材料科学的基础亚博老虎机网登录

工程师周——一个事件在1951年第一次庆祝由国家专业工程师协会——发生在2月20日^th-26年^th,2022年。今年的活动的主题是“重新成为可能,”凸显了工程师正在改变世界的方法。

目的是让孩子们与工程和干细胞主题和活动。为了纪念事件,本文讨论了材料科学工程师的重大影响,并概述了一些该领域的最新进展。亚博网站下载亚博老虎机网登录

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宇宙不仅把自己分成明确定义的筒仓。因此,领域亚博网站下载材料科学亚博老虎机网登录由一个广泛的应用范围,从晶体结构的关键半导体钛合金,从纳米技术突破的发展可持续的生物塑料,与metalenses color-tunable led。亚博网站下载材料科学亚博老虎机网登录已经改变了现代世界。

这个跨学科的领域——也被称为“材料科学与工程”——结合元素的化学和物理和专注于设计和发现新材亚博网站下载料(特别是固体)。亚博老虎机网登录它被描述为“使用元素周期表的杂货店和物理定律的食谱。”¹

最早的材料科学的例子之一——很长一段时间被这个词是铜的生产大约3亚博网站下载500年前。亚博老虎机网登录由铜和铅,这金属合金比铜、从而使青铜时代工匠锤和熔炼成实用工具和对象,帮助推进人类文明的发展。

材料科学的例子从不同的时亚博网站下载代:青铜亚博老虎机网登录时代的斧头头(左),和一个突破超薄消色差metalens“鱼网”最近开发的加州大学伯克利分校(没错,比例尺代表5微米)。图片来源:辐射视觉系统

信息技术的基础

现代材料科学有亚博网站下载效地促成亚博老虎机网登录了电脑和消费电子行业。这一切都始于一种超纯硅的发展(现在称为电子级硅),是由消除杂质如硼、磷、和碳。硅生产集成电路,必须包含< 0.1万亿分之一部分的这些材料。亚博网站下载

在1955年至1990年之间,增强和创新半导体”增加的性能和降低成本的电子材料和设备一倍million-an成就无与伦比的人类历史上的技术。”亚博网站下载²

理智的看待这个问题,应用材料公司首席技术官Omkaram Nalamasu解亚博网站下载释说,“建设今天的智能手机在1980年代,它将耗资约1.1亿美元,需要近200千瓦的能量(每年2千瓦今天相比),和设备将14米高。³

今天电信基础设施和系统依赖于各种晶体半导体;金属化膜导体;介质薄膜;焊料;陶瓷和聚合物形成基质的电路组装或打印;和黄金或铜线电缆。”⁴

核心材料大量的发光二极管和显示设备是氮化铟镓(InGaN)——生产氮化镓和氮化铟的混合物。当成长为晶体,InGaN促进所需的能带隙调整整个红外发光,可见和紫外光谱。

蓝色的领导,由合金氮化铟镓。图片来源:辐射视觉系统

亚博网站下载材料科学家们持久的追求工程新型智能材料的属性不是通常在自然界中发现。例如,金刚石和石墨的石墨烯是二维版本,一个单原子厚度的碳层六角晶格结构。

石墨烯是一种了不起的材料为“200 x的强度比相同重量的钢。在过去的10年里,我们已经能够使用石墨烯制造新型电子产品,高性能的晶体管,新型传感器和新型复合材料根据其独特的属性。”⁵

一个灵活的、透明的石墨烯在实验室里。图片来源:辐射视觉系统

最近材料科学进亚博网站下载展亚博老虎机网登录

接下来,我们现在很多新兴应用的例子和最近的技术创新,材料科学发挥了关键作用。亚博网站下载亚博老虎机网登录

比锂电池安全

锂离子电池的主要能量来源大多数今天的电子设备和车辆。然而,他们有两个主要的缺点:首先,它们包含了液体电解质,可以非常易燃,其次,全球供应链会导致锂加剧地缘政治紧张局势。

最近,一群日内瓦大学的研究人员已经开发出一种固体电解质材料,显示电池所需的导电性能。材料(carbo-hydridoborate)生产使用钠、一个元素比锂和便宜的丰富世界上几乎任何地方。

“固态烟”即气凝胶

一群不同的多孔材料,气凝胶被认为是世界上最轻的固体,亚博网站下载由99.98%的空气体积和窝藏独有的特殊属性。

例如,“透明超隔热硅气凝胶表现出任何固体的导热系数最低。超高表面积碳气凝胶能力今天充电快的超级电容器。和超强,可弯曲x-aerogels密度比结构材料开发。”亚博网站下载⁶

与普通的气凝胶凝胶的干燥,是由低密度提取后的凝胶固体框架仍然是水分。

美国宇航局利用硅基气凝胶隔热材料的火星探测器,他们一直在利用作为吸收剂化学泄漏清理。

此外,“碳气凝胶用于建设小型电化学双电层超级电容器。由于高气凝胶的表面面积,这些电容器可以小于2000到5000倍类似评级的电解电容器。气凝胶超级电容器可以有一个非常低的阻抗比正常的超级电容器,可以吸收/产生非常高的峰值电流。”⁷

一块硅气凝胶。(图片源)。

折叠显示

LG化学(LG显示器的姊妹公司)创建了一个新的封面窗口foldable-screen设备如智能手机和笔记本电脑。被称为“真正的折叠窗口”,它是由特殊涂层材料应用到制造宠物电影(一种薄的塑料)来产生一个表面和玻璃一样硬塑料的灵活性。亚博网站下载

材料是为了克服device-related褶皱等问题印象或在屏幕上的铰链部分裂缝。它也提高了耐热性和其他力学性能。

让不可能成为可能

MIT-based工程师已经应用小说聚合过程产生一个全新的材料比钢轻于塑料。它可以很容易在显著大量生产和可能改变产业格局。

用途包括轻质、耐用涂层从桥梁和基础设施到汽车零部件和手机。有效的一种新形式的塑料,聚合物自组装成二维表的能力——这个过程科学家认为是不可能的,因此其绰号“不可能塑料。”

“不可能”二维高分子膜钢倍但轻如塑料。(图片源)

本文列出最新发展的几个材料科学家和工程师正致力于在世界各地的实验室和研究机构。亚博网站下载惊人的新物质每天都正在开发有可能彻底改变医学技术和产业,帮助创建一个更可持续的星球。

引用

1. 比赛,P。”,三个主要的材料科亚博网站下载学突破和亚博老虎机网登录为什么他们对未来的事“SingularityHub, 5月21日,2020年。
2. 亚博网站下载计算机和通信的材料大英百科全书。(2022年2月16日通过)
3. 同前。
4. 比赛,P。”,三个主要的材料科亚博网站下载学突破和亚博老虎机网登录为什么他们对未来的事“SingularityHub, 5月21日,2020年。
5. 比赛,P。”,亚博网站下载材料科学亚博老虎机网登录与技术的融合2016年3月23日。”博客。(2022年2月16日通过)
6. Aerogel.org。(2022年2月16日通过)
7. ”气凝胶“新的世界百科全书。(2022年2月16日通过)

这些信息已经采购,审核并改编自辐射视觉系统提供的材料。亚博网站下载

在这个来源的更多信息,请访问辐射视觉系统。