Nutiseadmed on arenenud tohutu kiirusega. On lihtne unustada, et kõigest kümme aastat tagasi kasutasenamik meist Nokia nuputelefone ja kineskoobiga telereid. Seda kiiret muutust on lisaks elektroonika arengule pidevalt toetanud ka edasiminekud materjaliteaduses. Tarbijad nõuavad seadmeid, mis on õhukesed ja kerged, aga samas ka tugevad ja efektiivsed. Vahel nõuab see aga täiesti uute materjalide kasutuselevõttu.
Teadlased ja insenerid töötavad pidevalt nii nutiseadmete tootjate kui ülikoolide juures, et valmistada uusi materjale, mis mängivad võtmerolli tuleviku nutitelefonides, tahvelarvutites, autodes ja muudes seadmetes. Uurime viit sellist materjali selles artiklis.
Enamik meid ümbritsevat maailma sõltub mingil määral süsinikust. Näiliselt lõputute võimalustega elementi tuntakse juba antiikajast, see moodustab suure osa meie kehast ja on suuresti meie materjaliteaduste aluseks. Pole siis ka ime, et üks lootust andvamaid materjale, millega laborites katsetusi tehakse põhineb ka süsinikul – grafeen.
Gafeen muudab oluliselt elektroonikatööstust
Grafeen on esimene kahemõõtmeline materjal, mille inimkond avastas. Tegu ühe süsiniku aatomi paksusese lehega, milles süsiniku aatomid moodustavad kärjekujulise struktuuri. See omapärane ülesehitus tagab grafeenile mitmeid väga erilisi omadusi nagu suur vastupidavus ja hea elektrijuhtivus. Grafeen on kõige kergem materjal, mida me teame, ent samas on see ligi 200 korda tugevam kui teras.
Tänu erakordsetele omadustele loodetakse tulevikus grafeeni kasutada, et parandada pea igat aspekti meie seadmetes. Näiteks on võimalik selle abil luua ränist tehtud transistoritest oluliselt õhemaid alternatiive. See tähendab väiksemaid protsessoreid, mis on samal ajal ka märksa kiiremad.
Grafeen jõuab ka teistesse elektroonikakomponentidesse. Teadlased on loonud grafeeni sisaldava liitiumaku, mis võib nutisedmetes suurendada aku vastupidavust ja laadimise kiirust. Palju on räägitud ka grafeeni abil loodud painduvatest nutitelefonidest. See on võimalik, kuna grafeen on väga kergesti painduv ja läbipaistev.
Grafeeni kasutuselevõttu piirab hetkel oluliselt selle tootmise hind. Tegu on ka küllaltki uue materjaliga, mis avastati alles 2010. aastal. Seetõttu võib kuluda veel veidi aega, kuni see meie elektroonikasse jõuab. See aeg on aga kiirelt lähenemas.
Willow-klaas katab sinu nutiseadmeid juba varsti
Corning on tehnoloogia maailmas tuntud peamiselt Gorilla-klaasi tootjana. Nende ääretult tugev klaas katab pea kõiki praegu poes müüdavaid nutitelefone. Ettevõte ei plaani aga loorberitele puhkama jääda ja juba praegu on neil Gorilla-klaasile järeltulija arenduses.
Corningu Willow-klaason väga õhuke (umbes tavalise A4 koopiapaberi paksune). Võrreldes Gorilla-klaasiga on see ka painduv, võimaldades luua kumeraid ekraane. Selle arenduses on palju rõhku pandud ka heale koostööle teiste nutiseadmete komponentidega. Näiteks toimib see puutesensoritega paremini kui varasemad klaasid ja võimaldab ekraane niiskuse ning hapniku eest tõhusamalt kaitsta.
Willow-klaaspole veel tavakasutajatele kättesaadav, kuid järjest enam tootjaid on huvitatud painduvatest nutiseadmetest. See tähendab, et varsti võib teie telefoni katta just see klaas.
Nanotselluloos teeb telefoni painduvaks
Tselluloos on taime rakukestades leiduv jäik materjal, mida kasutatakse peamiselt paberi ja papi tootmiseks. 1970-ndatel leiti aga viis, kuidas tselluloosist nanotselluloosi toota, millel on paberiga võrreldes hoopis teised omadused.
Nanotselluloos on väga kerge, läbipaistev ja juhib elektrit, tänu millele saab sellega lahendada mitmeid elektroonika juures esinevaid probleeme. Sarnaselt grafeenile kasutatakse ka nanotselluloosi painduvate ekraanide ja akude valmistamiseks. See tähendab, et futuristlik nutitelefon, mille vajadusel ümber randme saab keerata, ei olegi nii kaugel, kui arvata võib.
Nanotselluloosi toodetakse juba küllaltki suures mahtudes ja huvi selle vastu on kasvanud. Seega võib seda juba lähiaastatel toodetes leida.
Metallvaht muudab auto salongi müravabaks
Metallvahuks kutsutakse metalle, milles on palju gaasiga täidetud poore. See tähendab, et ühest küljest on materjal väga tugev, ent kuna enam kui kolmveerand sellest on tühi, on see ka väga kerge. Nagu juba eelnevate materjalide puhul näha, annab tugev,aga kerge kooslus palju huvitavaid kasutusvõimalusi.
Peamiselt uuritakse metallvahu kasutamist proteeside juures ning ning heli- ja sooja isolaatorina ehitistel. Ka auto tootjad tunnevad materjali vastu suurt huvi, kuna sellel on hea löögisummutusvõime ja see lisab autole palju tugevust ilma liigse massita. Autodele on kasulik ka hea heli isoleerimisvõime.
Praegu on olemas küll erinevaid mõtteid ja lahendusi metallvahu kasutamiseks, kuid laiemalt näeme selle materjali levikut ilmselt järgnevate kümnendite jooksul.
Bioloogia inspireerib
Teadlased on otsinud inspiratsiooni ka materjalidest, millest koosneme me ise. Kuna meie pärilik info on talletatud molekuli nimega DNA, otsitakse viise selle molekuli abil muud meile vajalikku informatsiooni talletada. DNA andmetihedus ületab oluliselt tänapäeval levinud andmekandjaid ja see püsib stabiilsena sajandeid. Ühejuba demonstreeritud meetodi abilsaaks kogu maailma digitaalse informatsiooni salvestada umbes üheksas liitris DNA-lahuses.
Bioloogia inspireerib ka arvuteid ehitavaid teadlasi. Kasutades meie kehas toimivaid protsesseon teadlased loonud bioloogilised süsteemid, mis toimuvad kui arvutid. See tehnoloogia võimaldab tulevikus luua arvuteid, mis suudavad end ise parandada, väga väikeseid sensoreid, mis annavad infot meie rakkudes toimuva kohta, väga efektiivseid kemikaalivabrikuid ja palju muud.
Paremad seadmed nõuavad paremaid materjale. Apple ei räägi oma ettekannetes ilmaasjata suure uhkusega oma uutest sulamitest ja keraamilistest kelladest. Nad on nende tehnoloogiate üle uhked, kuna need võimaldavad luua seadmeid, mida ei peetud mõne aastakümne eest võimalikuks. Õnneks on näha, et materjaliteadustes toimub tohutult kiire areng ja igal aastal kogeme seda ka oma nutiseadmetes.
Foto: Idaho National Laboratory \ Flickr
