3つの主要な材料科学のブレークスルー–そしてなぜそれらが将来のために重要なのか

材料科学の広大な意味を認識する人はほとんどいません。Applied MaterialsのCTO Omkaram Nalamasuによると、1980年代に今日のスマートフォンを構築するには、約1億1,000万ドルの費用がかかり、200キロワット(現在の年間2kWに比べて)近くのエネルギーを必要とし、デバイスの高さは14メートルになるという。

それが材料の進歩の力です。 材料科学はスマートフォンを民主化し、35億人以上の人々のポケットに技術をもたらしました。 しかし、デバイスや回路をはるかに超えて、材料科学は、エネルギー、将来の都市、交通、医療全体で無数のブレークスルーの中心に立っています。 また、Covid-19の最前線では、材料科学者は、生体材料、ナノテクノロジー、およびその他の材料研究を推進して、解決策を加速しています。

その名の通り、材料科学は新しい材料の発見と開発に専念する枝です。 それは、その食料品店として周期表とその料理の本として物理学の法則を使用して、物理学と化学の両方の成長です。

そして今日、私たちは物質科学革命の真っ只中にいます。 この記事では、私たちは今起こって最も重要な材料の進歩を解凍します。

The Materials Genome Initiative

2011年6月、カーネギーメロン大学でオバマ大統領は、オープンソースの手法とAIを使用して材料科学の革新のペースを倍増させる全国的な取り組みであるMaterials Genome Initiativeを発表しました。 オバマ氏は、この加速が米国のグローバル競争力にとって重要であると感じ、クリーンエネルギー、国家安全保障、人間の福祉における重要な課題を解決す そして、それは働いた。

AIを使用して、水素、ホウ素、リチウム、炭素などの数億の異なる可能性のある元素の組み合わせをマッピングすることによって。-イニシアチブは、科学者が周期表と即興ジャズのようなものを再生することを可能にする巨大なデータベースを作成しました。

この新しい物理世界の地図は、科学者がこれまで以上に速く要素を組み合わせることを可能にし、あらゆる種類の新しい要素を作成するのを助 そして、新しい製造ツールの配列は、さらにこのプロセスを増幅している、私たちは今、私たちは一度に一つの原子を構築している原子スケールを含め、全く

最大の材料科学のブレークスルー

これらのツールは、軽量車のための炭素繊維複合材料、より耐久性のあるジェットエンジンのための高度な合金、 我々はまた、エネルギー貯蔵と量子コンピューティングのブレークスルーを見ています。 ロボット工学では、新しい材料は、私たちがヒューマノイド、ソフトロボットに必要な人工筋肉を作成するのに役立ちます—あなたの世界でWestworldを考

過去十年間の主要な材料科学のブレークスルーのいくつかを解凍してみましょう。

(1)リチウムイオン電池

スマートフォンから自動運転車まで、あらゆるものに電力を供給するリチウムイオン電池は、1970年代に最初に提案されましたが、1990年代まで市場に出すことができず、ここ数年まで成熟し始めませんでした。

これらの電池は指数関数的な技術であり、三十年にわたって価格が下落しており、1990年から2010年の間に90%、それ以来80%を急落させている。 同時に、彼らは容量の十一倍の増加を見てきました。

しかし、需要を満たすのに十分な生産が継続的な問題となっている。 ネバダ州にある同社のギガファクトリーの一つは、年間20ギガワットのエネルギー貯蔵を停止し、リチウムイオン電池が大規模に生産されたのは初めてである。

ムスクは、100ギガファクトリが地球全体のエネルギー需要を蓄えることができると予測している。 他の企業もこの技術を統合するために迅速に動いています: ルノーはゾーイ電池に基づいて家庭用エネルギー貯蔵を構築しており、BMWの500i3バッテリーパックは英国の国家エネルギーグリッドに統合されており、トヨタ、日産、アウディはすべてパイロットプロジェクトを発表している。

リチウムイオン電池は、再生可能エネルギー貯蔵において引き続き大きな役割を果たし、石炭やガソリンの価格と競争するために太陽光や風力エネル

(2)グラフェン

日常の鉛筆で見つかったのと同じグラファイトから派生し、グラフェンはちょうど一原子の厚さの炭素のシートです。 それはほぼ無重力、しかし鋼鉄より強い200倍です。 電気を伝導し、他のどの知られていた物質もより速く熱を散らす、この超材料に変形の適用がある。

グラフェンは、センサー、高性能トランジスタ、さらには神経細胞が脊髄内で通信するのを助けるゲルを可能にします。 多くの柔軟なデバイス画面、薬物送達システム、3Dプリンタ、ソーラーパネル、および保護布は、グラフェンを使用しています。

製造コストが低下するにつれて、この材料はあらゆる種類の進歩を加速する力を持っています。

(3)ペロブスカイト

今、平均的な太陽電池パネルの”変換効率”は、捕獲された太陽光を電気に変えることができる量の尺度であり、約16%、ワットあたり約3ドルのコストで推移している。

感光性結晶であり、新しい新材料の一つであるペロブスカイトは、シリコンパネルが集めることができるものを倍増させる66パーセントまでそれを得る可能性を秘めています。

ペロブスカイトの成分は広く入手可能であり、安価に組み合わせることができる。 これらすべての要因は何を追加しますか? 皆のための現実的な太陽エネルギー。

ナノ世界の材料

ナノテクノロジーは材料科学の外縁であり、物質操作がナノ小さくなるポイントです。

ナノボットは、より多くの自分自身、またはあなたが望む他のものをより多く生産するように指示することができるマシンです。 そして、これは原子スケールで行われるので、これらのナノボットは、あらゆる種類の材料—土壌、水、空気—原子を原子ごとに引き離し、これらの原材料を使用

ナノの世界では驚くほど進歩が早く、今やナノ製品の群れが市場に出回っています。 再び服を折りたいことはありませんか? 生地へのナノスケールの添加物はそれらがしわを寄せ、汚れることに抵抗するのを助けます。 Windowsをしないのですか? 問題ない! ナノフィルムは、窓のセルフクリーニング、反射防止、および電気を伝導することができるようにします。 あなたの家に太陽を追加したいですか? 太陽のエネルギーを捕らえるナノコーティングがあります。

ナノマテリアルは、より軽い自動車、飛行機、野球のバット、ヘルメット、自転車、荷物、電動工具を作る—リストは続きます。 ハーバード大学の研究者は、幅1ミリメートル未満の小型電池を製造することができるナノスケールの3Dプリンタを構築しました。 そして、あなたはそれらのかさばるVRゴーグルを好きではない場合は、研究者は今、今日のスマートフォンのそれよりも六倍の解像度でスマートコンタクトレン

そして、さらに多くのことが来ています。 今、医学では、薬物送達ナノボットは、癌との戦いに特に有用であることが証明されています。 ハーバード大学の生物工学者は最近、DNAの単一グラムに700テラバイトのデータを格納しているように、コンピューティングは、見知らぬ話です。

環境面では、科学者は大気から二酸化炭素を取り出し、それを製造に使用するための超強力なカーボンナノファイバーに変換することができます。 私たちが太陽を動力とする大規模なシステムでこれを行うことができれば、サハラ砂漠の10分の1の大きさは、大気中のCO2を約10年で産業化前のレベルに減らすことができます。

アプリケーションは無限大です。 そして、速く来る。 次の十年にわたって、非常に、非常に小さいの影響は非常に、非常に大きく取得しようとしています。

最終的な思考

人工知能と量子コンピューティングの助けを借りて、次の十年にわたって、新しい材料の発見は指数関数的に加速します。

そして、これらの新しい発見により、カスタマイズされた材料は一般的に成長します。 将来の膝のインプラントは、構造と組成の両方の面で、各身体の正確なニーズを満たすためにパーソナライズされます。

肉眼では見えませんが、ナノスケールの材料は私たちの日常生活に統合され、医学、エネルギー、スマートフォンなどをシームレスに改善します。

最終的には、先端技術のdemonetizationと民主化への道は、目に見えないイネーブラーと触媒である材料を再設計することから始まります。 私達の未来は私達が作成する材料によって決まります。

(注:この記事は、未来からの抜粋ですあなたが思うよりも速いです—私の新しい本、ちょうど月28日にリリース! あなた自身のコピーを得るためには、ここにかちりと鳴らしなさい!)

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この記事は、もともとに登場しましたdiamandis.com。元の記事を読むここに。

画像提供:食べログのアナンド-クマールさん(元画像)

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