матеріали

Останнім часом багато говорять про алюміній як замінник сталі, а також графен як новий матеріал із незліченними застосуваннями. З цієї причини я вирішив провести первинне опитування, яке, як я сподіваюся, стане відправною точкою для аналізу ринку та навколишнього середовища.

Перш за все, і перед початком роботи, я хотів би подякувати Хаві Роблесу за натхнення даною статтею і за його мудрий коментар щодо зручності вивчення так званих продуктів-замінників, серед яких ми можемо включити обидва матеріали, які вже давно включені в наше життя і матеріали знову. штамп.

Після цього параграфа я почну з більш основних і відомих матеріалів і, нарешті, закінчу з графеном, який, згідно з чудесами, які обговорюються в деяких ЗМІ, здається манною XXI століття і тією, що сяє поза небом незважаючи на своє найскромніше та чорне походження.

Сталь

Матеріал, що народився в результаті злиття заліза та вугілля, походить із 3000 р. До н. за даними деяких археологічних досліджень. Цей матеріал використовувався для безлічі цілей, від виготовлення вогнепальної зброї до будівництва корпусу човнів, автомобілів, посуду, форм, механічної обробки тощо.

Про сталь мало що можна дізнатись, чого ми ще не знаємо. Це хороший провідник електрики та тепла, і в порівнянні з алюмінієм його легше переробляти і має більш високу поверхневу твердість. Сьогодні це так присутній у більшості того, що нас оточує.

Зростання попиту стрімко зріс у процесі промислової революції, оскільки це був матеріал, з якого були зроблені наші мрії про машини, що підвищують продуктивність, транспортна революція та заводи, що обіцяли час пишноти та достатку, зроблені із залишків заліза. У наші дні це необхідний матеріалі для багатьох галузей промисловості та у виробництві загалом.

світового виробництва сталі валовий у 2014 році досяг 1,662 млн. Тонн.

Алюміній

Існує певна суперечка щодо того, кому приписувати "винахід" алюмінію, і ця суперечка походить від факту ступеня чистоти, досягнутого в результаті процесів, розроблених Гансом Крістіаном Ерстедом. У 1825 р. Містеру Ерстеду вдалося синтезувати алюміній, але він був не зовсім чистим. У 1827 році Фрідріху Велеру вдалося отримати алюміній завдяки відновленню хлориду алюмінію та із застосуванням калію, хоча він містить оксиди та інші домішки. У 1845 році він вдосконалив процес, усунувши достатню кількість домішок, щоб вважати його алюмінієм і представляти його характеристики. Нарешті, в 1888 рік, Charles Martin Hall випускає перший комерційний алюміній на фабриці Пітсбурзької редукційної компанії, яка тепер відома як Алкоа. ціни впали до однієї шостої всього за п’ять років. До того часу алюміній був предметом розкоші з високою ціною завдяки собівартості продукції, ставши більш доступним матеріалом.

Серед найпомітніших його особливостей - це стійкість до корозії та окислення, його вага (близько третини ваги міді або сталі), його стан як немагнітного матеріалу, його відсутність токсичності, непроникність і висока ємність для переробки в 100% без втрати майна. Не дивно, що це найпоширеніший метал після сталі, оскільки він пропонує практично всі характеристики сталі з перевага ваги та стійкості до корозії та окислення. Щоб отримати уявлення про довговічність матеріалу, деякі аналізи підраховують, що близько 75% всього алюмінію, виробленого за весь час існування, все ще використовується.

Спосіб отримання

З самого початку проблема полягала в пошуку способу вигідного його видобутку в промислових кількостях. Видобуток бокситів було дорогим і складним. Алкоа знайшов.

В даний час екстракція проводиться з мінералу, відомого як боксит, шляхом послідовного електролізу.

Головна ахілесова п’ята

Основний недолік алюмінію полягає у великій кількості необхідної електричної енергії, що збільшує виробничі витрати. Однак він має низьку вартість переробки та, отже, тривалий термін служби. Переробка забезпечує економію енергії на 95% порівняно з отриманням алюмінію вперше.

Програми

* Електричний сектор: Транспорт електроенергії більш ефективний з алюмінієм, ніж з міддю.

* Сектор зв'язку: Антени для телебачення та супутників.

* Автомобільна промисловість: З економічних міркувань. Литі деталі та профілі екструзії, такі як поршні, колеса, редуктори, підвісні вузли, радіатори та конструкції або кузови.

Легкість, зменшення ваги автомобіля до 30% (економія пального та менший відсоток забруднення).

* Залізничний сектор: Алюміній у локомотивах. Економія енергії досягається завдяки тому, що алюміній - це легкий матеріал.

* Будівництво та будівництво: Його використання є більшістю в Іспанії серед металів. Віконні та дверні конструкції.

* Годування: Банки, алюмінієва фольга, тетра цегла,. Вони захищають вміст протягом тривалих періодів та уникають токсичності, оскільки алюміній порівняно зі сталлю є нетоксичним. У 2006 році дві з кожних трьох банок для напоїв були перероблені.

* Препарати: В самих обгортках.

світового виробництва алюмінію у 2014 році він перевищив 50 мільйонів тонн.

Поліетилен високої та низької щільності

Пластмаси дедалі більше цінуються в автомобільній промисловості, замінюючи сталь у багатьох випадках. Однак я збираюся зупинитися на одному з типів пластик дуже конкретно, поліетилен високої щільності, матеріал, що використовується для виготовлення легших, міцніших та дешевших танків та великих суден ніж їх металеві аналоги. Цей матеріал складається з поліетиленових смол.

Основними перевагами є:

- Це не змінює властивостей (запаху та смаку) продукту (води, їжі.) Зберігання та забруднення.

- Корозійно стійкий.

- Стійкість до поломок, відсутність тріщин і витоків.

- Простота монтажу, транспортування та обслуговування.

Використовуйте

* Еупаковка харчового сектору

Пляшки з водою, ємності з маргарином, мішки для сміття (низької щільності).

* Зберігання

Ємності для зберігання, сміттєві контейнери.

* Трубопроводи

Для проведення води або будь-якої іншої стихії.

* Іграшки

У 2007 році було підраховано, що третина іграшок виготовляється з цього матеріалу.

Вуглецеве волокно

Отримується шляхом з’єднання синтетичних волокон (вуглецеві нитки, полімер, перетворений у волокно) зі смолоюs. Процес виготовлення може зайняти навіть місяці залежно від бажаної якості, оскільки існує багато видів вуглецевого волокна.

Його характеристики включають його легкість, низька щільність (у 4,5 рази нижча за сталь), її ізоляція та її витривалість як фізичні (втричі вищі за сталеві та стійкі до корозії, вогню та хімічних речовин), так і тимчасові.

Використовуйте

* Автомобільний сектор: Посилене вуглецеве волокно використовується для зменшення ваги автомобілів, а отже, і вартості палива та забруднення.

* Авіаційний сектор: Цей матеріал використовує літаки компанії Boeing.

* Елітні, високопродуктивні предмети: Від лиж до вудок, велосипедів чи ключок для гольфу.

Склопластик

Відповідний матеріал для робіт біля моря або води, як вона є несприйнятливий до корозіїn. Тому вважається, що це може замінити сталь цементом (або подібним) у будівельному секторі.

Використовуйте

* Будівництво: Цементні розчини, азбестозамінник, оздоблення.

Графен

Відомо з 30-х років, це було в 2004 році, коли росіянам Новолесову та Гейму вдалося ізолювати його при кімнатній температурі, отримавши Нобелівську премію 2010 року і довівши неправильну теорію, що до цього часу панувала, що це був матеріал, занадто нестабільний для використання. графен утворюється шляхом отримання a атомна структура чистого вуглецю в клітинній формішестикутна s з товщиною одного атома і зв’язаною ковалентними зв’язками, ідеальна структура, яка проявляє симетрію. Отримується графіту, який вже використовується для виготовлення свинцю для олівців. Серед його характеристик можна виділити, що це так дуже легкий, гнучкий, твердий як діамант, стійкий, дуже хороший провідник електрики (в сто разів кращий, ніж кремній та мідь) і нагрівання, і нарешті дуже стабільний в умовах тиску,

Проблема полягає в складність отримання оскільки непросто запобігти іншим молекулам «забруднити» результат, змінивши структуру і втрачаючи тим самим чудові властивості, що приписуються цьому матеріалу. З цієї причини цей матеріал зазвичай отримують в університетах і в дуже небагатьох компаніях, оскільки його мета експериментальна. Складність і вартість процесу отримання такі, що деякі компанії продають графіт, ніби це графен, а також графен з недоліками, втрачаючи більшу частину характеристик, що визначають цей матеріал. Коротше, Отримання графену важко, дорого і забруднює В даний час він виробляється в невеликих кількостях, як правило, в лабораторіях у вигляді плівок для дослідницьких проектів. завдання полягає у виробництві матеріалу в промислових масштабах за розумну вартість, оскільки в його момент це було отримання алюмінію.

Методи отримання

* Видаліть графіт скотчем

За допомогою цього методу отримують високоякісний графен, але виробництво є мізерним, і, отже, воно не життєздатне з промислової точки зору.

Вище виробництво, але недостатня якість.

Презентація

* В аркуші: Висока якість, зберігає властивості. Застосовується в електроніці, авіації. Мала кількість і дорога.

* Порошок: низька якість, втрачає властивості. Вище виробництво і дешевше.

Щодо продуктів, які надходять на ринок, я практично лише спостерігаю експериментальне застосування та лабораторні дослідження. Незважаючи на це, щоб отримати уявлення про величину його переваг та високий потенціал, я збираюся представити деякі способи його використання, як тільки буде вирішено питання про життєздатність процесу з промислової точки зору (велике виробництво за розумну вартість). Ми повинні взяти до уваги випадок з алюмінієм, який був предметом розкоші, поки не було знайдено спосіб його отримання масою, як ми вже зазначили вище.

Деякі способи використання:

* Енергія

Його опір, ізоляційна здатність, атомна конфігурація та здатність використовувати енергію роблять його ідеальним матеріалом для електростанцій усіх видів, як атомних, комбінованих, теплових, гідроелектричних, сонячних.

Прозорі сонячні панелі вже виготовляються, що може дозволити їх використання вздовж фасадів будівель, що оголюють більшу кількість поверхні, і, крім того, більше отримання енергії від сонця. Графен забезпечив би необхідну прозорість та гнучкість.

Водневі батареї, які використовують графен як ізолюючий матеріал для зазначеного водню, досліджуються. Він може бути використаний для накопичення енергії, що дозволяє вирішити одну із проблем, яка сьогодні є виробництвом електроенергії та втратою надлишку. Розмовляють про його специфічне використання в електродах та мембранах паливних елементів, що обмінюються протонами. Аналогічним чином досліджується ємність зберігання недосконалого графена та його використання в якості суперконденсаторів.

* Водіння

Він вважається надпровідником, тому він може дозволити передачу енергії на дуже великі відстані від місця його походження, незалежно від того, наскільки він віддалений від місця призначення. Уможливлює швидше і менше виробництво чіпів.

Крім того, його провідність може зробити його заміною таким матеріалам, як золото, мідь або кремній.

* ДОвилучення графену

Він складається з поєднання графену з пластмасами та металами, що забезпечують велику легкість та стійкість. Літаки, супутники, машини, будівлі. все це та багато іншого можна було зробити з графеном.

У 2015 році був представлений автомобіль GTA SPANO, виготовлений частково з графена.

* телефони

Індустрія мобільних телефонів зацікавлена ​​у його використанні. Насправді з 2015 року вже існує якийсь експериментальний прототип (акумулятор, сенсорні екрани з більшою чутливістю та меншим енергоспоживанням і, отже, більшою автономністю) .

Цього тижня було оголошено, що група вчених зі Стенфордського університету створила алюмінієву батарею, здатну зарядити мобільний телефон за одну хвилину. Це алюмінієва акумуляторна батарея, що використовує графіт для позитивно зарядженого катода та алюміній для негативно зарядженого анода для живлення батареї. Ця батарея зможе виконувати понад 7500 зарядів, не втрачаючи ємності, тоді як літієва батарея розряджається на 1000 підзарядки.

* Нанотехнології

Завдяки своїм характеристикам цей матеріал ідеально підходить для розробки нанотехнологічних пристроїв.

* Мредагувати

Виробництво протезів або процедур може бути іншим використанням цього молодого матеріалу.

Університет Манчестера після досліджень дійшов висновку, що оксид графену токсичний для аномальних клітин та нешкідливий для здорових клітин при раку легенів та молочної залози. Однак ми повинні мати на увазі, що, навіть якщо це було правдою, фармацевтичні та медичні дослідження вимагають протоколів, які означали б можливе їх застосування протягом декількох десятиліть, тому його використання як лікування неминуче.

* Носні речі

Зменшена товщина, вага та електричні властивості роблять його ідеальним матеріалом для виготовлення цієї технології для зносу.

Здоров’я та довкілля

Нещодавно деякі ЗМІ вказували на можливий негативний вплив на здоров'я наночастинок, що потрапляють у повітря та водне середовище. У відповідь стверджується, що вони "укладені" в дуже стабільну структуру, яка не дозволяє їх звільненню.

Країни

Китай містить 70% світових запасів графіту, тому інтерес, який цей новий матеріал викликав у цьому регіоні, нікого не дивує. Китайський уряд сприяє дослідженню та виробництву графену і є однією з країн з найбільшою кількістю патентів, пов'язаних з цим продуктом.

Завершення

графен це матеріал майбутнього? Звичайно, але спочатку треба знайти вигідний спосіб його виробництва і використовувати його в промислових масштабах, а не лише для експериментальних цілей в лабораторіях університетів або компаній, які виступають постачальниками науково-дослідних центрів.

вуглецеве волокно Вона повинна мати більшу присутність, хоча саме ціна обмежує її розширення. Його легкість і стійкість роблять цей матеріал одним з найцікавіших для виробництва літаків, оскільки він зменшує вагу і, отже, витрату палива. Цей матеріал вже використовується в безлічі висококласних конкурентних або високоякісних виробів завдяки кращим характеристикам.

заміна сталі іншими матеріалами його виробляють у багатьох галузях промисловості. Однак цей процес ведеться дуже повільний з різних причин, таких як вартість виготовлення або певні характеристики, які пропонує сталь стосовно інших матеріалів. Крім того, слід мати на увазі, що еволюція цього матеріалу продовжує відбуватися, що часто зводить нанівець конкурентні переваги його замінника. Щоб навести дуже простий приклад, нержавіюча сталь є стійкою до корозії, що виключає недоліки корозії, або армована сталь збільшує міцність. процес заміни триватиме хоча сталь ще довго не зникне з нашого життя, на мій погляд. Прогнози вказують на поступовий перехід від сталі до алюмінію, особливо в автомобільній та харчовій промисловості та, загалом, у багатьох інших секторах.

Можливо, якийсь інший матеріал, який використовується в галузі або має певний інтерес, був проігнорований, хоча я думаю, що тут були відображені основні товари, що використовуються на ринку.

Користувачі, яким подобається ця стаття: