Какие материалы дали названия целым эпохам: Невидимые и сверхпроводящие: ученые создают материалы будущего

Невидимые и сверхпроводящие: ученые создают материалы будущего

17 ноября 2020 годаСМИ о нас

РИА «Новости»

МОСКВА, 17 ноя — РИА Новости. На всем протяжении истории человечества освоение новых материалов оказывало ключевое влияние на развитие цивилизации. Природный камень, бронза и железо дали названия целым эпохам. В 20–30-е годы ХХ века наступила эра полимеров, и с тех пор нельзя представить нашу жизнь без пластика и резины. Спустя несколько десятилетий на первый план вышел кремний, который дал импульс современному развитию электроники и цифровых технологий. Сегодня ученые переходят к созданию новейших материалов со свойствами, которые не встречаются в природе. О последних научных достижениях в этой сфере рассказали исследователи из российских университетов, входящих в Проект «5-100».

Материалы с «невозможными» свойствами

Во многих лабораториях мира исследователи работают над созданием «метаматериалов», свойства которых выходят за пределы свойств образующих их компонентов. С физической точки зрения они представляют собой искусственно сформированные и особым образом выстроенные структуры, обладающие недостижимыми в природе электромагнитными или оптическими свойствами.

В перспективе новые материалы позволят добиться невидимости, создать универсальные беспроводные зарядные устройства и системы для хранения информации огромных объемов, управлять свойствами сверхпроводников.

Невидимость, столь популярная в произведениях писателей-фантастов, может относиться не только к оптическим свойствам объектов. Шум, от которого мы защищены, невидим, как и физические удары, которых мы не чувствуем. Современные материалы позволяют добиться «невидимости» для защиты солдат, транспортных средств и многого другого.

В 2020 году Forbes сообщил, что Армейская исследовательская лаборатория США (ARL) финансирует исследования по созданию метаматериалов, которые могут направлять энергию механических волн вокруг объектов, защищая их от взрывов, ударных волн, землетрясений или вибрации. Подобные разработки могут сделать подводную лодку или мост «невидимыми» для механической энергии.

Покрытие-невидимка

Российские ученые придумали, как создать плоское стелс-покрытие, которое может скрывать от радаров и других систем обнаружения любые объекты вытянутой формы (антенны самолетов, мачты кораблей). Результаты были опубликованы в журнале Scientific Reports.

«Мы придумали специальное покрытие, основанное на идеальном магнитном дипольном рассеивателе, которое превращает вытянутый металлический объект с электрическим откликом в объект с магнитным откликом. В результате подобный объект становится невидимым», — рассказал один из авторов работы, сотрудник НИТУ «МИСиС» Алексей Башарин.

Для этого ученые подобрали такую структуру «плоского» метаматериала, которая почти не взаимодействует с падающими на нее электромагнитными волнами, «пропуская» их через себя.

Материал представляет собой набор из металлических и диэлектрических наночастиц, которые уложены в повторяющийся узор. Этот «рисунок» устроен таким образом, что скрываемый им предмет перестает взаимодействовать с электрической компонентой света и не рассеивает ее. Благодаря этому можно избежать появления эффектов, которые выдают существование «невидимого» объекта, а также идеально изолировать различные излучатели, к примеру, антенны спутников, расположенные близко друг к другу.

В ближайшее время ученые планируют создать усовершенствованную версию покрытия, которая будет взаимодействовать не только с электрической компонентой электромагнитных волн, но и с их магнитной составляющей. Экспериментальное создание подобных структур, как считает Алексей Башарин, станет большим шагом к созданию идеальной невидимости.

Передача энергии без проводов

Ученые из Университета ИТМО разработали метаматериал, который может передавать энергию беспроводным способом. Он позволит создавать универсальные зарядные устройства для подзарядки сразу же нескольких гаджетов и мелкой электроники одновременно.

Передающий резонатор, созданный из нового метаматериала, может работать на нескольких частотах, обеспечивая подзарядку беспроводных приемников, относящихся к разным стандартам беспроводной передачи энергии. Это происходит благодаря уникальной конструкции резонатора, состоящего из массива параллельных проводников, соединенных друг с другом по краям емкостными элементами.

«У нашего метаматериала много уникальных свойств. Например, у него есть несколько резонансных частот, на которых ближнее магнитное поле имеет равномерное распределение вдоль поверхности резонатора, а электрическое поле сильно подавлено в емкостных элементах структуры. Работая на этих частотах, энергию можно передавать сразу к нескольким приемникам „по воздуху“ с помощью ближнего магнитного поля, увеличив эффективность и безопасность системы», — пояснила научный сотрудник Университета ИТМО Полина Капитанова.

Ученые уже создали прототип нового универсального зарядного устройства. Его работу они проверили, подключив светодиодные нагрузки к разным типам беспроводных приемников и разместив их над передающим резонатором на основе метаматериала. Зарядное устройство стабильно передавало энергию на трех различных частотах, снабжая ей все приемные устройства. Результаты были опубликованы в научном журнале Applied Physics Letters.

Управление сверхпроводимостью

В 2020 году широкий резонанс вызвало научное достижение, связанное с заявлением о создании первого сверхпроводника, активного при комнатных температурах. Такого рода технологии, по словам авторов, позволят отказаться от использования электрических батарей.

Сверхпроводники — это материалы, способные проводить электричество без сопротивления. Сверхпроводимость входит в число наиболее выдающихся открытий XX века. Существуют прототипы квантовых компьютеров, использующие сверхпроводниковые элементы для хранения информации. Сверхпроводники также используют для создания мощного магнитного поля, к примеру, в проекте Международного экспериментального термоядерного реактора ITER.

Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) предложили новый инструмент изменения и управления свойствами сверхпроводящих материалов за счет изменения геометрии материала — сворачивания в тонкую трубочку. До этого традиционным способом контролирования свойств было введение дополнительных примесей в материал, добавление дефектов.

В процессе моделирования исследователи обнаружили интересный эффект: под действием электрического тока в свернутом виде у материала (ниобия) изменяется конфигурация циркулирующих сверхпроводящих токов. В результате у материала одновременно существуют проводящие и непроводящие участки, и на эти состояния можно влиять, меняя параметры магнитного поля. В перспективе это открытие позволит управлять свойствами сверхпроводников.

Как отмечают авторы статьи, опубликованной в журнале Communications Physics, если сверхпроводящие свойства ниобия в плоской структуре уже хорошо изучены, то свойства материала при другой геометрии — когда они свернуты в трубочку — не изучены достаточно, при этом не существует инструмента для их прогнозирования. Исследователи предложили модели для подобного прогнозирования свойств.

Недорогие наноструктурные пленки

Еще одни современный материал — металлические пленки с упорядоченной наноразмерной структурой — обладает уникальными свойствами, которые позволяют ученым контролировать магнитные поля и перемагничивать эти пленки. Это дает возможность создавать системы для записи и надежного хранения огромных объемов информации или сенсоры магнитных наночастиц, с помощью которых можно отслеживать состояние крови пациента, концентрацию в ней частиц, скорость высвобождения и усвоения лекарственного препарата в организме.

Создание упорядоченного массива наноразмерных отверстий с одинаковым диаметром на большой площади — задача сложная и затратная, во всяком случае, если решать ее напрямую, создавая отверстия в сплошной пленке. Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) пошли по другому, менее затратному пути и предложили использовать эффект самосборки или самоорганизации.

Этот эффект заключается в применении технологии анодирования алюминия для получения пористых поверхностей с небольшой модификацией, позволяющей получать отверстия с хорошо контролируемым диаметром, упорядоченные в гексагональную решетку. Анодированный слой алюминия состоит из очень твердого материала с химической формулой Al2O3, который в кристаллическом состоянии известен как корунд или сапфир. В результате процесса самоорганизации пор получается поверхность, напоминающая пчелиные соты, уменьшенные приблизительно в миллион раз.

Подложку из алюминия с упорядоченными порами разработали еще четверть века назад. В последние годы ее используют как основу для нанесения пленок, в том числе магнитных, и как шаблон для выращивания металлических нанопроводов.

Физики УрФУ совместно с исследователями Института материаловедения Мадрида (Испания) при помощи известного метода получили уникальную аморфную пленку TbCo с перпендикулярной магнитной анизотропией. Результаты работы представлены в журнале Nanotechnology

«Необычен этот материал тем, что в нем присутствуют две магнитные подрешетки, магнитные моменты которых направлены в противоположные стороны. Для определенных составов пленки при ее нагреве или охлаждении будут существенно изменяться ее магнитные свойства. Например, будет доминировать магнитный момент тербия, кобальта, либо они окажутся практически равными. Это свойство может оказаться особенно полезно при создании сред для магнитной записи информации», — рассказал старший научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ Никита Кулеш.

Магнитная пленка с наноразмерными отверстиями интересна тем, что позволяет преодолеть так называемый суперпарамагнитный предел — когда размер бита становится настолько мал, что энергия тепловых колебаний начинает преобладать над энергией магнитной анизотропии, сообщили ученые.

На данный момент в УрФУ реализован полный цикл создания наноперфорированных пленочных образцов разных составов покрытия. В том числе осуществляется электрохимический синтез пористых подложек анодированного алюминия с различным диаметром отверстий или массивом наноразмерных выпуклостей, проводится осаждение пленочных покрытий с прецизионным контролем состава и толщины, а также имеется оборудование для исследования полученных образцов.

Проект «5-100», реализуемый в рамках национального проекта «Образование», призван способствовать наращиванию научно-исследовательского потенциала российских университетов, укреплению их конкурентных позиций на глобальном рынке образовательных услуг.

Материалы, которые навсегда изменили историю человечества

Место находки: Сентгабель, Верхняя Гаронна, Франция. // commons.wikimedia.org

 

Как новые материалы меняли жизнь человечества? Какой самый важный материал современности? В проекте «Мир вещей. Из чего сделано будущее» совместно с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО) рассказываем о последних открытиях и перспективных достижениях науки о материалах.

Главные материалы, изменившие человеческую историю, — это природный камень, бронза, железо, полимеры и кремний. Первые три материала, которые дали названия целым эпохам развития человечества — каменный век, бронзовый век, железный век, — между собой различаются по твердости и трещиностойкости — ключевым характеристикам, которые позволяют оценить полезность материала для изготовления ножей, топоров, мечей и других предметов.

Примеры: каменные орудия и орудия, изготовленные при помощи каменных инструментов.

 

Самым древним каменным орудиям, известным сегодня, 3,3 миллиона лет.

Ашельская культура (1,76 млн — 150/120 тыс. лет назад) культура раннего палеолита. Первая человеческая культура, покинувшая пределы Африки.

Не из всякого камня можно было изготовить пригодные орудия. Идеальный кандидат должен был быть твердым, иметь острый скол и высокую трещиностойкость.

Древние люди ценили высокую твердость камня: обрабатывали им дерево, использовали в качестве плуга или оружия. Но у него есть недостаток — низкая трещиностойкость, поэтому каменные орудия недолговечны. 

Люди использовали разные типы камней для изготовления орудий. Наиболее широко применялся кремень, а в вулканических районах распространен и пользовался популярностью обсидиан. В некоторых древнейших захоронениях были обнаружены кристаллы горного хрусталя, что говорит о том, что уже древние люди собирали минералы и интересовались ими.

Примеры: бронзовые статуэтки, мечи, кинжалы, церемониальные и культовые предметы.

 

Небесный диск из Небры. ок. XVII в. до н. э. Археологический музей, Галле

 

Мечи бронзового века из Апы (Румыния), около XVII в. до н. э.

 

Медный слиток с Крита. Минойская цивилизация.

 

 

Минойская цивилизация относится к эгейской цивилизации бронзового века острова Крит (2700—1400 гг. до н. э.). Основные очаги располагались в Кноссе, Фесте, Закросе и Тилиссе.

Трещиностойкость у металлов на порядок выше, чем у камней. Когда люди научились выплавлять бронзу, они получили более долговечные орудия, которые не скалываются и не крошатся, как камень, после нескольких использований. В жизни человека появились новые отрасли и профессии: обработка и литье металлов, ковка и гравировка. Новые мастера производили украшения, элементы одежды, оружие, доспехи, инструменты для быта и земледелия. Бронза в руках людей создала новые рынки, которые привели к росту международной торговли и установлению новых культурных связей — бронзовые изделия экспортировались в регионы, где их не производили.

 

Открытие бронзы — одно из самых нетривиальных открытий человечества. Дело в том, что бронза — это сплав меди с оловом. Медь достаточно распространена в природе, а вот олово более редкий металл, в природе встречающийся не в чистом виде и не там же, где есть медь. Основным источником олова является минерал касситерит (SnO2), выплавить из которого олово совсем не тривиально, и главным и чуть ли не единственным месторождением касситерита в Древнем мире было месторождение на территории современной Англии, очень далеко от тогдашних центров цивилизации.

Сталь — сплав железа с углеродом (и другими элементами), содержащий не менее 45% железа и в котором содержание углерода находится в диапазоне от 0,02 до 2,14%.Углерод придаёт сплавам прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Примеры: железное оружие, нержавеющие ножи, посуда. 

После бронзы люди научились выплавлять железо. Оно очень распространено в природе, и как чистое железо, так и его сплавы тверже бронзы и более трещиностойкие, поэтому железные орудия со временем вытеснили бронзовые.  Проблема железа и его сплавов в том, что они ржавеют, корродируют. И до сих пор человечество не знает универсального рецепта, как это преодолеть. Из железа люди смогли изготавливать не только гораздо более эффективные орудия труда, но и более смертоносное оружие.

Можно говорить о том, что после железного века был век пара, затем век электричества. Но доминирующим материалом и в эти времена продолжали оставаться сплавы на основе железа — например, сталь и чугун. Оказалось, что свойства сталей можно очень сильно менять даже небольшими добавками легирующих элементов и изменением процесса приготовления сплава и изделия из него. Существует огромное разнообразие сталей для разных применений.

К знаменитым видам стали относятся булат и дамасская сталь, которую использовали на Ближнем Востоке, от Сирии до Индии. Об этих сплавах ходят легенды. И если булат — собирательное название для твердых и вязких сплавов железа и углерода — удалось воспроизвести, то мы до сих пор не знаем всех нюансов производства дамасской стали: в XVIII веке секрет ее выплавки исчез.

 

Нож с рукояткой из слоновой кости и надписью из Корана (Knife with an Ivory Handle and Qur’anic Inscriptions), начало XIX в., Иран. Metropolitan Museum of Art, Нью-Йорк. // metmuseum.org

Полимеры — вещества, состоящие из «мономерных звеньев», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями. Полимерами могут быть неорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества.

 

К знаменитым видам стали относятся булат и дамасская сталь, которую использовали на Ближнем Востоке, от Сирии до Индии. Об этих сплавах ходят легенды. И если булат — собирательное название для твердых и вязких сплавов железа и углерода — удалось воспроизвести, то мы до сих пор не знаем всех нюансов производства дамасской стали: в XVIII веке секрет ее выплавки исчез.

Примеры: пластик, полиэтилен, кевлар.

В 20–30-е годы ХХ века наступила эра полимеров. Нельзя представить нашу жизнь без пластиков, резин и тому подобного. Эра этих материалов длилась вплоть до начала компьютерной революции, но и сейчас они играют огромную роль в нашей жизни (мы и сами состоим из полимеров!).

Синтез полимеров оказался очень непростой задачей, с которой ученые блестяще справились в 20–30-е годы XX века. 

Полимеры уникальны, потому что сочетают в себе несколько противоположных качеств. С одной стороны, в основе полимеров лежат длинные цепочки органических блоков с очень сильными связями — к ним относятся, например, связи «углерод — углерод», тянущиеся на тысячи атомов. Эти связи очень жесткие, одни из самых сильных, что только возможны между атомами химических элементов. Поэтому порвать такую полимерную цепочку непросто. 

С другой стороны, эти цепочки обладают гибкостью. И в зависимости от того, как эти цепочки укладываются в пространстве, можно получить абсолютно разные результаты. Если цепочки полиэтилена спутаются между собой и образуется неупорядоченная структура, то мы получим обычный полиэтилен — такой, как в полиэтиленовом пакете. Это гибкий материал, но не очень прочный. 

Если мы сможем упаковать очень длинные цепочки полиэтилена по-другому, чтобы они не запутывались в клубок, а шли бы параллельно друг другу и формировали высокоупорядоченный кристалл, то получится феноменально прочный полимер — его называют сверхвысокомолекулярным полиэтиленом, и ему сулят применения от теплоотводов до бронежилетов. Другой уникальный полимер — кевлар — уже давно используют в бронежилетах.

 

Кристаллическая структура кевлара // commons.wikimedia.org

Высококачественный, высокоупорядоченный полиэтилен с очень длинными цепочками — сверхвысокомолекулярный полиэтилен — обладает не только очень высокой прочностью, но и невероятно высокой теплопроводностью. Есть теоретические расчеты и даже первые эксперименты, согласно которым теплопроводность полиэтилена такая же, как у металлов. Если это окажется так, то этот сверхлегкий и прочный материал с огромной теплопроводностью станет полезен для многих применений, ведь им отчасти можно будет заменить металлы. 

Пример: транзисторы, компьютеры, компьютерные микропроцессоры и солнечные батареи.

 

Копия первого работающего транзистора, 1997 год // commons.wikimedia.org

Джон Барди́н — американский физик, получивший две Нобелевские премии по физике, одну из которых за создание транзистора.

Самый распространенный пример кремниевого полупроводника — это транзистор. За его изобретение американский физик Джон Бардин вместе с коллегами получил Нобелевскую премию в 1956 году.

Первые транзисторы были основаны не на кремнии, а на германии, с которым оказалось трудно работать. Мало того, что он редкий и дорогой, — он очень чувствителен к поверхностному окислению. Оно приводит к тому, что значительная доля транзисторов, которые вы сделаете, окажутся нерабочими. Для того чтобы понять, почему одни транзисторы на германии работают, а другие нет, ученые изучили структуру и состав его поверхности. Для этого пришлось создать новые экспериментальные методы и разработать теории, а также усовершенствовать методы обработки кристаллов. Так в транзисторах появился кремний, который оказался гораздо более податливым материалом. Но для этого пришлось очищать его от примесей до невероятных степеней чистоты. Сейчас люди могут делать кремний практически с нулевым содержанием примесей, и это исключительно сложная задача, с которой ученые справились, и теперь производство монокристаллов кремния удивительной чистоты — рутинный процесс.

Сейчас монокристаллы кремния можно растить практически вовсе без примесей, добавляя разные элементы.

 

Кремний // commons.wikimedia.org

Кремний — неметалл, второй по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода). Исключительно важен для современной электроники.

Теперь кремний везде: в каждом телефоне, компьютере, планшете. И кажется, люди не скоро смогут заменить кремний чем-либо другим. Давно идут разговоры об оптическом компьютере, о разных квантовых компьютерах, но тут не все просто. Сегодня кремниевая электроника занимает очень прочные позиции и не собирается их сдавать. 

Кремний используют для производства солнечных батарей. Солнечная энергетика набирает обороты, особенно в южных регионах, скажем в Калифорнии. Уже сейчас в Китае большой процент электроэнергии генерируется солнечными батареями, а в Индии эта ниша пока не развита, но очевидно, что она будет набирать обороты все больше. Есть прогноз, что к 2050 году 16% электроэнергии человечество будет получать благодаря солнечным батареям, то есть кремнию.  

Но кремний слабо поглощает солнечный свет, что связано с особенностями его электронной структуры. Чтобы преобразовать значительную часть солнечного света в электричество, приходится использовать достаточно толстые слои кремния, что неудобно: это делает солнечные батареи относительно громоздкими и хрупкими и ограничивает сферу их применения. Но уже существуют другие материалы — например, гибридные перовскиты, которые поглощают солнечный свет эффективнее. Их можно использовать в солнечных батареях, нанося тончайшим слоем, как краску на стены домов. Сейчас эти материалы активно изучают во всех странах мира, но до практического применения они пока не дошли, потому что они быстро разрушаются. В этом смысле, конечно, у кремния более выгодная позиция. 

Рано или поздно в солнечных батареях кремний заменят более эффективным материалом. Вероятно, и в электронике кремний когда-нибудь уступит свои позиции, дав дорогу другим, более интересным направлениям. Может быть, это будут оптические компьютеры или что-то еще. Мы не знаем, но жизнь не стоит на месте. Научно-технический прогресс становится все быстрее; между двумя предыдущими революционными материалами — полимерами и кремнием — прошло всего несколько десятилетий. И скорее всего, в течение следующих нескольких десятилетий появится материал, который полностью изменит уклад нашей жизни.

 

Источник: ПостНаука

 

Семь веков материалов

Каковы основные строительные блоки инженерных материалов? Конечно, их тысячи, но здесь мы совершим краткий обзор семи основных веществ, которые оставили свой след в том, как мы построили мир вокруг себя.

Даже с тех пор, как мы впервые подняли камень, чтобы расколоть орех, или заострили палку, чтобы пронзить рыбу, или использовали кремень, чтобы создать искру, чтобы зажечь огонь, мы использовали инструменты. С тех пор, как мы впервые сплели длинные травы, чтобы сделать веревку, с помощью которой можно связать несколько веток, чтобы сделать укрытие, мы возводим здания. С того момента, как мы поняли, что некоторые камни раскалываются, образуя острые края, мы разработали оружие.

Эволюция человечества неразрывно связана с использованием материалов и инструментов. Настолько, что основные доисторические фазы нашей цивилизации названы не в честь нашего языкового мастерства, социальных взаимодействий или экономических достижений, а в честь инженерных материалов того времени. Это предубеждение отражает то, как материалы меняли общество с возрастающей скоростью. В то время как каменный век исчисляется миллионами лет, последующие века исчисляются десятками тысячелетий и все уменьшающимися единицами, пока мы не достигнем промышленной революции, когда внедрение новых процессов было достаточно быстрым, чтобы инженерный век измерялся десятилетиями. .

Многие материалы, с которыми работали викторианцы, особенно железо и стекло, не были новыми, несмотря на то, что элементы периодической таблицы открывались постоянно. В материаловедении открытия и процессы накладываются друг на друга, изобретают себя заново, часто находя новые применения и решения давних проблем. Когда мы подходим к 21 веку, инновации в таких материалах, как кремний и углерод, происходят настолько быстро, что нам нужны ежемесячные отчеты, чтобы не отставать.

Наконец, почему нет углерода? Потому что здесь в E&T , когда дело доходит до четвертого по распространенности элемента в известной Вселенной, мы считаем, что его расцвет еще впереди.

Камень: от кулинарии до календарей

Каменный век: c2500000-3200 до н.э.

Изучая каменный век в школе, нам постоянно рассказывали, что первые люди были охотниками-собирателями, жившими за счет того, что они могли найти или поймать. Чего нам не сказали, так это того, что это был первый век технологий, когда мы научились обрабатывать камень, чтобы делать инструменты для охоты, для приготовления пищи, для самозащиты, создавать строения для жизни и памятники, которые действовали как астрономические календари и духовные источники. центры.

Каменный век является первым в трехэтапной структуре предыстории человечества, остальные — бронза и железо — фраза, придуманная в 19 веке датским ученым Кристианом Дж. Томсеном, который предположил, что каждый период был технологически более сложным. чем то, что ему предшествовало. Сегодня это рассматривается как чрезмерное упрощение, которое ставит эволюцию технологий выше других факторов, таких как развитие языка, сельского хозяйства и общества.

Все согласны с тем, что каменный век начался 2,5 миллиона лет назад (самые ранние из известных каменных орудий) с самой ранней датой окончания около 3300 г. ) эпоха, которая принесла с собой выращивание зерновых, ирригацию и расширение деревень в города. Археологические раскопки Гёбекли-Тепе в Турции являются местом нахождения старейших в мире мегалитов (то есть доисторических каменных памятников) и датируются 10-м тысячелетием до нашей эры.

Хотя камень был не единственным материалом той эпохи — гончарное дело достигло огромных успехов, широко распространенными были органические материалы, такие как рога и кости, — эпоха названа в честь самого износостойкого вещества того времени. Появление металлургии бронзы как новой технологии для инструментов и оружия фактически сделало этот аспект камня устаревшим.

Бронза: от наконечников топоров до доспехов

Бронзовый век: c3200-1200 до н.э.

Было время, когда бронза, сплав меди и олова, была самым твердым металлом, известным человечеству, что дало название бронзе Эпоха, занимающая промежуток между каменным и железным веками, в Европе считается примерно 3200-600 гг. до н.э. Технически ему предшествовал малоизвестный энеолитический период, когда основной технологией была обработка металлов медью.

Производство бронзы является одним из первых узнаваемых промышленных процессов, поскольку оно требовало систематических процедур: отдельной добычи и плавки олова, которое затем добавлялось в расплавленную медь. Поскольку медные и оловянные руды редко встречаются вместе (за исключением Корнуолла), развивалась ранняя торговая инфраструктура сырья, при этом олово Корнуолла экспортировалось до Финикии в восточном Средиземноморье.

Медные рудники глубиной до 70 м существуют в Великобритании, начиная с 2000 г. до н. э., а в Сомерсете были обнаружены археологические остатки форм для мечей, датируемые 12 веком до н.э. В этот период производились медно-цинковые сплавы, неточно известные как «латунь», что привело к сегодняшнему предпочтительному термину «медный сплав» как для бронзы, так и для латуни.

Именно тогда начали формироваться географически обширные коммерческие сети, что привело к распространению технологии в Древнем Египте, Азии и Европе. Выплавка железа и меди появилась в Африке, хотя нет никаких свидетельств того, что она развивалась спонтанно или внедрялась.

Преимущество бронзы заключалось просто в том, что она была тверже меди, а также была более пластичной и жесткой. По мере расширения использования бронзы развивалось литье металлов, что привело к производству более качественных инструментов, оружия, доспехов и материалов. Археологические открытия кладов бронзовых артефактов также предполагают, что материал представлял собой богатство в виде сохраненной ценности, а также статуса.

Железо: от качества к полезности

Железный век: ок. 1200 г. до н.э. – 100 г. н.э. начало записанной (т.е. письменной) истории. Хотя этот период получил свое название от широкого использования черной металлургии и ранней эволюции углеродистых сталей для инструментов и оружия, появление железа в качестве выдающегося инженерного материала эпохи не было связано с какими-либо значительными инновациями в обработке материалов. Его подъем был скорее отражением экономических условий, созданных серией событий в Средиземноморье (извержения вулканов, вторжения, а также неудачи правительств), которые привели к массовым сбоям в международной торговле оловом около 1300 г. до н.э.

Рыночное давление, вызванное нехваткой олова, вынудило рабочих-металлистов искать альтернативные металлы, а изобилие железа (которое было известно в Бронзовом веке, но считалось некачественным) стало материалом дня. Основная цель технологов заключалась в том, чтобы улучшить железо путем его упрочнения с помощью физических и химических процессов, в то время как есть также свидетельства того, что слесари перерабатывали бронзу. По мере совершенствования дешевой стали оружие становилось прочнее, легче и тверже, в результате чего, когда олово снова появилось на рынке, оно больше не было конкурентоспособным по цене как металл массового производства.

Временные рамки железного века широко варьируются в зависимости от местоположения, но в Западной Европе отправной точкой является время, когда железо заменило бронзу в производстве оружия. Конечная точка — римское завоевание (в Британии 43 г. н.э.), несмотря на то, что обработка железа оставалась основной технологией в большей части Европы до промышленной революции (19 век).

Помимо мечей, кинжалов, наконечников копий и наконечников копий, сделанных для вооружения ополчения, черные металлы железного века также использовались в бурно развивающемся сельскохозяйственном и строительном секторах для изготовления цепей, плугов, жатвенных крюков, кос, молотков и пил.

Конец железного века обычно считается совпадающим с римскими завоеваниями, и исторические книги говорят нам, что на смену ему пришла античность, а затем средневековье. Только в 1300-х годах другой материал, стекло, мог претендовать на материальный век.

Стекло: окна, бутылки и не только

Век стекла: с 1300 г. по настоящее время

Стекло в своей естественной форме было с нами с тех пор, как молния впервые ударила в песок, чтобы произвести фульгуриты плавленого кварца, то есть задолго до того, как люди начали экспериментировать с то, что теперь определяется как аморфное твердое тело. История стекла восходит к 3500 г. до н.э., когда египтяне и жители Месопотамии начали производить украшения в виде бус. И хотя с тех пор мы производим стекло для украшения, его наиболее важной особенностью в повседневном использовании является то, что его можно сделать прозрачным для света.

По данным Glass Alliance Europe, «ни один другой искусственный материал не дает столько возможностей для столь многих отраслей и дисциплин». С точки зрения повседневного применения, общий термин «стекло» имеет тенденцию относиться к знакомым видам использования, таким как контейнеры для жидкостей, строительные материалы и бытовая оптоэлектроника, или, проще говоря, бутылки, окна и линзы. Конечно, существуют тысячи других способов применения стекла, от научного и медицинского оборудования до оптоволокна, от возобновляемых источников энергии до автомобилей, в то время как в мире материаловедения продолжаются оживленные споры о том, из каких веществ на самом деле состоит стекло.

Хотя существует множество различных типов стекла, все они производятся с использованием одного и того же основного процесса: плавления диоксида кремния (песка) при высокой температуре и смешивания его с различными добавками (такими как карбонат натрия или сода) , чтобы создать различные характеристики, такие как прочность, химическая стойкость и цвет, перед охлаждением для формирования нового материала. Хотя промышленное производство стекла восходит к 13 веку, по-настоящему оно достигло своего апогея в середине 19 века.век, когда «плавающий» процесс позволил массовое производство. В 20-м веке сэр Аластер Пилкингтон внес значительные инновации в производство стекла.

Одним из наиболее важных свойств стекла является то, что оно может, по данным Института упаковки стекла: «бесконечно перерабатываться без потери чистоты или качества», при этом производство из «стеклобоя» (восстановленного стекла) требует меньше энергии, чем производство. сделать из сырья.

Сталь: от небоскребов до ложек

Эпоха стали: с 1800-х годов по настоящее время

Каждый год во всем мире производится более 1,6 миллиарда тонн стали, поэтому сегодня сталь является одним из самых распространенных искусственных материалов на планете. Сплав, он состоит почти исключительно из железа (до 99 процентов), а его вторичный компонент углерода составляет до 2 процентов по весу. Углерод добавляется для увеличения прочности железа на растяжение, но он также придает другие свойства, такие как твердость, в результате чего металл настолько универсален, что является одним из величайших строительных блоков современного мира.

Хотя сталь известна цивилизациям по всему миру на протяжении 4000 лет, только с появлением бессемеровского процесса в середине 19 века ее можно было производить в промышленных масштабах.

Сталь начала свой путь к повсеместному распространению как полудрагоценный металл, часто производившийся случайным образом в плавильных печах, примитивных плавильных печах. Но к железному веку это была устоявшаяся альтернатива медным сплавам. Из-за своей твердости, а также способности создавать долговечные острые кромки, он был жизненно важен для оружейной промышленности. В доисторические времена, когда сталь была очень редкой, ее ценность была такова, что, когда Александр Македонский победил древнеиндийского царя Пора, он был вознагражден не золотом, а сталью.

Изобретение Бессемера, которое удаляло примеси из железа с помощью процесса окисления для производства стали, стало катализатором, необходимым для запуска промышленной революции в полную силу. Новое поколение предпринимателей, таких как Эндрю Карнеги, появилось, чтобы использовать этот неисчерпаемый новый материал, создавая железнодорожные сети через континенты, строя вертикальные города в форме небоскребов и выпуская огромное количество недорогих коммунальных товаров, таких как столовые приборы.

В глобальном масштабе производство изменилось, а недавний экономический бум в Китае и Индии породил растущий спрос. Китай в настоящее время является ведущим производителем, занимая треть рынка. Сталь также является наиболее перерабатываемым материалом в мире.

Алюминий: из консервных банок в космос

Алиминий Возраст: 1800-е годы – настоящее время

Учитывая, что это самый распространенный металл в земной коре, алюминий всегда должен был играть ведущую роль в качестве конструкционного материала. Проблема всегда заключалась в том, что он редко встречается в природе в чистом металлическом виде и химически заперт в 270 различных минералах. Несмотря на трудности с добычей алюминия, это второй наиболее используемый металл, мировое производство которого в 2016 году составило 58,8 млн тонн (железо в настоящее время удерживает рекорд на уровне 1 232 млн тонн).

Сегодня считается само собой разумеющимся материалом, когда требуются металлы с низкой плотностью — от «оловянной» фольги до самолетов, банок для напитков и строительства, от пищевой промышленности до компонентов машин — крупномасштабное промышленное производство появилось только в конце XIX век, когда процесс Холла-Эру положил начало плавке алюминия (bit. ly/ecceng-aluminium). В 1889 году австрийский химик Карл Йозеф Байер открыл метод очистки бокситов (самая распространенная алюминиевая руда) для получения глинозема. Процессы Байера и Холла-Эру по сей день остаются основой производства алюминия.

Что касается названия, «алюминий» был принят в начале 19 века, потому что суффикс -ium звучал как «классический». С этим согласилось большинство людей, за исключением словаря Вебстера, в котором был указан «алюминий». Американские журналисты приняли это написание, но Американское химическое общество последовало их примеру только в 1925 году.

Пластик: от упаковки до загрязнения блин он пластиковый. Хотя мы склонны думать о нем больше с точки зрения того, что он представляет, либо отрицательно (дешевый, нематериальный, опасный для окружающей среды), либо положительно (доступный, утилитарный, пригодный для вторичной переработки), слово «пластик» в наши дни является собирательным существительным для широкого диапазона материалов, которые взаимодействуют практически со всеми аспектами жизни 21-го века: от тривиальных игрушек, которые вы найдете в рождественских хлопушках («товарный» пластик), до спасительных синтетических сердечных клапанов («технический» пластик).

В зависимости от вашей точки зрения, эти нефтехимические производные могут стимулировать экономику развивающихся стран или вызвать экологический кризис.

Они загрязняют наши океаны и тем не менее сделали возможным космический полет. Они разрушительны и инновационны. На самом деле, единственное, что действительно объединяет пластмассы, это то, что они подпадают под широкое определение синтетических или полусинтетических органических соединений, которые податливы и могут быть отформованы. И даже это подлежит обсуждению, поскольку Международный союз теоретической и прикладной химии издает рекомендации по устранению двусмысленности при использовании этого слова (например, не рассматривая его как синоним полимера).

Первый искусственный пластик был изобретен металлургом Александром Парксом, который представил свой нитроцеллюлозный состав Parkesine (предназначенный для замены слоновой кости) на Большой Лондонской выставке 1862 года, где он получил бронзовую медаль. Первым полностью синтетическим пластиком был бакелит, изобретенный в Нью-Йорке в 1907 году Лео Бакеландом, который также дал нам термин «пластик». Остальное уже история, а материал становится удобной и экономичной альтернативой практически любому мыслимому инженерному материалу: металлу, дереву, керамике, камню или стеклу.

Поскольку товарные пластмассы дешевы, они повсеместно используются в пищевой упаковке, большая часть которой исторически выбрасывалась, а поскольку у них большие молекулы, скорость разложения низкая. Это, в свою очередь, привело к развитию таких отраслей, как переработка и биопластик.

Подпишитесь на электронную рассылку E&T News, чтобы каждый день получать подобные замечательные истории на свой почтовый ящик.

Часто задаваемые вопросы о соискателях резидентуры ERAS® | Студенты и жители

Когда открывается сезон ERAS 2024?

Сезон ERAS 2023 года завершится 31 мая 2023 года. Сезон ERAS 2024 года откроется 6 июня 2023 года.

Как узнать, какие специальности и программы будут участвовать в программе ERAS?

Список участвующих специальностей и программ можно найти на веб-сайте ERAS.
 
В редких случаях программа сначала регистрируется для участия в системе ERAS, а затем отказывается от участия. Иногда программа не сообщает об отзыве персоналу ERAS; поэтому крайне важно, чтобы кандидаты связывались со ВСЕМИ программами, чтобы убедиться, что они участвуют в ERAS, прежде чем отправлять им материалы заявки.
 
К сожалению, система ERAS не предлагает возмещение по какой-либо причине, включая заявки, отправленные в программы, не участвующие в программе. Это потому, что как только приложение было отправлено в программу, услуга была оказана.

Как мне подать заявку на специальность или программу, которая не участвует в системе ERAS?

Участвуют не все специальности и программы. Если программа не участвует, вам следует связаться с этой программой, чтобы определить, как подать заявку. Специальности и программы, которые заинтересованы в присоединении к системе ERAS, должны посетить страницу ERAS for Programs: Начало работы.

Как получить доступ к порталу MyERAS?

Чтобы получить доступ к порталу MyERAS , сначала обратитесь в назначенный деканат; они выдадут вам токен ERAS, который представляет собой одноразовый код доступа, используемый для регистрации в системе MyERAS.

У меня возникли проблемы со входом в систему ERAS после того, как она была закрыта на техническое обслуживание. Какие-нибудь советы?

Попробуйте очистить кэш браузера или открыть систему ERAS в новом браузере. Вот инструкции по очистке кеша в  Chrome , Firefox , Microsoft Edge и Safari . Хотя большинство сервисов AAMC поддерживают определенные браузеры , мы рекомендуем пользователям Mac использовать Firefox или Chrome.

Можно ли открыть несколько вкладок в браузере настольного компьютера, находясь в системе ERAS?

Мы рекомендуем пользователям не открывать несколько вкладок в браузере при доступе к приложениям ERAS.

Кто мой назначенный деканат?

Заявитель Тип	Назначенный деканат	Номер телефона	Электронная почта	Веб-сайт
Старшие/выпускники США (MD или DO)	Высшая медицинская школа	Связаться с Высшей медицинской школой	Связаться с Высшей медицинской школой	Связаться с Высшей медицинской школой
Международные медицинские дипломы (IMG)	Комиссия по обучению иностранных выпускников медицинских вузов (ECFMG)	215-966-3520	[email protected]	www.ecfmg. org/eras
Канадские выпускники медицинских вузов	КАРМЫ	1-877-КАРМС-42 (1-877-227-6742)	[email protected]	https://www.carms.ca

Когда я смогу получить жетон ERAS на сезон 2024 года?

Каждый назначенный деканат устанавливает свои собственные процедуры распределения токенов для соискателей вида на жительство, использующих ERAS. Эти даты могут варьироваться.

Тип заявителя	Даты распределения токенов
Старшие/выпускники США (MD или DO) и выпускники медицинских вузов Канады	Медицинские школы США и CaRMS могут начать выпуск токенов, когда сезон 2024 года откроется 7 июня 2023 года.
Международные медицинские дипломы (IMG)	ECFMG начнет выпуск токенов ERAS на сезон 2024 года 28 июня 2023 года.

Что мне нужно знать перед регистрацией в системе MyERAS?

• Вы должны получить токен ERAS в назначенном деканате. Если вы используете токен ERAS из другой школы или организации, ваши документы не могут быть точно загружены.

• Убедитесь, что вы используете токен ERAS для текущего сезона MyERAS. Система не позволит вам использовать для регистрации токен ERAS предыдущего сезона.

• Токен ERAS можно использовать только один раз для регистрации. Обязательно вводите всю информацию точно.

•  Чтобы зарегистрировать токен ERAS, вам нужна учетная запись AAMC. Если у вас нет учетной записи AAMC предыдущего сезона MyERAS или вы не используете другую службу AAMC, вам необходимо зарегистрироваться для ее получения. Обратитесь за помощью в службу технической поддержки клиентов ERAS (с понедельника по пятницу с 8:00 до 18:00 по восточному времени).

Когда я регистрируюсь на портале MyERAS, регистрируюсь ли я автоматически для участия в NRMP® или любой другой соответствующей службе?

Нет, регистрация в системе ERAS не означает, что вы будете зарегистрированы в Национальной программе подбора резидентов ^® (NRMP ^® ) или любой другой службе подбора.