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Andrew Dent, vicepresidente de investigación de bibliotecas y materiales en Material Connexion, es como un sumiller. Presidiendo la biblioteca de materiales más grande del mundo, su trabajo es escuchar los requisitos de sus clientes, una lista que incluye Armani, Chrysler, Calvin Klein, Hermann Miller, Disney, Nike, Toyota y muchos, muchos más, y vengan con un material innovador que se adapte a sus necesidades. Su nivel de obsesión en este campo es tal que hace que Jonathan Ive de Apple, un compañero británico, parezca que nunca ha hecho su tarea.

Durante el festival de innovación de Fast Company a principios de este mes, nos encontramos con Dent durante un recorrido por la biblioteca de materiales de Material Connexion, y le pedimos que identificara un puñado de los materiales de vanguardia que pensó que serían importantes para los diseñadores en los próximos años.

Nanocotriz de grafeno
Cien veces más fuerte que el acero, increíblemente ligero, casi transparente y capaz de una conductividad eficiente de calor y electricidad, el grafeno tiene aplicaciones en energía solar, electrónica, biomedicina y más. Pero es un material relativamente difícil de trabajar y la fabricación de masas en sus formas más puras. La nanocotrera de grafeno permite que otros materiales se recubieran con el material, dándoles la mayoría de las mejores cualidades de grafeno de manera económica y eficiente. Un posible uso de diseño industrial es utilizar nanocotrías de grafeno para ayudar a hacer teléfonos inteligentes más delgados, más ligeros y más fuertes con una mejor duración de la batería.

Karta-Pack (fibra de algodón)
Este material 100% posterior al consumo, que tiene la sensación del algodón pero la rigidez del plástico, está hecho de fibras de algodón recicladas, procedentes de jeans y camisetas descartadas. Además de ayudar a reciclar millones de artículos de ropa por año, Karta-Pack se siente bastante lujoso, lo que lo convierte en una opción interesante para el empaque de alta gama. Imagine desempacar un dispositivo de lo que se siente como algodón rígido. Dent también sugiere que los diseñadores de muebles podrían terminar usando Karta-Pack para crear diseños de muebles moldeados que se sienten como telas, a pesar de que son lo suficientemente fuertes como para soportar el peso de una persona.

¿Cuáles son los nuevos materiales?

Hoy, la revolución científica y tecnológica se está desarrollando rápidamente, los nuevos productos materiales están cambiando con cada día que pasa, y el ritmo de la actualización industrial y el reemplazo de materiales se aceleran.

La nueva tecnología de materiales está integrada con nanotecnología, biotecnología y tecnología de la información.

La integración estructural y funcional y los materiales funcionales se están volviendo más inteligentes.

Las características bajas en carbono, verdes y reciclables para el medio ambiente de los materiales han atraído mucha atención.

Basado en el progreso de la investigación de las instituciones y empresas de investigación conocidas nacionales y extranjeras, las revisiones de los medios científicos y tecnológicos, y la investigación en el punto de moda de la industria, este artículo ha seleccionado 20 nuevos materiales.

La siguiente es la información detallada de los materiales relevantes (en ningún orden particular).

El Premio Nobel de Física 2010 ha hecho que el grafeno caliente en tecnología y mercados de capitales en los últimos años.

En los próximos 5 años, el uso de grafeno crecerá explosivamente en los campos de pantallas fotoeléctricas, semiconductores, pantallas táctiles, dispositivos electrónicos, baterías de almacenamiento de energía, pantallas, sensores, semiconductores, aeroespaciales, militares, materiales compuestos y biomedicina.

El futuro tiene perspectivas importantes en los campos de las ciencias de la vida, la medicina, la astrofísica, etc., y se espera que se use en dispositivos fotoeléctricos como convertidores ópticos, conversiones de señales y almacenamiento de datos.

¿Cuáles son los 6 materiales que cambiaron el mundo?

El éxito de la civilización humana a lo largo de la historia ha dependido de su capacidad para manipular y utilizar los materiales que se encuentran en nuestro planeta. Cada nuevo material proporcionó ventajas que le dieron a las culturas tempranas la capacidad de sobrevivir a los elementos, conquistar la naturaleza, vencer a sus enemigos y construir una vida mejor.

Ahora, nuestro enfoque ha cambiado a diseñar y fabricar materiales completamente nuevos, algunos con el potencial de transformar nuestro mundo nuevamente.

Aquí, exploramos cinco materiales clave que nos llevaron aquí, y cinco más que podrían tener un impacto significativo en el futuro de la humanidad.

El hombre temprano deambulaba un desierto brutal e implacable que literalmente lo habría comido vivo si no usaba lo que la naturaleza le entregaba. Stone fue el primer material en ser diseñado con éxito en herramientas, armas y refugios.

«La piedra es el material crítico que permitió a los humanos más primeros desarrollar armas para protegerse, matar a los alimentos, y en aquellos días obviamente fue importante para la supervivencia», dice Doug Perovic, profesor en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. La Universidad de Toronto.

Como todos los niños saben, los palos son un compañero importante de las piedras, y no más que en los primeros tiempos, para tareas vitales como romper los huesos de los enemigos y recolectar alimentos.

«Donde sea que esté disponible la madera, que por supuesto no está en todas partes, notamos que los seres humanos tienden a usarla al máximo, porque es enormemente versátil, y también es muy fácil trabajar, a diferencia de la mayoría de los otros materiales», dice Robert Friedel, una historia de Historia Profesor de la Universidad de Maryland, y agregó que Wood también proporcionó a las civilizaciones tempranas acceso a herramientas, habitación, infraestructura y transporte, como barcos.

¿Cuál es el material del futuro?

Hasta hace solo unos años, el término Materiales futuros era una palabra de moda; Materiales tan exóticos que encontraron su camino en nuestra imaginación y fueron una necesidad en los últimos programas y películas de ciencia ficción. Los materiales futuros, o más bien el término, han existido durante milenios, cada civilización tenía personas que trabajaban en los mejores materiales para la construcción y la guerra, el bronce y el acero surgieron principalmente como formas de mejorar las armas, la construcción y, en el caso de bronce. , arte, eran mercados secundarios.

Por ejemplo, Nylon apareció e hizo de la seda un jugador menor en la ropa, e incluso reemplazó el metal y el caucho en algunas industrias como la fontanería.

El plástico fue visto como un material milagroso hace solo unas décadas, sin embargo, ahora es visto como un paria por algunos. Algunos de estos materiales pueden estar a décadas de ser útiles para la mayoría de nosotros y otros pueden cambiar nuestro mundo para siempre, antes de 2022.

Los aerogeles son materiales futuros increíbles y verdaderos. Los aerogeles están hechos por el secado supercrítico de geles líquidos de alúmina, cromía, óxido de estaño o carbono que es quizás el más simple de entender; Materiales familiares pero con lotes y lotes, en realidad, cantidades ridículas, de espacio. De hecho, Airgel es 99.8% de espacio. Hay tanto espacio que un cubo de 1 pulgada tiene una superficie interna para cubrir todo un campo de fútbol. El material actualmente posee 15 entradas en el Libro de Registros Guinness para sus propiedades. A veces denominado «humo congelado» (solo mire la imagen a continuación), sus propiedades significan que es un aislante fantástico que puede contener una pila de crayones de cera mientras se calienta desde abajo.

¿Cuál es el beneficio de la creación de nuevos materiales?

Podemos hacer que nuestras vidas sean más convenientes explotando las propiedades de los materiales que nos rodean. Desde el punto de vista opuesto, las propiedades de los materiales determinan la conveniencia de nuestras vidas. Si se descubren nuevos materiales en el futuro, nuestras vidas cambiarán enormemente. Tal descubrimiento está en curso en el mundo nanométrico (un nanómetro es una mil millones de metros).

Como ejemplo típico, se descubrió Fullerene en 1985 (Fig. 1). Este material recién descubierto atrajo mucha atención en ese momento porque su forma característica, que comprende 60 átomos de carbono, es similar a una pelota de fútbol. En 1991, se descubrió un nanotubo de carbono cilíndrico y revocó las creencias comúnmente sostenidas en la nanotecnología. En enero de 2008, el profesor asociado Ryo Kitaura y el profesor Hisanori Shinohara de la Universidad de Nagoya lograron sintetizar un alambre de metal a escala nanómetro.

Los alótropos de carbono se consideraron convencionalmente diamantes y grafito. Se han agregado nanotubos de fullereno y carbono a este grupo.

“En muchos países del este de Asia, 10-9 se llama Jin, lo que significa polvo. La nanotecnología es exactamente eso, la tecnología a escala del polvo. El mundo más pequeño que la escala nanómetro está en el interior de los átomos ”, dice el profesor Shinohara. Es decir, la escala más pequeña directamente vinculada a nosotros es el nanómetro.

En 1959, el Dr. Richard Feynman, un físico estadounidense ganador del premio Nobel, insistió: «Cuando tratamos de investigar las cosas a una escala cada vez más pequeña, alcanzamos un límite, pero aquí es donde hay mucho espacio para la investigación». Ese fue el comienzo de la investigación sobre nanotecnología. En 2000, el ex presidente de los Estados Unidos, Bill Clinton, mencionó la nanotecnología como una tecnología emergente en su discurso del estado de la Unión, lo que hizo ampliamente conocido la nanotecnología.

¿Cuál es el objetivo del diseño de nuevos materiales?

Los objetivos de diseño de WBDG son significativamente importantes: accesible, estética, rentable, funcional/operativa, preservación histórica, productiva, segura/segura y sostenible. Sus interrelaciones deben entenderse, evaluarse y aplicarse adecuadamente a un proyecto para crear un edificio de alto rendimiento. Sin embargo, cada uno es solo un aspecto de un proyecto verdaderamente exitoso, en el que los objetivos del proyecto se identifican temprano en el proceso y las interdependencias de todos los sistemas y materiales de construcción se coordinan, desde la fase de planificación y programación a través de operaciones y mantenimiento. Cada objetivo de diseño se presenta en el contexto de los demás en todo el sitio web de WBDG.

Se refiere a la selección de elementos de construcción sobre la base de los costos del ciclo de vida (opciones de pesaje durante los conceptos, el desarrollo del diseño y la ingeniería de valor), así como la estimación básica de los costos y el control presupuestario.

Se refiere a acciones específicas dentro de un distrito histórico o que afectan un edificio histórico mediante el cual los elementos y estrategias del edificio son clasificables en uno de los cuatro enfoques: preservación, rehabilitación, restauración o reconstrucción.

WBDG es una puerta de entrada a la información actualizada sobre técnicas y tecnologías de diseño integradas de ‘edificio completo’. El objetivo del diseño de ‘edificio completo’ es crear un edificio exitoso de alto rendimiento mediante la aplicación de un diseño integrado y un enfoque de equipo para el proyecto durante las fases de planificación y programación.

¿Qué industria se beneficia más con la formación de nuevos materiales?

El inmenso volumen de desechos generados durante el uso y la producción de materiales obliga a los gobiernos a redactar diversas regulaciones ambientales. Prácticamente todas las industrias enfrentan desafíos mientras reorganizan sus procesos internos desde la perspectiva del ciclo de vida de los materiales. Las empresas en los sectores de construcción, automotriz, envases y fabricantes están integrando materiales sostenibles para reducir su huella de carbono. Finalmente, estos esfuerzos apuntan a disminuir la carga de los desechos en el planeta. Los materiales sostenibles también proporcionan un impulso para los sistemas circulares y permiten la implementación de una economía circular.

La startup india Spectalite tiene la intención de ayudar a las industrias automotriz, logística, envasado, hospitalidad y bienes de consumo con sus objetivos de sostenibilidad. La startup produce compuestos biodegradables y reciclables basados en desechos agrícolas y recursos renovables. Sus productos contribuyen a conservar depósitos y bosques naturales al tiempo que garantizan la escalabilidad y la adaptabilidad para los procesos de fabricación existentes.

Para cumplir con los requisitos de ciertos casos de uso industrial, los materiales novedosos actualmente en desarrollo poseen características específicas de la aplicación. Los avances en la ciencia de los materiales permiten materiales inteligentes con propiedades programables que se comportan o responden a los estímulos de factores externos. Las startups emergentes diseñan materiales y productos con diversas cualidades, desde termo, electro- y foto-crromismo hasta piezoelectricidad, memoria de forma, autocuración y atributos de cambio de fase, entre otras características.

La startup alemana Memetis crea actuadores en miniatura ultra competentes basados en aleaciones de memoria de forma. El inicio permite un efecto de memoria en sus materiales, que también sostienen deformaciones extremas, y luego vuelve a su forma original. Esta propiedad respalda el rendimiento de los actuadores incluso en espacios de instalación pequeños o densos. Memetis ofrece soluciones para la electrónica de consumo, telecomunicaciones, tecnología óptica, movilidad e industria 4.0.

Sorex Sensors es una startup con sede en el Reino Unido que desarrolla sensores de sistema microelectromecánico (MEMS) con sede en el Reino Unido en obleas de silicio utilizando un material piezoeléctrico de película delgada. La startup utiliza la tecnología FBAR para crear un efecto piezoeléctrico, lo que le permite detectar con precisión la temperatura y los cambios de masa en una escala de femtograma. Esto permite que los dispositivos a pequeña escala con requisitos de baja potencia respondan a estímulos externos. Algunos casos de uso de esta solución incluyen metrología de película delgada, así como monitoreo de gas y partículas.

¿Cómo se pueden crear nuevos materiales?

La mayoría de los materiales nuevos se desarrollan a partir de materiales existentes. Los científicos prueban nuevas combinaciones de elementos. Aplican calor y presión a los materiales para impartir nuevas propiedades.

Se necesitan diferentes propiedades dependiendo de dónde se usen los materiales. Los materiales para su uso en el cuerpo humano deben ser no tóxicos y resistentes a la corrosión por la sangre y otros fluidos corporales. Los nuevos materiales de embalaje deben ser baratos de producir, fáciles de reciclar o biodegradables.

Las últimas raquetas deportivas de fibra de carbono y bicicletas son tan livianas como la madera pero tan fuerte como el acero. El diamante es el material más difícil: los enlaces entre sus átomos de carbono son fuertes porque están dispuestos en una estructura tridimensional como un panal. Las fibras de carbono son cadenas de átomos de carbono. Los enlaces entre los átomos dan a las fibras fuerza y rigidez.

Un material que responde a su entorno, como la piel del camaleón, es un material inteligente. La ropa inteligente podría controlar la temperatura de su cuerpo, encenderse en la oscuridad o incluso mantenerse limpia.

Las aleaciones de níquel y titanio tienen memoria de forma. El patrón de los átomos cambia cuando el metal se dobla o se tuerce, pero cuando el metal se calienta, los átomos vuelven a su posición originales. Algunos anteojos tienen marcos hechos de aleaciones de memoria.

¿Cómo se crean los nuevos materiales?

Profesor Asociado de Matemáticas y Estadísticas, Universidad del Sur de Florida

Gregory McColm se encuentra en la facultad de la Universidad del Sur de Florida – Tampa y miembro de la Comisión de Cristalografía Matemática y Teórica de la Unión Internacional de Cristalografía. Sin embargo, es el único responsable de este artículo.

Cuando Thomas Edison quería un filamento para su bombilla, recorrió el mundo recolectando miles de candidatos antes de establecerse en el bambú. (Pasaron años antes de que las personas pudieran hacer que el tungsteno funcionara correctamente). Esa es nuestra forma tradicional de obtener materiales. Recogimos piedras para hachas, madera picada para carcasa y herramientas talladas del hueso.

Luego aprendimos a sintetizar nuevos materiales de los viejos, como dar forma a la arcilla en ladrillos o macetas y hornearlos en piedra. Los plásticos entraron en nuestro repertorio como una mezcla de algodón, ácido y alquitrán de madera.

Gran parte de la búsqueda de materiales novedosos se ha mudado a los laboratorios de ciencias. La búsqueda es más eficiente que cuando Albertus Magnus (supuestamente) sintetizó la piedra del filósofo, pero el juego sigue siendo la casualidad inteligente. Intentamos combinaciones de ingredientes, combinaciones de calefacción, mezcla y otros procesos, y esperamos que uno de ellos funcione. Durante las últimas décadas, un sistema de búsqueda escalado, altamente organizado y automatizado llamado «química combinatoria» ha producido nuevos medicamentos y materiales que incluyen recubrimientos automotrices, materiales de almacenamiento de hidrógeno, materiales para células solares, aleaciones de metales y colorantes orgánicos.

¿Qué materiales podrían cambiar en el futuro para fabricarlo?

Los investigadores están desarrollando materiales que funcionan mejor o que pisan más ligeramente en el planeta, e idealmente hacen ambas cosas.

En el futuro cercano, los materiales naturales, incluidos el cáñamo y el micelio, así como los sintéticos como la fibra de carbono y los plásticos de alto rendimiento podrían desempeñar un papel mucho más importante en el proceso de construcción.

Sintetizado utilizando un nuevo proceso de polimerización, primero se utilizará como un recubrimiento ultrafino para mejorar la durabilidad de los objetos, pero algún día podría convertirse en un material de refuerzo estructural para los edificios.

La compañía canadiense Carbicrete ha desarrollado un método para secuestrar carbono en concreto, alegando que su producto captura más carbono de lo que emite.

En lugar del cemento a base de calcio, que es altamente emisor de CO2, Carbicrete se basa en la escoria de los desechos de la industria del acero más el carbono capturado de las plantas industriales. Se ha utilizado para hacer unidades de mampostería de concreto y paneles prefabricados.

Diseñados por investigadores de la Escuela de Diseño e Innovación de la India en Mumbai, estos biobricks están hechos de fibras luffa de suelo, cemento, carbón y orgánicos, mejor conocido como Loofah, la planta comúnmente utilizada para esponjas de baño.

Las brechas naturales en la red fibrosa de Loofá permiten que los ladrillos se dupliquen como hogar para la vida animal y vegetal, aumentando la biodiversidad de las ciudades.

La placa de construcción de Honext está hecha de papel que ya ha pasado por varios ciclos de reutilización, lo que significa que las fibras de celulosa restantes son demasiado cortas para estar unidas para que se convierta en papel nuevamente.