Разработка новейших материалов посредством развития химии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка новейших материалов посредством развития химии

Creation of the latest materials by means of development of chemistry

Семенова А.Е.

НГУЭУ,

Новосибирск, Россия

Semenova A.E.

NSUEM

Novosibirsk, Russia

Аннотация

На данный момент известно более 114 химических элементов, которые сильно отличаются по своему распределению. Следовательно, одной из главных задач в современной химии является рациональное использование ресурсов.

В данной работе поднимается проблема разработки новых материалов. Многие авторы научно-фантастических романов представляют материалы будущего, которые сочетают в себе многие уникальные свойства. Но можно ли создать такие материалы?

Вполне возможно! С современным развитием науки, это не заставит нас долго ждать. В наше время уже созданы такие материалы, которые в прошлом считались фантастикой.

Ключевые слова Материал, полимеры, имплантаты, искусственные волокна, элементоорганические соединения, нанотехнологии и наноматериалы.

Для начала рассмотрим, что такое материал? Материал - это вещество, из которого изготавливается различная продукция. В настоящее время очень актуально создание новых материалов, с самыми различными свойствами - высокотвёрдые, жаропрочные, кислоустойчивые.

Для примера возьмём два материала, это древесина и стекло.

Древесина становится важным химическим сырьем для изготовления искусственных веществ, таких как топливо, сахар, белки и витамины. Так же из древесины теперь можно получить спирт, кормовые дрожжи и этилен.

Второй материал - это стекло. В наше время возможности химии позволяют создать стекловолокнистые материалы для армирования, отделки, склеивания, изолирования, а также использовать стекловолокна в качестве свето-провода, для передачи большого количества информации.

Рассмотрим химию полимеров. Эта область науки, которая быстро развивается и создаст ещё многие неизвестные сейчас материалы. Полимеры будущего должны обладать замечательными качествами, с высокими механическими свойствами.[1]

Полимеры - это конструкционные материалы, а именно, искусственные органические соединения, состоящие из макромолекул.

С помощью полимеров создаются совершенно неожиданные материалы. Например: политетрафторэтилен (изоляционные материалы, кухонная посуда), полипропилен (ковровые изделия, синтетические покрытия), полистирол (мебель, изоляционные материалы), поливинилхлорид (трубы, пластиковые упаковки), полиакрилонитрил (ткани, пряжа, парики), поливинилацетат (клей, краски, текстильные покрытия), полиметилметакрилат (заменители стекла, краски). А также из этого материала делают изоляционные покрытия для проводов и кабелей, игрушки, пластиковые сумки и различные ёмкости.

В наше время преобладают большие успехи в изготовлении новых видов стеклокристаллических материалов. У них высокая химическая стойкость, высокая сопротивляемость истирающему воздействию, они декоративные, а также обладают другими физико-химическими свойствами, которые делают их перспективными в строительной, химической и оптоэлектронной промышленности.

Самым важным достижением являются, по моему мнению, новые материалы, обладающие биологической активностью, которые способны сращиваться с живой тканью. На сегодняшний день внедрены в клиническую практику имплантаты для замены костей свода черепа, имплантаты культи глаза из углеродного войлока, элементы, заменяющие межпозвоночные промежутки и коленные суставы, из углеродных материалов однополюсные тазобедренные суставы и т.п.

Эксперты прогнозируют на ближайшие 15 лет, что почти 95% материалов будут новыми. Это приведёт к революции в разных областях техники. На сегодняшний день 25% мировых патентов выдаются на изобретения новых материалов. В 35 регионов РФ уже работают примерно 200 научных коллективов, которые разрабатывают новые материалы и технологии на высоком уровне.

К успешным достижениям России в создании новых материалов можно отнести: алюмини-литилевые сплавы, которые обеспечивают снижение веса авиационных конструкций; закристаллизованные жаропрочные материалы; высокоградиентная направленная кристаллизация жаропрочных сплавов с монокристаллической структурой; материалы с интерметаллидной матрицей.

В наше время учёные из области химии работают над новейшим поколением искусственных волокон, которые очень сильно приближенны к естественным материалам. Например, ткани, которые обладают высокой степенью защиты от солнечных лучей; ткани, обладают лучшими свойствами льна, хлопка, шерсти. Создали микро-волокна, диаметр которых в десять раз тоньше волоса, что позволяют ткать мягкие, защищающие от сырости, но пропускающие при этом воздух к телу материалы. Пустотелые волокна, также разработанные химиками, лучше противостоят холоду. Так же создали волокна имеющие триклозан (вещество, которое останавливает размножение микробов). Кевлар - материал, в пять раз прочнее на разрыв, чем сталь. Из него создают пуленепробиваемые жилеты, куртки и т.п.

На данный момент из уникальной ткани уже создан космический корабль. химия полимер материал искусственный

В ткань встроены миллионы микроскопических капсул с парафином, с помощью них при нагревании забирается тепло у веществ, и, наоборот, при охлаждении выделяется тепло, нагревающее космонавта.

Производство элементоорганических соединений - это ещё одна удивительная новация в химии. В их состав входят органические элементы (водород, углерод, сера, азот, кислород) и производственные ряда других элементов ( кремния, магния, натрия, лития и т.д.).

Из кремнийорганических материалов производятся полимеры, которые имеют ценные свойства важнейшие в авиации и энергетике. Даже в очень агрессивных средах кислот и щелочей исключительно устойчивы фторорганические соединения, обладающие особой поверхностной активностью, а также способны поглощать кислород и перекиси. Следовательно, изделия из этого чудесного материала используют в изготовлении внутренних органов человека и для создания различных покрытий в медицине. [2]

Нанотехнологии и наноматериалы занимают важное место в химической промышленности. Они являются основой многих металловедческих задач, а также и в области микро - и наноэлектроники. Огромное внимание уделено порошкам, функциональным покрытиям, твёрдым сплавам и новым полимерным материалам. Достижения есть по текстильным и кожевенным материалам с улучшенным качеством. Также кроме учёных из химической области привлечены специалисты и в области физики, для выполнения фундаментальных и прикладных исследований.[3]

При современных темпах потребления полезные сырьевые запасы истощаются, и накапливается огромное количество отходов. Следовательно, важнейшей задачей есть включение этих отходов в новые производственные циклы. Что способствует сохранению природных ресурсов и охране окружающей среды.

Успехи в использовании вторичного сырья имеются, особенно с использованием металлолома, а также бумаги и картона. Это помогает сберегать лес, а, следовательно, и чистый воздух, для поддержания нашей жизни.

Со вторичной переработкой золы и шлаков всё намного хуже. Редко их используют в качестве наполнителей цемента, из них извлекают железо и производят силикатные строительные материалы. Но, увы, люди этим пренебрегают.

Так же можно и нефтяные отходы вернуть в хозяйственный цикл. Тоже самое и с пластмассами, например, полистирол или поливинилхлорид успешно могут быть возвращены в производство.

Сейчас, в условиях стремительного развития науки материаловедения во всем мире, нужно стремиться вперед. Поэтому, на мой взгляд, необходимо не только уделять повышенное внимание ведущимся уже сейчас работам, поддерживать уже сейчас работающие коллективы, но и, реально понимать огромнейшую роль новых химических материалов в техническом процессе человечества.

Список литературы

1. Академия педагогических наук СССР: Детская энциклопедия , 3-е издание, 485 с.,1973

2. Материаловедение ТКМ. - Режим доступа к статье:

3. http://materialscience.ru/subjects/materialovedenie/lektsii/lektsii__po_kursu_materialovedenie_25_01_2010/?light=ok (Дата обращения 24.10.2015)

4. Новые материалы / под науч. ред. Ю.С. Карабасова, 2002 - 738с.

Размещено на Allbest.ru