, Angstron Materials, Graphene Square, Forsman Technology, etc.
Inovador:
Alta porosidade, baixa densidade, peso leve, baixa condutividade térmica, excelentes propriedades de isolamento térmico.
Tendência de desenvolvimento:
Materiais novos com grande potencial.
Eles têm grande potencial nas áreas de conservação de energia e proteção ambiental, isolamento térmico em aparelhos elétricos e construção.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Fosman Technology, W.R. Grace, Fuji-Silysia, Japão, etc.
Inovador:
Alta condutividade elétrica, alta condutividade térmica, alto módulo de elasticidade, alta resistência à tração, etc.
Tendência de desenvolvimento:
Eletrodos para dispositivos funcionais, portadores de catalisadores, sensores, etc.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Unidym, Inc., Toray Industries, Inc., Bayer Materials Science AG, Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Forsman Technology, Suzhou First Element, etc.
Inovador:
Com propriedades ópticas lineares e não lineares, supercondutividade de fullereno de metal alcalino, etc.
Tendência de desenvolvimento:
O futuro tem perspectivas importantes nas áreas de ciências da vida, medicina, astrofísica, etc., e espera-se que seja usado em dispositivos fotoelétricos, como conversores ópticos, conversões de sinais e armazenamento de dados.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Michigan State University, Xiamen Funa New Materials, etc.
Inovador:
Alta resistência e tenacidade, excelente permeabilidade magnética e baixa perda magnética, além de excelente fluxo de líquido.
Ddesenvolvimento Trend:
Pode ser usado em transformadores de baixa perda de alta frequência, peças estruturais de equipamentos terminais móveis, etc.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Liquidmetal Technologies, Inc., Instituto de Pesquisa de Metais, Academia Chinesa de Ciências, BYD, etc.
Inovador:
Peso leve, baixa densidade, alta porosidade e grande área de superfície específica.
Ddesenvolvimento Trend:
Ele tem condutividade e pode substituir os campos de aplicação em que os produtos inorgânicos não orgânicos são usados.materiais metálicos não pode conduzir eletricidade.
Ele tem grande potencial no campo do isolamento acústico e da redução de ruídos.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Alcan (Associação de Alumínio, EUA), Rio Tinto, Symat, Norsk Hydro, etc.
Inovador:
Com alta estabilidade térmica, ampla faixa de temperatura líquida, ácido e álcali ajustáveis, polaridade, capacidade de coordenação, etc.
Tendência de desenvolvimento:
Ele tem amplas perspectivas de aplicação no campo da indústria química verde, bem como na biologia e na catálise.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Solvent Innovation, BASF, Instituto de Física de Lanzhou, Academia Chinesa de Ciências, Universidade de Tongji, etc.
Inovador:
Ele tem boa biocompatibilidade, capacidade de retenção de água e ampla faixa de estabilidade de pH.
Ele também tem uma estrutura de nano-rede e altas propriedades mecânicas.
Ddesenvolvimento Trend:
Ele tem grandes perspectivas na biomedicina, no aprimoramento, na indústria de papel, na purificação, em alimentos condutores e compostos inorgânicos, bem como em compostos magnéticos industriais.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Cellu Force (Canadá), Serviço Florestal dos EUA, Innventia (Suécia), etc.
Inovador:
A perocakita de namômetro tem resistência magnética gigante, alta condutividade iônica e desempenha um papel catalítico na precipitação e redução de oxigênio.
Ddesenvolvimento Trend:
Ele terá um enorme potencial nas áreas de catálise, armazenamento, sensores e absorção de luz no futuro.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Epry, AlfaAesar, etc.
Inovador:
A alteração dos métodos tradicionais de processamento industrial pode atingir rapidamente a formação de estruturas complexas.
Tendência de desenvolvimento:
O método revolucionário de moldagem tem grandes perspectivas no campo da moldagem de estruturas complexas e da moldagem de processamento rápido.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Object, 3DSystems, Stratasys, Huashu Hi-Tech, etc.
Inovador:
Ele altera as características rígidas e frágeis do vidro tradicional e realiza a inovação revolucionária da flexibilidade do vidro.
Tendência de desenvolvimento:
A perspectiva será enorme no campo de futuras telas flexíveis e dispositivos dobráveis.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Corning, Alemanha SCHOTT, etc.
Inovador:
A automontagem de moléculas de material realizará a "inteligência" do próprio material.
Alterar o método anterior de preparação do material para que o material forme uma determinada forma e estrutura espontaneamente.
Tendência de desenvolvimento:
A alteração dos métodos tradicionais de preparação e reparo de materiais tem grandes perspectivas nos campos de dispositivos moleculares, engenharia de superfície e nanotecnologia.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Universidade de Harvard, etc.
Inovador:
Os plásticos podem ser degradados naturalmente e as matérias-primas são provenientes de recursos renováveis, o que muda a dependência dos plásticos tradicionais de recursos fósseis, como petróleo, gás natural e carvão, e também reduz a poluição ambiental.
Tendência de desenvolvimento:
Ele substituirá os plásticos tradicionais no futuro e tem grandes perspectivas.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Natureworks, Basf, Kaneka, etc.
Inovador:
Esses tipos de materiais têm alta resistência, baixa densidade e excelente resistência à corrosão.
E também tem perspectivas ilimitadas nos campos da aviação e civil.
Tendência de desenvolvimento:
No futuro, os materiais terão uma ampla gama de aplicações potenciais em termos de leveza, alta resistência e resistência à corrosão.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Instituto de Tecnologia de Harbin.
Inovador:
Ele tem propriedades físicas que os materiais convencionais não têm, como permeabilidade negativa e permissividade negativa.
Tendência de desenvolvimento:
Ele mudou o conceito tradicional de processamento de acordo com a natureza do material.
No futuro, as características dos materiais poderão ser projetadas de acordo com as necessidades, e o potencial será infinito e revolucionário.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Boeing, Kymeta, Shenzhen Guangqi Research Institute, etc.
Inovador:
No estado supercondutor, o material tem resistência zero, nenhuma perda de corrente e apresenta propriedades antimagnéticas em um campo magnético.
Tendência de desenvolvimento:
Se a tecnologia de supercondutores de alta temperatura for desenvolvida no futuro, espera-se que ela resolva os problemas de transmissão de energia perda, aquecimento de dispositivos eletrônicos e nova tecnologia de suspensão magnética de transmissão verde.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Sumitomo Japão, Bruker Alemanha, Academia Chinesa de Ciências, etc.
Inovador:
Após a pré-formação, depois de ser forçado a se deformar por condições externas, ele é processado sob certas condições e restaurado à sua forma original para realizar o projeto e a aplicação da deformação reversível do material.
Tendência de desenvolvimento:
Ele tem grande potencial em tecnologia espacial, equipamentos médicos, equipamentos mecanoeletrônicos e outros campos.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Novos materiais Youyan, etc.
Inovador:
Sob a ação do campo magnético, ele pode produzir desempenho de alongamento ou compressão e realizar a interação entre a deformação do material e o campo magnético.
Tendência de desenvolvimento:
Ele é amplamente utilizado em dispositivos estruturais inteligentes, dispositivos de absorção de choque, estruturas de conversão de energia, motores de alta precisão e outros campos, e tem desempenho melhor do que a cerâmica piezoelétrica em algumas condições.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
ETREMA, American, British Rare Earth Products Company, Japan Sumitomo Light Metal Company, etc.
Inovador:
Estado líquido, combinando as propriedades magnéticas dos materiais magnéticos sólidos e a fluidez dos líquidos.
Ele tem características e aplicações que os materiais magnéticos tradicionais a granel não têm.
Tendência de desenvolvimento:
É usado nos campos de vedação magnética, refrigeração magnética, bomba de calor magnética, etc., e altera a refrigeração vedada tradicional e outros métodos.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
American ATA Applied Technology Corporation, Japan Panasonic, etc.
Inovador:
Ele pode sentir e responder a mudanças no ambiente circundante e tem características de resposta biológica semelhantes.
Tendência de desenvolvimento:
O ciclo de expansão-contração do gel de polímero inteligente pode ser usado para válvulas químicas, separação por adsorção, sensores e materiais de memória.
A energia fornecida pelo ciclo é usada para projetar o "motor químico".
A capacidade de controle da malha é adequada para sistemas inteligentes de liberação de medicamentos, etc.
Principais institutos de pesquisa (empresas):
Universidades americanas e japonesas.
Introdução:
O filme holográfico é uma aplicação inovadora da tecnologia de hologramas. É um filme de projeção patenteado que, pela primeira vez em nível internacional, permite que as imagens sejam visualizadas diretamente na frente e atrás, em vários ângulos, inclusive em 360 graus, independentemente das condições de iluminação.
O filme holográfico oferece exibições aéreas dinâmicas com imagens cristalinas, permitindo que os espectadores vejam o fundo através do filme. Ele pode ser combinado com software interativo para criar imagens interativas tridimensionais, imergindo o público em uma experiência espacial cativante.
Com vantagens inigualáveis, como alta definição, resistência à luz brilhante, ultrafino e propriedades antienvelhecimento, ele está pronto para se tornar um dos materiais mais promissores do futuro.
Tendências futuras:
Devido à sua capacidade de oferecer exibições aéreas dinâmicas e imagens nítidas, permitindo que o público veja o fundo e interaja com imagens tridimensionais, o filme holográfico apresenta inúmeros benefícios inigualáveis. Ele está na vanguarda da inovação de materiais, destinado a atrair mais pesquisas científicas.
As previsões de tendências futuras no desenvolvimento de filmes holográficos incluem dois aspectos principais:
Primeiro, componentes nano-ópticos de nível molecular, centrados no Cristal de Filtro Colorido Holográfico (HCFC) e integrando a nanotecnologia com uma abordagem multidisciplinar que combina ciência de materiais, óptica e ciência de polímeros.
Em segundo lugar, o filme contará com estruturas ópticas de precisão avançada em seu design leve, garantindo imagens de alta definição e alto brilho.
A clareza excepcional e o design minimalista e elegante do material contribuem para seu uso em dispositivos eletrônicos e filmes ópticos. O desenvolvimento da tecnologia de filmes holográficos é o foco de muitos países e, sem exagero, ela representa o futuro. A nação que dominar e utilizar essa tecnologia primeiro liderará o caminho para a era tecnológica avançada.
Introdução:
O hidrogênio metálico é um estado condutor de hidrogênio líquido ou sólido formado sob pressões de milhões de atmosferas. Sua condutividade elétrica é semelhante à dos metais, daí o nome hidrogênio metálico. Como um material de armazenamento de alta densidade e alta energia, o hidrogênio metálico foi previsto anteriormente como um supercondutor de temperatura ambiente.
Ele contém uma quantidade enorme de energia, 30 a 40 vezes maior do que a dos explosivos TNT convencionais. Em 26 de janeiro de 2017, a revista Science informou que o laboratório da Universidade de Harvard havia criado com sucesso o hidrogênio metálico. No entanto, em 22 de fevereiro de 2017, devido a um erro de manuseio, a única amostra de hidrogênio metálico do mundo desapareceu.
Teoricamente, a obtenção de hidrogênio metálico sob pressão extremamente alta é certamente possível, mas são necessárias mais pesquisas para que os cientistas possam adquirir amostras. A maioria dos supercondutores conhecidos exige resfriamento com hélio líquido (-269°C) ou nitrogênio líquido (-196°C), o que limita o desenvolvimento da tecnologia supercondutora.
Diferentemente dos químicos, os astrônomos se referem a todos os elementos, exceto o hidrogênio e o hélio, como metais. Sob condições de alta temperatura e alta pressão, o hidrogênio gasoso também pode se tornar hidrogênio metálico condutor.
Por exemplo, a camada externa de Júpiter consiste em 1.000 quilômetros de hidrogênio molecular gasoso, abaixo da qual se encontra uma camada de 24.000 quilômetros de hidrogênio molecular líquido, seguida por uma camada de 45.000 quilômetros de hidrogênio metálico líquido.
Em 1936, o cientista americano Wigner calculou pela primeira vez a pressão na qual o hidrogênio faz a transição para um metal, sugerindo que a pressão crítica para essa transformação variava de um a dez milhões de atmosferas.
Tendências de desenvolvimento futuro:
A temperatura crítica supercondutora do hidrogênio metálico, que é a temperatura máxima na qual ele exibe supercondutividade, varia de -223°C a -73°C. Ele poderia ser usado em temperaturas próximas às do dióxido de carbono sólido (-78,45°C), o que avançaria significativamente a tecnologia supercondutora.
Como o hidrogênio metálico é um material de alta densidade, usá-lo como combustível reduziria muito o tamanho e o peso dos foguetes, levando a um salto monumental na exploração espacial. O advento do hidrogênio metálico, semelhante ao nascimento do motor a vapor, desencadeará uma era revolucionária no campo da ciência e da tecnologia.
O hidrogênio metálico existe em um estado metaestável e poderia ser usado para criar "gaiolas magnéticas" para confinar o plasma, contendo o gás ionizado escaldante. As reações de fusão nuclear controladas converteriam a energia nuclear em energia elétrica, oferecendo uma fonte de energia barata e limpa. Essa energia permitiria a construção de "fábricas que imitam o sol" na Terra, solucionando, em última instância, a crise energética da humanidade.
Visão geral: Um supersólido é, na verdade, semelhante a um superfluido, denotando uma substância sólida que possui propriedades superfluidas, combinando essencialmente as características de "superfluido + sólido". Em termos simples, um supersólido não apenas mantém o arranjo atômico ordenado típico de um estado cristalino, mas também flui sem atrito, como um superfluido.
Em temperaturas extremamente baixas, as lacunas dentro da estrutura cristalina de um supersólido podem se agrupar e fluir livremente por todo o material. Se um objeto sólido for colocado dentro das vacâncias em um lado do supersólido, ele atravessará o supersólido com essas vacâncias, movendo-se tão livremente como se estivesse passando por paredes.
Tendências futuras: Esse novo estado da matéria só pode existir em condições de frio extremo e vácuo ultra-alto, o que indica que, por enquanto, não podemos aplicá-lo amplamente. No entanto, uma compreensão mais profunda desse estado aparentemente paradoxal da matéria poderia aprimorar nosso entendimento das propriedades dos superfluidos e supercondutores, avançando significativamente em setores como ímãs supercondutores, sensores supercondutores e transmissão de energia.
No futuro, as lacunas em um supersólido se tornarão entidades coerentes que podem se mover sem impedimentos dentro do sólido restante, semelhante a um superfluido. O condensado de Bose-Einstein é um estado peculiar da matéria que ocorre em temperaturas ultrafrias, onde as propriedades quânticas dos átomos se tornam extremamente pronunciadas, exibindo um comportamento significativo semelhante a uma onda.
Visão geral:
A esponja de madeira, criada pelo tratamento químico da madeira para remover a hemicelulose e a lignina, é excelente na absorção de óleos da água. Ela pode absorver até 16 a 46 vezes o seu próprio peso em óleo e pode ser reutilizada até 10 vezes. Essa esponja inovadora supera todas as outras esponjas e absorventes atualmente em uso em termos de capacidade, qualidade e reutilização.
Desenvolvimento futuro:
Os derramamentos de petróleo e produtos químicos causaram uma devastação sem precedentes nos corpos d'água em todo o mundo. Como uma solução ecologicamente correta para a limpeza dos oceanos, a esponja de madeira apresenta um meio eficaz de resolver esse problema.
Visão geral:
Os cristais de tempo, também conhecidos como cristais de espaço-tempo, são cristais quadridimensionais que exibem estruturas periódicas no espaço e no tempo. Normalmente, encontramos três estados fundamentais da matéria: sólido, líquido e gasoso.
No entanto, com o avanço da ciência, o conceito de estados da matéria se expandiu para incluir plasma, condensados de Bose-Einstein, fluidos supercríticos e muito mais. Os cristais de tempo representam um novo estado da matéria e uma fase de não equilíbrio que quebra a simetria translacional temporal.
O conceito de cristais de tempo foi proposto pela primeira vez pelo ganhador do prêmio Nobel Frank Wilczek em 2012. Conhecemos os cristais tridimensionais, como o gelo e os diamantes, estruturas geometricamente simétricas criadas pelo arranjo periódico de partículas microscópicas no espaço.
Enquanto ensinava seus alunos, Wilczek ponderou se o conceito de cristais tridimensionais poderia ser estendido para o reino quadridimensional do espaço-tempo, permitindo que a matéria exibisse arranjos periódicos ao longo do tempo.
Ou seja, os cristais de tempo mudam de estado em momentos diferentes, e essas mudanças são cíclicas. Por exemplo, um cristal de tempo pode ser açúcar em um segundo, açúcar mascavo no segundo seguinte e, em seguida, voltar a ser açúcar no terceiro segundo.
Tendências futuras:
Em setembro de 2021, quatro cientistas teóricos - Norman Yao, Vedika Khemani, Dominic Else e Masaki Watanabe - receberam em conjunto o "Prêmio Revelação em Física Fundamental", marcando um reconhecimento mais amplo para o novo campo de cristais de tempo discreto.
No final de 2021, o experimento de cristal de tempo discreto conduzido pela equipe de computação quântica do Google foi nomeado uma das principais descobertas físicas do ano pela American Physical Society (APS) Physics e pelo Institute of Physics (IOP) Physics World.
As pesquisas sobre cristais de tempo discreto revolucionaram nossa compreensão dos sistemas acionados periodicamente, da localização de muitos corpos, da pré-termalização e dos processos de termalização quântica. Ela também incentivou uma ampla gama de pesquisadores de vários campos a se aprofundar nessa área.
A evolução dos cristais de tempo discreto mostra que a exploração científica é muitas vezes desafiadora, exigindo refutações e debates acadêmicos rigorosos. No campo da descoberta científica, erros perspicazes são mais valiosos do que verdades medíocres, pois podem abrigar novas ideias.
Os cristais de tempo se beneficiaram dos rápidos avanços na tecnologia de computação quântica, o que permitiu seu rápido desenvolvimento em vez de sua obscuridade.
Introdução:
A empresa canadense de biotecnologia Hyperstealth Biotechnology desenvolveu um material avançado conhecido como "Quantum Stealth" (tecido invisível). Esse tecido, apelidado de "camuflagem Quantum Stealth", alcança a invisibilidade ao dobrar as ondas de luz.
Tendências futuras:
Esse material poderia ser usado para criar capas de invisibilidade, ajudando os soldados no campo de batalha a realizar missões altamente desafiadoras por meio da ocultação. O CEO da empresa, Guy Cramer, declarou: "O material 'Quantum Stealth' não só pode ajudar as forças especiais a realizar ataques durante o dia, mas também pode facilitar a fuga de um soldado quando ele se depara com um perigo inesperado.
Além disso, esse material é promissor para aplicação na próxima geração de aeronaves, submarinos e tanques furtivos, permitindo que eles alcancem a verdadeira invisibilidade e que as tropas ataquem o inimigo sem serem vistas."
Visão geral: Esse material, composto de polímeros e água, é condutor e permanece perpetuamente úmido.
Perspectivas futuras: No futuro, esse material tem o potencial de ser utilizado na criação de pele artificial e robôs flexíveis com recursos biomiméticos.
Introdução:
Os Dicalcogenetos de Metal de Transição (TMDCs) possuem uma estrutura bidimensional simples e são materiais superinovadores, semelhantes ao grafeno. Normalmente, eles são compostos por um elemento metálico de transição M (como molibdênio, tungstênio, nióbio, rênio, titânio etc.) e um elemento calcogênico X (como enxofre, selênio, telúrio etc.).
Devido ao seu custo relativamente baixo e à facilidade de fabricação em camadas extremamente finas e estáveis, além de suas propriedades semicondutoras, os TMDCs surgiram como materiais ideais no campo da optoeletrônica.
Tendências de desenvolvimento futuro:
Se elétrons e buracos forem injetados nos TMDCs, eles se recombinarão quando se encontrarem e emitirão fótons. Essa capacidade de conversão fotônica-eletrônica é promissora para os TMDCs no domínio da transmissão de informações ópticas, onde eles poderiam servir como fontes de luz ou lasers em miniatura e de baixa potência.
Os TMDCs também podem ser combinados com vários materiais bidimensionais para criar heterojunções com problemas mínimos de incompatibilidade de rede. Espera-se que esses dispositivos fotônicos de heterojunção demonstrem desempenho superior em uma faixa espectral mais ampla.
Visão geral:
Os materiais de ebulição criogênica são substâncias que se comportam de forma oposta aos materiais de ebulição térmica, passando de sólido para líquido e para gás à medida que a temperatura diminui. Esses materiais permanecem sólidos em temperaturas altas e ambientes, com sua resistência aumentando à medida que a temperatura sobe, capazes de suportar temperaturas superiores a 10.000 graus Celsius.
Eles se liquefazem a -121°C e se transformam em gás a -270°C. Os materiais de ebulição criogênica são considerados supermateriais. Em comparação com os mais avançados materiais resistentes a altas temperaturas e supercondutores atualmente em desenvolvimento, eles apresentam resistência a altas temperaturas e supercondutividade superiores.
Quando dopados com materiais inertes de ebulição térmica, a resistência a baixas e ultrabaixas temperaturas dos materiais de ebulição criogênica pode ser aprimorada, proporcionando uma resistência excepcional em uma faixa de temperatura mais ampla.
Os materiais metálicos criogênicos apresentam propriedades supercondutoras à temperatura ambiente, eliminando a necessidade de ambientes de alto custo e baixa temperatura. Portanto, eles têm um imenso potencial para pesquisas e aplicações práticas.
Tendências de desenvolvimento futuro:
Os analistas do setor sugerem que os materiais de ebulição criogênica podem ser amplamente utilizados nos setores aeroespacial, de supermáquinas e de dispositivos eletrônicos. Por exemplo, no setor aeroespacial, esses materiais poderiam ser usados para fabricar motores de desempenho superior e carcaças de naves espaciais.
Eles são ideais para espaçonaves que viajam na terceira velocidade cósmica ou superior, onde os componentes devem manter a dureza ultra-alta sob temperaturas extremas geradas pela viagem em alta velocidade e ainda funcionar com eficiência nas condições frias e ultrafrias do espaço.
Os materiais de ebulição criogênica podem impulsionar uma revolução tecnológica no setor aeroespacial. No entanto, sua síntese ou extração da lua apresenta desafios significativos, e há um longo caminho pela frente antes que esses materiais possam ser aplicados.
Introdução:
Os fluidos magnetorreológicos, também conhecidos como fluidos magnéticos, ferrofluidos ou simplesmente magfluidos, representam uma classe inovadora de materiais funcionais que combinam a fluidez dos líquidos com as propriedades magnéticas dos ímãs sólidos. Composto por partículas sólidas magnéticas em escala nanométrica, líquidos transportadores e surfactantes, esses líquidos coloidais estáveis não apresentam atração magnética em repouso.
No entanto, eles apresentam propriedades magnéticas quando expostos a um campo magnético externo. Essas características exclusivas levaram à sua ampla aplicação e a um valor acadêmico significativo.
Os fluidos magnetorreológicos produzidos a partir de pós nanométricos e de ligas demonstram desempenho superior e são amplamente utilizados em ambientes exigentes para vedações de fluidos magnéticos, sistemas de amortecimento, dispositivos médicos, modulação de som, telas ópticas e processos de separação magnetorreológica.
Tendências futuras:
Nos últimos anos, houve várias descobertas científicas na aplicação de materiais magnetorheológicos em novas fronteiras, como aeroespacial, defesa, saúde e transporte. Com o avanço da tecnologia, essas aplicações estão se expandindo e a demanda por conhecimentos científicos e técnicos relacionados está aumentando constantemente.
Reconhecidos como um dos materiais com maior potencial de desenvolvimento futuro, os fluidos magnetoreológicos têm atraído a atenção internacional.
Embora a China tenha entrado no campo da pesquisa magnetoreológica mais tarde do que outros países, ela está ganhando impulso rapidamente. Com o monopólio das tecnologias de aplicação de ponta, antes detido por países desenvolvidos como o Reino Unido e os EUA, diminuindo gradualmente, prevê-se que a concorrência na pesquisa de materiais magnetoreológicos se intensificará nos próximos anos.
Introdução:
Esse material de revestimento é uma liga vítrea à base de ferro, projetada especificamente para brocas industriais e ferramentas de perfuração, oferecendo maior resistência à fratura sob cargas pesadas. É significativamente mais econômico do que os materiais convencionais, como as ligas duras de carboneto de tungstênio-cobalto, e também aumenta a eficiência do tunelamento devido à sua vida útil prolongada.
Tendências futuras:
Esse material tem aplicações potenciais em setores como manufatura e construção no futuro.
Visão geral:
Os nanodots de perovskita, conhecidos por sua magnetorresistência colossal, alta condutividade iônica, propriedades eletrocatalíticas e atividade redox, têm grande potencial para aplicações em absorção de luz, armazenamento, catálise e sensoriamento.
As perovskitas são materiais estruturais cristalinos e representam uma nova classe de materiais funcionais. Atualmente, seus problemas de estabilidade são uma barreira significativa para o desenvolvimento. No entanto, as pesquisas sobre novas estruturas de perovskita estão avançando, chamando bastante atenção para os nanodots de perovskita.
Tendências futuras:
De acordo com o "China Perovskite Nanodot Market Development Status and Industry Outlook Forecast Research Report", divulgado pela rede de pesquisa de mercado, uma equipe da Queensland University of Technology (QUT), na Austrália, está integrando nanodots de perovskita, feitos de cabelo humano, em células solares.
Esses nanodots formam uma camada protetora na superfície da perovskita, protegendo o material de vários fatores externos, melhorando sua estabilidade e aumentando a eficiência da conversão fotovoltaica. Isso também pode reduzir os custos de produção.
Esses avanços são cruciais para o desenvolvimento em larga escala das células solares de perovskita, indicando um futuro promissor para os nanodots de perovskita.
Introdução:
Os metais de microrrede são construídos a partir de minúsculos tubos ocos interconectados para formar uma estrutura, com o diâmetro de cada tubo de aproximadamente 100 micrômetros e uma espessura de parede de apenas 100 nanômetros. Devido à sua natureza oca, o interior do metal é composto por 99,99% de ar.
Esse metal é composto principalmente de ar leve, o que permite que ele se apoie em um dente-de-leão ou flutue no chão como uma pena de uma altura. Muitos podem questionar a força de um metal tão leve, suspeitando que ele seja extremamente frágil. Entretanto, esse não é o caso. Os metais de microrrede são excepcionalmente fortes e possuem um alto nível de resistência à compressão.
Tendências de desenvolvimento futuro:
Como eletrodos de bateria e portadores de catalisadores, os metais de microrrede estão prontos para revolucionar o futuro da aviação e da fabricação de naves espaciais. Eles prometem reduzir a massa dos veículos de exploração do espaço profundo da NASA em 40%, o que é crucial para futuras missões a Marte e além.
Visão geral:
O estaneno, também conhecido como uma camada única de átomos de estanho, apresenta uma estrutura bidimensional em forma de favo de mel semelhante ao grafeno, o que o torna um novo material quântico. Sua estrutura cristalina é baseada no alfa-estanho semelhante ao diamante e, devido à sua configuração sem camadas, não pode ser produzida por meio de esfoliação mecânica, resultando em barreiras tecnológicas de produção extremamente altas.
Em comparação com outros materiais bidimensionais, como grafeno, siliceno e germaneno, o estaneno tem ligações mais longas e condutividade elétrica superior, e está pronto para se tornar o primeiro supermaterial do mundo capaz de atingir 100,0% de condutividade elétrica em temperatura ambiente.
Tendências futuras:
Os analistas do setor indicam que, como um material bidimensional emergente, o estaneno tem uma ampla perspectiva de aplicação. Com a inovação contínua e os avanços na tecnologia de pesquisa e desenvolvimento, espera-se que a gama de aplicações do estaneno se expanda, e o setor provavelmente alcançará o desenvolvimento comercial.
As barreiras técnicas no setor de estaneno são altas e, nos últimos anos, várias equipes de pesquisa chinesas fizeram progressos significativos no estudo de materiais de estaneno, impactando positivamente o crescimento do setor.
Visão geral:
A supercola molecular é um adesivo descoberto em 2013 por Mark Howarth e sua equipe de pesquisa do Departamento de Bioquímica da Universidade de Oxford, derivado de proteínas liberadas pela bactéria Streptococcus pyogenes durante a invasão celular.
Inspirado nas proteínas emitidas pela bactéria Streptococcus pyogenes, o adesivo é formado por dois componentes proteicos que podem se separar, mas que voltam a se unir como cola após o contato. Conhecido como supercola molecular, esse adesivo apresenta alta resistência de colagem, excelente tolerância a temperaturas extremas e resiliência em ambientes ácidos e outros ambientes adversos.
Perspectivas futuras:
Olhando para o futuro, esse material tem aplicações potenciais em diagnósticos de câncer; a supercola molecular pode se unir a metais, plásticos e várias outras substâncias, superando o problema comum da baixa adesão entre revestimentos convencionais e metais.
Introdução:
Metamateriais, um termo que surgiu no século 21, refere-se a materiais ou estruturas compostos especiais que possuem propriedades físicas extraordinárias não encontradas em materiais convencionais. Isso é obtido por meio do projeto estrutural ordenado das principais dimensões físicas.
Os metamateriais fazem interseção com várias disciplinas, como física, química, optoeletrônica, ciência dos materiais, ciência dos semicondutores e fabricação de equipamentos, posicionando-os na vanguarda da pesquisa global com importância estratégica.
A prestigiada revista Science listou os metamateriais como um dos dez principais avanços científicos na primeira década deste século, enquanto a revista Materials Today também os aclamou como um dos dez avanços mais significativos na ciência dos materiais nos últimos cinquenta anos.
Tendências futuras:
Os metamateriais estão prontos para se tornar um novo material com potencial ilimitado. Entretanto, eles ainda estão distantes da verdadeira industrialização em larga escala, com muitos desafios a serem superados. Esses desafios direcionarão as principais pesquisas em metamateriais, o que pode levar a mais avanços e conquistas tecnológicas nesse campo.
Visão geral:
Quantum é um conceito essencial na física moderna, representando a menor unidade fundamental de matéria e energia. O metal quântico é um metal composto pelas menores unidades de partículas e é um material bidimensional exclusivo. Ele possui as características dos metais comuns, bem como propriedades isolantes e supercondutoras.
Sob campos magnéticos moderados, ele se comporta como um metal quântico, faz a transição para um isolante sob fortes campos magnéticos e se torna um supercondutor abaixo de -272°C. Isso demonstra o potencial da pesquisa sobre os estados bidimensionais dos metais quânticos.
Tendências futuras:
Os analistas do setor indicam que a supercondutividade é uma direção importante para a pesquisa de metais quânticos. Os supercondutores, que apresentam resistência elétrica zero abaixo de sua temperatura crítica, podem transmitir eletricidade sem perda e têm amplas aplicações em eletrônica, telecomunicações, energia, transporte, medicina, indústrias nucleares, aeroespacial e muito mais.
Em 2021, o mercado global de supercondutores foi avaliado em aproximadamente $7,6 bilhões e continua a mostrar uma tendência de crescimento. Os supercondutores podem ser categorizados em supercondutores de baixa e alta temperatura, sendo que os primeiros detêm uma posição dominante e um forte impulso de desenvolvimento. O metal quântico, como um tipo de supercondutor de baixa temperatura, tem um valor substancial em pesquisa e aplicação.
Introdução:
O grafeno de boro, um material bidimensional, é uma estrutura atômica planar de camada única semelhante ao grafeno, composta pelo elemento boro. Esse filme fino tem apenas um átomo de espessura.
Sintetizado artificialmente, prevê-se que o grafeno de boro tenha uma variedade de estruturas, possua propriedades exclusivas e apresente muitas características metálicas, especialmente propriedades eletrônicas excepcionais. Ele representa uma nova classe de materiais bidimensionais.
Tendências futuras:
Os analistas do setor sugerem que, para impulsionar os avanços tecnológicos no setor, há um alto nível de interesse na pesquisa e na aplicação de novos materiais no mercado global.
O investimento de governos e capital em pesquisa de novos materiais está aumentando continuamente, e novos materiais de alto desempenho estão sendo desenvolvidos e comercializados em um ritmo acelerado. Como um novo material bidimensional, o grafeno de boro tem excelentes propriedades eletrônicas e um enorme potencial de crescimento em setores como o eletrônico e o de energia.
No curto prazo, seu mercado de aplicações ainda não se formou, pois ainda está em fase de pesquisa. Entretanto, a longo prazo, em comparação com o grafeno, ele tem um potencial de mercado significativo.
Visão geral:
O cimento programável, ao gerenciar a microestrutura das partículas de cimento, programa essas partículas para formar um concreto especializado com alta densidade e baixa porosidade. Isso aumenta a força, a impermeabilização e a resistência à corrosão do concreto.
O cimento programável é um tipo de cimento inovador e de alta tecnologia. Ele não apenas apresenta um desempenho geral aprimorado, mas também reduz significativamente os danos ambientais durante a produção e a aplicação.
Tendências de desenvolvimento futuro:
Os analistas do setor indicam que, atualmente, a China tem um envolvimento menor na pesquisa de cimento programável em comparação com os Estados Unidos. No entanto, como o país pretende fazer a transição de um gigante manufatureiro para uma potência manufatureira e atingir a neutralidade de carbono e as metas de desenvolvimento sustentável, o governo chinês está promovendo ativamente a pesquisa de novos materiais de alto desempenho e ecologicamente corretos.
No futuro, espera-se que os investimentos em pesquisa de novos materiais de construção na China aumentem de forma constante, e as conquistas na pesquisa de cimento programável provavelmente crescerão.
Visão geral:
A platina ultrafina é um método inovador para depositar filmes finos de platina de forma rápida e econômica, reduzindo significativamente a quantidade de metal necessária para catalisadores de células de combustível, diminuindo assim consideravelmente seu custo.
Perspectivas futuras:
No futuro, esse material poderá ser empregado em campos como o das células de combustível de hidrogênio.
Visão geral:
As ligas de platina são compostas de platina misturada com outros metais, como paládio, ródio, ítrio, rutênio, cobalto, ósmio e cobre. Como materiais funcionais, elas são usadas na medição de temperatura, como catalisadores, para contatos elétricos, materiais de eletrodos, materiais elásticos e materiais magneto-hidrodinâmicos.
As ligas de platina para medição de temperatura apresentam alta estabilidade termoelétrica e precisão em altas temperaturas, envolvendo principalmente sistemas de platina-ródio, platina-molibdênio e platina-cobalto. As ligas de platina-ródio têm excelente resistência à oxidação em alta temperatura e estabilidade química.
Os termopares de liga de platina-molibdênio são usados para medições de alta temperatura em vácuo ou atmosferas inertes e campos nucleares. As ligas de platina-cobalto, usadas em termômetros de resistência, funcionam com alta precisão e sensibilidade acima de 20K.
Os catalisadores de liga de platina são o único material usado no processo de oxidação da amônia para a produção de ácido nítrico, consistindo principalmente de malhas de liga de platina-ródio ou platina-ródio-paládio.
Tendências futuras:
As ligas de platina têm uma ampla gama de aplicações em materiais de tensão de alta temperatura, materiais de enrolamento de potenciômetro de precisão, materiais médicos, joias e moeda, com potencial significativo para desenvolvimento futuro.
Visão geral:
Os materiais autocicatrizantes, como o próprio nome indica, são capazes de reparar automaticamente os danos sem a necessidade de intervenção significativa. Essa propriedade não apenas aumenta a vida útil dos itens, mas também garante sua segurança e integridade, além de reduzir os custos de manutenção.
As pesquisas sobre materiais autocurativos começaram na década de 1990 no campo do concreto arquitetônico. Entretanto, foi somente em 2001 que houve um progresso significativo, quando o eletroquímico de renome mundial, o americano Scott White, e sua equipe publicaram um artigo na Nature. Eles desenvolveram materiais poliméricos autocicatrizantes incorporando microcápsulas preenchidas com agentes de cura em uma resina epóxi contendo um catalisador, atraindo ampla atenção internacional para o campo.
Tendências futuras:
Com o rápido avanço da tecnologia de autorrecuperação, diversos materiais autorrecuperáveis estão prontos para encontrar aplicações mais amplas em setores como construção, automotivo, aeroespacial, aviação e eletrônicos. Seu uso é de grande importância para a conservação de recursos e a conquista do desenvolvimento sustentável.
Visão geral:
Esse revestimento inovador pode ajustar automaticamente a transparência do vidro. Em temperaturas acima de 67ºC, esse revestimento transparente se transforma em uma superfície reflexiva com um acabamento espelhado para desviar a luz do sol.
Perspectivas futuras:
Esse material tem aplicações potenciais em construção, transporte e outros setores.
Visão geral:
Os materiais biomiméticos são desenvolvidos para imitar várias características ou particularidades dos organismos vivos. Os materiais artificiais projetados e fabricados para imitar os modos operacionais dos sistemas vivos e os princípios estruturais dos materiais biológicos são conhecidos como materiais biomiméticos.
Os plásticos biomiméticos não só possuem uma resistência muito superior à dos plásticos de engenharia, mas também exibem uma tenacidade e uma resistência notáveis à propagação de rachaduras. Eles sofrem alterações dimensionais mínimas em uma faixa de temperatura de -130°C a 150°C e, em temperatura ambiente, seu coeficiente de expansão térmica é de apenas um décimo do coeficiente dos plásticos convencionais.
Tendências futuras:
À medida que a urbanização em nosso país se acelera, as questões relativas à estabilidade social e à segurança urbana estão ficando cada vez mais em evidência. A tecnologia de plástico biomimético é um facilitador essencial para o desenvolvimento da infraestrutura. Portanto, com o avanço da tecnologia socioeconômica e de informação, a aplicação de plásticos biomiméticos está pronta para se tornar uma nova tendência no futuro.
Introdução:
Os cristais fotônicos são nanoestruturas ópticas periódicas que afetam o movimento dos fótons da mesma forma que as redes iônicas influenciam os elétrons nos sólidos. Eles ocorrem naturalmente, manifestando-se como coloração estrutural e refletores de animais, e são promissores para uma variedade de aplicações em diferentes formas. Como materiais ópticos atraentes, os cristais fotônicos são usados para controlar e manipular o fluxo de luz.
Tendências futuras:
Os cristais fotônicos unidimensionais já são amplamente utilizados na óptica de película fina, com aplicações que vão desde revestimentos antirreflexo e de alto reflexo em lentes e espelhos até tintas e tintas que mudam de cor. Os cristais fotônicos de dimensões maiores são de grande interesse tanto para a pesquisa fundamental quanto para a aplicada, com estruturas bidimensionais começando a encontrar aplicações comerciais.
Os produtos comerciais que envolvem cristais fotônicos periódicos bidimensionais surgiram na forma de fibras de cristal fotônico, que usam estruturas em escala de mícron para confinar a luz com propriedades fundamentalmente diferentes daquelas guiadas por fibras convencionais usadas em dispositivos não lineares e para guiar comprimentos de onda incomuns.
Embora suas contrapartes tridimensionais estejam longe de serem comercializadas, elas poderiam oferecer funcionalidades adicionais, como a não linearidade óptica necessária para operar transistores ópticos usados em computadores ópticos, uma vez que certos aspectos técnicos, como a capacidade de fabricação e as principais dificuldades, sejam superados.
Visão geral:
Os materiais cerâmicos resistentes à erosão representam um avanço altamente promissor em materiais estruturais de alta temperatura. Com um alto ponto de fusão, eles servem como materiais refratários superiores para aplicações como fornos e tubos de fornos de alta temperatura. Entre essas cerâmicas, as classificadas como materiais estruturais são compostas principalmente por propriedades mecânicas, como resistência, dureza e tenacidade.
Embora os metais tenham sido amplamente utilizados como materiais estruturais, sua suscetibilidade à corrosão e à oxidação em altas temperaturas os torna inadequados para essas condições. O advento das cerâmicas estruturais de alta temperatura soluciona as deficiências dos materiais metálicos mais fracos. Essas cerâmicas são resistentes a altas temperaturas, oxidação e corrosão ácido-base.
Tendências futuras:
As cerâmicas de alta temperatura e resistentes à erosão oferecem isolamento, resistência à temperatura, resistência à corrosão e propriedades mecânicas robustas. Os revestimentos isolantes de cerâmica de alta temperatura são reconhecidos por sua compatibilidade ambiental, eficiência e multifuncionalidade, garantindo um lugar importante no setor de revestimentos especializados.
Visão geral:
A hidrocerâmica é um material composto por esferas de hidrogel que podem inchar até 400 vezes seu volume original quando submersas em água.
Tendências futuras:
Devido a essa propriedade notável, os grânulos esféricos absorvem líquidos que evaporam no ar ambiente durante o tempo quente, proporcionando assim um efeito de resfriamento.
Visão geral:
Os plásticos infinitamente recicláveis referem-se àqueles que podem ser reciclados indefinidamente. Em comparação com os plásticos convencionais, os plásticos infinitamente recicláveis podem ser reprocessados, evitando os danos causados pelos produtos plásticos que entram no meio ambiente, oferecendo, assim, benefícios ecológicos significativos. Diferentemente dos plásticos biodegradáveis, os plásticos infinitamente recicláveis não se degradam na natureza, mas podem ser reutilizados, proporcionando um valor econômico substancial.
Tendências de desenvolvimento futuro:
Os plásticos infinitamente recicláveis têm uma ampla perspectiva de mercado no contexto das estratégias de desenvolvimento sustentável. Os analistas do setor indicam que os plásticos comuns enfrentam atualmente vários problemas relacionados ao valor ecológico e econômico. Os plásticos recicláveis infinitos podem resolver esses problemas ao máximo e substituir os plásticos existentes na fabricação de vários produtos.
Introdução:
Os principais materiais usados na impressão 4D são os polímeros. Em 2014, os cientistas desenvolveram uma fibra de polímero sensível à tensão que pode ser fabricada em vestidos capazes de se ajustar automaticamente ao formato e aos movimentos do corpo do usuário.
Tendências futuras:
Os materiais inteligentes estão no centro da tecnologia 4D. No entanto, como a pesquisa nesse campo ainda está engatinhando, há apenas alguns materiais maduros prontos para serem implantados no mercado, sendo os polímeros o foco principal. Isso apresenta tanto oportunidades quanto desafios. Uma área importante da pesquisa atual está investigando o potencial de cerâmicas, metais, substâncias biológicas e compostos como materiais de impressão.
Visão geral:
Esse polímero delicado e macio, quando aplicado à pele, pode apertar e levantar instantaneamente, eliminando as rugas sem esforço.
Perspectivas futuras:
Esse material é muito promissor para o desenvolvimento de produtos de cuidados com a pele e para o tratamento de doenças da pele.
A tecnologia de IA acelera o processo de desenvolvimento de materiais de alto desempenho principalmente por meio dos seguintes aspectos:
Melhorar a precisão da modelagem e a capacidade de gerar novas funções: A principal inovação da ciência de materiais com IA está na otimização do algoritmo, especialmente na aplicação da tecnologia de aprendizagem profunda. Isso melhora significativamente a precisão da modelagem, prevendo com mais precisão o desempenho e as funções de novos materiais.
Iniciativa do Genoma de Materiais: Ao estabelecer a infraestrutura para a inovação de novos materiais, a tecnologia de IA ajuda a, pelo menos, dobrar a velocidade da pesquisa e do desenvolvimento para a aplicação de materiais, reduzindo o custo pela metade. Nesse processo, o estabelecimento de um banco de dados é fundamental, fornecendo uma base para a engenharia de genoma de materiais.
Experimentos inteligentes, automatizados e de alto rendimento: A tecnologia de IA promoveu o alto rendimento, a automação e a inteligência dos experimentos com materiais. Isso não apenas melhora a eficiência dos experimentos, mas também promove a integração profunda de simulações teóricas e dados experimentais, orientando assim o projeto e a otimização de novos materiais.
Combinação de big data e métodos de aprendizado de máquina: O método de aprendizado de máquina que combina a função de alta precisão e o potencial profundo criado com a tecnologia de IA com cálculo de alto rendimento pode prever materiais de ponta, como isoladores topológicos, materiais catalíticos, materiais bidimensionais, etc.
Resolvendo o problema do "gargalo": A tecnologia de IA, especialmente a pesquisa impulsionada pela tecnologia de big data, fornece meios eficazes para resolver problemas difíceis no campo da ciência dos materiais, acelerando o processo de desenvolvimento de novos materiais.
Aplicação da informática de materiais: O uso eficiente da IA para a pesquisa de informática de materiais, promovendo o desenvolvimento de materiais por meio da previsão de propriedades, é um aspecto importante dos métodos inovadores da IA no campo da ciência dos materiais.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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