Secret Materials Ανακαλύψτε τον κόσμο των νέων υλικών Ένα εκπαιδευτικό μέσο για επίδοξους ευρωπαίους επιστήμονες

Transcript

1 Secret Materials Ανακαλύψτε τον κόσμο των νέων υλικών Ένα εκπαιδευτικό μέσο για επίδοξους ευρωπαίους επιστήμονες Πουκάμισα που δεν τσαλακώνονται, χαρτί από υπολείμματα παραγωγής χυμού μήλου ή πίσω παράθυρα αυτοκινήτου με προγραμματιζόμενο φωτισμό. Εκτιμάται ότι το 70% των καινοτόμων προϊόντων βασίζεται σε υλικά με νέες ή βελτιωμένες ιδιότητες. Ο τομέας των υλικών διαδραματίζει καίριο ρόλο στην παραγωγή ανάπτυξης και τη δημιουργία πλούτου στην Ευρώπη. Είναι σημαντικό να επικεντρώσουμε την προσοχή μας στον αντίκτυπο και τις δυνατότητες της τρέχουσας έρευνας στον τομέα των υλικών, και να γνωστοποιήσουμε στο ευρύ κοινό την ικανότητα που έχουν τα νέα υλικά να βελτιώνουν τη ζωή μας, να αυξάνουν την αειφορία της βιομηχανικής παραγωγής, να δημιουργούν πλούτο και θέσεις απασχόλησης στην Ευρώπη. Απαραίτητο στοιχείο για τη δημιουργία μίας επιτυχημένης διαδικασίας καινοτομίας είναι η μετατροπή μίας τεχνολογικής λύσης σε εμπορεύσιμο προϊόν. Τα δείγματα καινοτόμων υλικών του παρόντος κουτιού προσφέρονται για έρευνα μέσα από πρακτικά πειράματα. Το κουτί "Secret Materials" περιέχει ορισμένα αντιπροσωπευτικά αντικείμενα από καινοτόμα υλικά, με επεξηγήσεις και δραστηριότητες που καταδεικνύουν τις ιδιότητές τους. Ελπίζουμε ότι ειδικά τα παιδιά και οι νέοι θα το βρουν ενδιαφέρον. Εκτός του ότι είναι διασκεδαστικό, το κουτί αυτό επιδιώκει να δώσει μία εικόνα για το τι μπορούν να καταφέρουν η επιστήμη των υλικών και η μηχανική. Η έρευνα δίνει μορφή στον κόσμο του μέλλοντος. Τα παιδιά πρέπει να κάνουν τα πειράματα υπό την επιτήρηση ενηλίκων. Διασκεδάστε ανακαλύπτοντας τις κρυφές ιδιότητες των υλικών!

2 1 ψευδώνυμο Κράμα με μνήμη σχήματος Πολυμορφικό Μπορείτε να φτιάξετε το σχήμα που είχε πριν; Αποστολή: Να επαναφέρετε ένα σύρμα στο αρχικό του σχήμα! Η καινοτόμος τεχνολογία ινών επέτρεψε τη δημιουργία μίας ολόκληρης σειράς "έξυπνων" υφασμάτων. Τα κράματα με μνήμη σχήματος έχουν υποστεί τροποποιήσεις προκειμένου να ενσωματωθούν στη δομή της ύφανσης. Ήδη υπάρχουν νέα υφάσματα, τα οποία αντιδρούν στο περιβάλλον, αλλάζοντας μορφή για να πάρουν ένα προκαθορισμένο σχήμα. Για παράδειγμα, μία ευρωπαϊκή εταιρεία ρούχων έχει δημιουργήσει πουκάμισο με υφάσματα NITINOL, το οποίο σιδερώνεται από μόνο του. Χρειάζεται απλά ένα πιστολάκι μαλλιών, μιας και το ύφασμα έχει ως βάση το νάιλον και ένα θερμικό κράμα με μνήμη σχήματος που επιστρέφει στην αρχική του γεωμετρία όταν θερμανθεί. Άλλοι σχεδιαστές χρησιμοποιούν ίνες μνήμης στον τομέα της μόδας. 1. Λυγίστε το Πολυμορφικό, αφήνοντας τη φαντασία σας ελεύθερη (προσπαθήστε να μην το λυγίσετε σε διάμετρο κάτω από 12 mm) 2. Βάλτε καυτό νερό σε ένα μπωλ (θερμοκ. > 60 C) 3. Βυθίστε προσεκτικά το πολυμορφικό στο καυτό νερό και παρατηρήστε πώς αλλάζει μορφή Ένα κράμα με μνήμη σχήματος (SMA) έχει την ικανότητα να θυμάται το αρχικό του σχήμα. Μπορεί να αλλάξει εύκολα σχήμα σε χαμηλές θερμοκρασίες και να επιστρέψει στο απομνημονευμένο σχήμα του αφού θερμανθεί σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από τη μεταβατική, π.χ. σε καυτό νερό. Τα κράματα με μνήμη σχήματος καλούνται επίσης "μέταλλα μνήμης". Κατά τη διάρκεια της φάσης που το κράμα παίρνει το αρχικό του σχήμα, παράγει μεγάλες δυνάμεις. Για αυτό το λόγο, τα μέταλλα μνήμης χρησιμοποιούνται τεχνικά ως ενεργοποιητές σε διάφορες εφαρμογές, όπως τα υδραυλικά και πνευματικά συστήματα και τα συστήματα κινητήρων. Ειδικά τα SMA με βάση το χαλκό και το νικέλιο/τιτάνιο θεωρούνται υλικά μηχανικής. Ορισμένα από αυτά τα κράματα, που διαθέτουν καλή βιοσυμβατότητα, χρησιμοποιούνται σε ιατρικές εφαρμογές, όπου υπάρχει περιορισμένος χώρος κινήσεων, π.χ. καρδιακές βαλβίδες. Η θερμοκρασία τού αίματος επαρκεί για να τεθεί σε λειτουργία το φαινόμενο μνήμης, να εκταθεί ο μεταλλικός ενδαρτηριακός νάρθηκας (το stent) και να αλλάξει το σχήμα της καρδιακής βαλβίδας, αποκτώντας τις φυσιολογικές του διαστάσεις.

3 2 ψευδώνυμο Κεραμική ταπετσαρία Υδάτινο μονοπάτι Μπορείτε να γλιστρήσετε από τη μία άκρη στην άλλη; Αποστολή: Καθοδηγήστε το φορτίο σας μέσα από το λαβύρινθο! Η αντικατάσταση των κλασσικών οικοδομικών υλικών από ελαφρότερα υλικά με πολυλειτουργικά χαρακτηριστικά κερδίζει διαρκώς έδαφος. Στόχοι αυτής της προσπάθειας είναι να μειωθεί η ποσότητα υλικού που απαιτείται στις εκάστοτε λύσεις κατασκευαστικού σχεδιασμού και να ενσωματωθούν διαφορετικά λειτουργικά χαρακτηριστικά σε ένα μόνο. Πάνω από όλα, χάρη στο δυναμικό της νανοτεχνολογίας, ανοίγονται δρόμοι για το σχεδιασμό τελείως νέων προϊόντων. Ένα εξαίρετο παράδειγμα είναι η εύκαμπτη επένδυση τοίχων CCFLEX, που ενδείκνυται κυρίως για αντικατάσταση των κεραμικών πλακιδίων σε ιδιαιτέρως υγρά περιβάλλοντα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σχεδόν το ίδιο εύκολα όπως και η κανονική ταπετσαρία. 1. Τοποθετήστε μία μεγάλη σταγόνα νερού στην τυπωμένη πλευρά του Υδάτινου μονοπατιού 2. Φροντίστε η σταγόνα να μετακινείται στην επιφάνεια, κουνώντας ελαφρώς το δείγμα πάνω-κάτω και αριστερά-δεξιά 3. Αποφύγετε τα τυπωμένα όρια του λαβύρινθου και φέρτε τη σταγόνα πίσω σώα και αβλαβή Το CCFLEX είναι ένα μοναδικό και εύκαμπτο κεραμικό με τα πρακτικά πλεονεκτήματα της κανονικής ταπετσαρίας και τις ιδιότητες μίας πέτρινης επιφάνειας, το οποίο δημιούργησε η Evonik Degussa. Το ελαφροβαρές είναι εγγενώς υδατοστεγές 100%, σταθερό στην υπεριώδη ακτινοβολία, πολύ ανθεκτικό στις γρατσουνιές και τα χημικά, καθώς και πυρίμαχο σε μεγάλο βαθμό. βασίζεται σε τεχνολογία κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, η οποία επιτρέπει την επικάλυψη εύκαμπτου πολυμερούς μαλλιού με κεραμικό, η οποία και του προσδίδει αυτό το ανόργανο εξωτερικό περίβλημα. Οι ιδιότητες του προϊόντος μπορούν να προσαρμοστούν στις ανάγκες ειδικών εφαρμογών σε ευρύ φάσμα τομέων μέσω διαρκών διαδικασιών. Ιδίως σε υγρά περιβάλλοντα, μπορεί να ανταγωνιστεί τα εμπορικά πλακίδια που κυκλοφορούσαν στην αγορά από πριν. Επιπλέον, μπορεί να προικιστεί με ειδικές ιδιότητες, π.χ., με το χαρακτηριστικό "εύκολο στον καθαρισμό", καθώς επίσης να τεμαχιστεί σε διάφορα σχήματα με συνηθισμένα εργαλεία και να τοποθετηθεί στις περισσότερες επιφάνειες. Τα ευρωπαϊκά προϊόντα τέθηκαν σε κυκλοφορία το 2010.

4 3 ψευδώνυμο Θερμοχρωματικές χρωστικές Χαρτί ανίχνευσης Είστε σε θέση να το χειριστείτε; Αποστολή: Ενεργοποίησε τη μυστική επιφάνεια! Η ταπετσαρία που αλλάζει χρώμα στο άγγιγμα του χεριού σας ή οι καθιστικές επιφάνειες όπου διαγράφεται με ακρίβεια η θέση καθίσματος σας αφού έχετε σηκωθεί, είναι ήδη πραγματικότητα. Τα τελευταία χρόνια, τα υλικά και οι επικαλύψεις υλικών που αντιδρούν φανερά σε επιρροές του περιβάλλοντος, χρησιμοποιούνται πλέον σε προϊόντα της καθημερινότητας. Είναι "έξυπνα" επειδή οι ιδιότητές τους αλλάζουν ανάλογα με τα εξωτερικά ερεθίσματα. Οι θερμοχρωματικές (θερμοευαίσθητες) χρωστικές, που είχαν αρχικά αναπτυχθεί για λόγους ασφαλείας, για παράδειγμα προς ανίχνευση της ανεπιθύμητης υπερθέρμανσης των τροφίμων κατά τη μεταφορά τους σε ψυγεία, σήμερα βλέπουν να ανοίγονται μπροστά τους ενδιαφέρουσες προοπτικές στους τομείς της διαφήμισης, του σχεδιασμού επίπλων και της μόδας. 1. Τοποθετήστε το Χαρτί ανίχνευσης ανάμεσα στις παλάμες σας, με το χέρι σας να βρίσκεται εντός του σημειωμένου δακτυλίου 2. Περιμένετε 5 με 10 δευτερόλεπτα και η αντίδραση θα αποκαλύψει τα μυστικά που κρύβονται στο εσωτερικό σας Ένα αποκτά θερμοχρωματικές ιδιότητες, π.χ. την ικανότητα να αλλάζει χρώμα λόγω αλλαγής θερμοκρασίας, με την ενσωμάτωση θερμοχρωματικών χρωστικών στην επικάλυψή του. Το θερμοχρωματικό φαινόμενο προκαλείται λόγω αλλαγών στην κρυσταλλική δομή. Στα κλασσικά θερμοχρωματικά υλικά περιλαμβάνονται ανόργανα μεταλλικά οξείδια (π.χ. οξείδιο του ψευδαργύρου, οξείδιο του βαναδίου), μείγματα πολυμερών ή υγροί κρύσταλλοι, που με τη θερμότητα δεν περνούν αμέσως από την κρυσταλλική στην υγρή κατάσταση. Σήμερα, η έρευνα ασχολείται με πολύ θερμοευαίσθητες υδρογέλες για προστασία από τον ήλιο. Επίσης, θερμικά βερνίκια διατίθενται ήδη στην αγορά για πολλές και διάφορες εφαρμογές, και μπορούν να επικαλύψουν εύκολα τις περισσότερες επιφάνειες. Η θερμότητα αντίδρασης μπορεί να προσαρμοστεί και οι αλλαγές χρώματος να προκαθοριστούν. Θερμοχρωματικές ρητίνες μπορούν να αναμειχθούν με συμβατικά υλικά χύτευσης καλουπιών και να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή πλαστικών εξαρτημάτων.

5 4 ψευδώνυμο Φωσφορίζον αλουμίνιο Κρυφός φωτισμός Μπορείτε να αποκρυπτογραφήσετε τον κωδικό; Αποστολή: Δημιουργήστε ένα απόρρητο μήνυμα! Τα υλικά και οι ουσίες που εκπέμπουν φως προσελκύουν παραδοσιακά το ενδιαφέρον των σχεδιαστών και των αρχιτεκτόνων. Παραδείγματα αποτελούν οι ίνες και τα υφάσματα μεταφωτισμού ή τα φωσφορίζοντα μόρια που ενσωματώνονται σε πέτρα. Τα υλικά που εκπέμπουν φως δεν είναι μόνο ταχυδακτυλουργικά κόλπα, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για λόγους ασφαλείας. Όταν διακόπτεται το ρεύμα στα δημόσια κτίρια, μπορεί να προκληθεί πανικός και ατυχήματα. Μία ειδική επικάλυψη σε επιφάνειες αλουμινίου μπορεί να βοηθήσει δημιουργεί φαινόμενο μεταφωτισμού που διαρκεί για μία περίπου ώρα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οροφές ή σε επενδύσεις τοίχων. 1. Αφαιρέστε το προστατευτικό κάλυμμα τού Κρυφού φωτισμού 2. Τοποθετήστε το κωδικοποιημένο μήνυμα στην ενεργή επιφάνεια 3. Εκθέστε στο φως, περιστρέψτε το μήνυμα κατά 180, και ύστερα εκθέστε πάλι στο φως (μπορεί να χρειαστεί λίγη ώρα, ανάλογα με την πηγή φωτός) 4. Σβήστε όλα τα φώτα και δείτε το αποκωδικοποιημένο μήνυμα στον Κρυφό φωτισμό Σε πολυσύχναστους δημόσιους χώρους, όπως οι σταθμοί του μετρό, σε εσωτερικούς χώρους αθλητικών συγκροτημάτων ή σε ασανσέρ, μία διακοπή ρεύματος μπορεί εύκολα να δημιουργήσει πανικό. Επενδύσεις τοίχων με επιφάνειες αλουμινίου που αποθηκεύουν φως δημιουργούν επαρκή φωτεινότητα, ώστε να αποφευχθούν τέτοιου είδους ακραίες συμπεριφορές, και παρέχουν μία καλή, οικονομικά αποδοτική, εναλλακτική πηγή φωτός σε συνδυασμό με το υπάρχον σύστημα φωτισμού. Η επιφάνεια μπορεί να επαναφορτίζεται συνεχώς, ώστε το να παρέχει μακροπρόθεσμη φωτεινότητα. Το βερνίκι αντέχει σε μηχανική πίεση και διαθέτει υψηλή διαμορφωτική ικανότητα ώστε τα φύλλα να μπορούν να λυγίσουν ή να στραβώσουν. είναι εξαιρετικά ανθεκτικό στην εκτριβή και τις καιρικές συνθήκες. Το αλουμίνιο που αποθηκεύει φως είναι άκαυστο και έχει λάβει πιστοποίηση Α1 σύμφωνα με το πρότυπο EN (μη εύφλεκτο). Το πάχος κυμαίνεται από 0,2 μέχρι 2 mm

6 5 ψευδώνυμο Πολυστρωματικό Φύλλο με αερογέλη Θαυματουργός τοίχος Είστε στη δροσιά; Αποστολή: Αντέξτε τη θερμική πρόκληση! Περίπου το 40% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας δαπανάται σε κτίρια. Αυξάνοντας τις μονωτικές ιδιότητες του κελύφους του κτιρίου, με τη χρήση εναλλακτικών πηγών ενέργειας και λύσεων φωτισμού που εξοικονομούν ενέργεια, ο ευρωπαϊκός τομέας των κατασκευών οραματίζεται την αρχιτεκτονική της μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας ή, ένα βήμα παραπέρα, τα κτίρια που παράγουν πλεόνασμα ενέργειας. Υπάρχουν διάφορες απόψεις για το πώς πρέπει να χρησιμοποιείται το φως της ημέρας στη σύγχρονη αρχιτεκτονική, στις οποίες εμφανίζεται ως καίριο στοιχείο η χρήση διαφανούς θερμικής μόνωσης. Τα πολυστρωματικά φύλλα με αερογέλη αποτελούν καινοτομία σε αυτόν τον τομέα, γιατί δίνουν τη δυνατότητα υψηλής θερμικής μόνωσης, εξέχουσας δυσθραυστότητας και μικρού βάρους σε ημι-διάφανες προσόψεις και οροφές. 1. Βάλτε καυτό νερό σε δύο φλιτζάνια 2. Καλύψτε το ένα φλιτζάνι με το Θαυματουργό τοίχο και το άλλο με ένα γυάλινο πιάτο ή γυάλινο μπωλ (ιδανικά, με τις διαστάσεις που έχει το δείγμα) 3. Τοποθετήστε παγάκια πάνω στο Θαυματουργό τοίχο και το γυάλινο πιάτο 4. Παρακολουθείστε τι παθαίνουν τα παγάκια στις δύο περιπτώσεις Η αερογέλη, λόγω των θερμομονωτικών της ιδιοτήτων, αποτελεί πολύ σημαντικό παράδειγμα νανοτεχνολογίας. Καθώς το 95% τού όγκου της είναι αέρας, η αερογέλη έχει τη χαμηλότερη φαινόμενη πυκνότητα από κάθε γνωστό πορώδες στερεό, και έχει καταγραφεί στο Βιβλίο Γκίνες παγκοσμίων ρεκόρ. Λόγω της διάφανης υφής της, την αποκαλούν "παγωμένο καπνό". Η δομή των κεραμικών αφρών αποτελεί το καλύτερο θερμομονωτικό παγκοσμίως, καθώς εξουδετερώνει τους τρεις τρόπους μετάδοσης της θερμότητας (μεταφορά, αγωγιμότητα και ακτινοβολία). Τοποθετημένη στον εσωτερικό χώρο των πολυστρωματικών φύλλων, η διάφανη πυριτική αερογέλη είναι ό,τι χρειάζεται για να περιοριστούν οι θερμικές απώλειες στα κτίρια, και ιδίως για να ανακαινιστούν παλαιές προσόψεις από γυαλί, χωρίς συγχρόνως να αλλάζει η υποκατασκευή, καθώς πρόκειται για ελαφροβαρές. Πολύ παχιά εξωτερικά τζάμια, βελτιωμένη προστασία από την υπεριώδη ακτινοβολία και ημιδιάφανα ενισχυτικά στηρίγματα ενισχύουν τα χαρακτηριστικά υψηλής αισθητικής. Σε αντίθεση με τα διπλά τζάμια, στην περίπτωση των πολυστρωματικών φύλλων με αερογέλη δεν αλλοιώνεται καμία από τις μονωτικές τους ιδιότητες όταν εγκαθίστανται ως τζάμια οροφής, εξασφαλίζοντας διαρκείς τιμές Ug 1,0 W/m²K, που προσομοιάζουν με τιμές Ug για τριπλά τζάμια που τοποθετούνται σε οροφή. Το δείγμα Makrolon Ambient που εσωκλείεται, προσφέρει μία εναλλακτική και οικονομικά αποδοτική λύση σε σχέση με τα διπλά και τριπλά τζάμια.