annak lehetséges

Az utóbbi időben sok szó esik az alumíniumról, mint az acél helyettesítőjéről, valamint a grafénről, mint új anyagról, számtalan alkalmazással. Ezért úgy döntöttem, hogy elvégzek egy első felmérést, amely remélem, hogy a piac és a környezet elemzésének kiindulópontja lesz.

Először is szeretnék köszönetet mondani Javi Robles-nak, aki inspirálta ezt a cikket, és bölcs megjegyzését az úgynevezett helyettesítő termékek felfedezésének kényelméről, amelyek között megtalálhatjuk mind az életünkbe régóta beépített anyagokat, mind az anyagokat. ismét.bélyegző.

E bekezdés után alaposabb és jól ismert anyagokkal kezdem, végül grafénnal fejezem be, amely az egyes médiumokban tárgyalt csodák szerint a 21. század mannájának tűnik, és amely az égen túl is ragyog. legszerényebb és fekete eredete ellenére.

Acél

A vas és a szén összeolvadásakor született anyag eredete ide nyúlik vissza Kr. E. 3000. egyes régészeti tanulmányok szerint. Ezt az anyagot számtalan célra alkalmazták, a lőfegyverek gyártásától a hajók, autók, edények, öntőformák, megmunkálás stb.

Kevés felfedezésre vár az acél, amit még nem ismerünk. Ez jó áramvezető és hővezető, az alumíniumhoz képest könnyebben újrahasznosítható és nagyobb a felületi keménysége. Ma már az jelen van a legtöbb körülöttünk.

A kereslet növekedése ugrásszerűen megnőtt az ipari forradalomban, mivel ez volt az az anyag, amellyel álmaink születtek a gépek termelékenységének növeléséről, egy szállítási forradalom és a gyárak, amelyek remek és bőséges időt ígértek, mindezt vasmaradványokkal. Napjainkban ez a nélkülözhetetlen anyagés sok iparágban és általában a feldolgozóiparban.

A világ acélgyártása bruttó 2014-ben elérte 1662 millió tonna.

Alumínium

Van némi vita arról, hogy kinek tulajdonítsák az alumínium "találmányát", és ez a vita abból a tényből fakad, hogy a Hans Christian Oersted által kifejlesztett folyamatok eredményeként elért tisztaság milyen mértékű. 1825-ben Oersted úrnak sikerült szintetizálnia az alumíniumot, de az nem volt teljesen tiszta. 1827-ben Friedrich Wöhlernek az alumínium-klorid redukciójának és a kálium alkalmazásának köszönhetően sikerült alumíniumot szereznie, bár oxidokat és egyéb szennyeződéseket tartalmaz. 1845-ben javította a folyamatot azáltal, hogy eltávolított annyi szennyeződést, hogy alumíniumnak tekintse és bemutassa jellemzőit. Végül itt 1888, Charles Martin Hall gyártja az első kereskedelmi alumíniumot a ma ismert Pittsburgh Reduction Company gyárában Alcoa. A az árak egyhatodra csökkentek mindössze öt év alatt. Addig az alumínium olyan luxuscikk volt, amelynek magas ára volt a gyártási költségek miatt, és megfizethetőbb anyaggá vált.

A legfigyelemreméltóbb jellemzői közé tartozik korrózióval és oxidációval szembeni ellenálló képesség, annak súly (a réz vagy acél tömegének körülbelül egyharmada), nem mágneses anyagként való állapota nincs toxicitás, áthatolhatatlanság és nagy kapacitás újrahasznosítható a 100% vagyonvesztés nélkül. Nem meglepő, hogy ez az acél után a legszélesebb körben használt fém, mivel gyakorlatilag az acél összes tulajdonságát kínálja az a tömeg előnye, valamint a korrózióval és az oxidációval szembeni ellenálló képesség. Hogy képet kapjunk az anyag tartósságáról, néhány elemzés becslése szerint az egész fennállása alatt előállított alumínium körülbelül 75% -át még mindig használják.

Szerzési módszer

A probléma kezdettől fogva az volt, hogy megtalálták a módszert annak nyereséges ipari kitermelésére. A bauxitbányászat drága és nehéz volt. Alcoa megtalálta.

Jelenleg a bauxit néven ismert ásványból az extrakciót egymást követő elektrolízissel hajtják végre.

Fő achilles sarok

Az alumínium legfőbb hátránya a nagy energiaigény, amely megnöveli a gyártási költségeket. Ennek azonban alacsony az újrafeldolgozási költsége, ezért hosszú az élettartama. Az újrahasznosítás 95% -os energiamegtakarítást jelent az alumínium első beszerzéséhez képest.

Alkalmazások

* Villamosenergia-szektor: Az áramszállítás hatékonyabb az alumíniummal, mint a rézzel.

* Kommunikációs szektor: Antennák televízióhoz és műholdakhoz.

* Autóipar: Gazdasági okokból. Öntött alkatrészek és extrudálási profilok, úgymint dugattyúk, kerekek, sebességváltók, felfüggesztések, radiátorok és szerkezetek vagy testek.

Könnyűség, a jármű tömegének akár 30% -os csökkentése (üzemanyag-megtakarítás és a szennyezés alacsonyabb százaléka).

* Vasúti ágazat: Alumínium mozdonyokban. Energiamegtakarítás érhető el, mert az alumínium könnyű anyag.

* Építés: Használata Spanyolországban a fémek között a legtöbb. Ablak és ajtószerkezetek.

* Táplálás: Dobozok, alumíniumfólia, tetra tégla,. Hosszú ideig védik a tartalmat és elkerülik a toxicitást, mivel az alumínium az acélhoz képest nem mérgező. 2006-ban a három italos dobozból kettőt újrahasznosítottak.

* Gyógyszerek: Magukban a csomagolókban.

A világ alumínium gyártása 2014-ben meghaladta 50 millió tonna.

Nagy sűrűségű és kis sűrűségű polietilén

A műanyagokat egyre inkább értékelik az autóiparban, sok esetben az acélt helyettesítik. Azonban egy típusra fogok összpontosítani műanyag nagyon konkrét, az nagy sűrűségű polietilén, használt anyag könnyebb, erősebb és olcsóbb tartályok és nagy hajók gyártása mint fémtársaik. Ez az anyag polietilén gyantákból áll.

A fő előnyök a következők:

- Nem változtatja meg a termék (víz, étel) tulajdonságait (illatát és ízét). Tárolja és nem is szennyezi.

- Korrózióálló.

- Törésállóság, repedések és szivárgások nélkül.

- Könnyű telepítés, szállítás és karbantartás.

Használat

* Eaz élelmiszeripar csomagolása

Vizes palackok, margarin tartályok, szemeteszsákok (alacsony sűrűségű).

* Tárolás

Tároló tartályok, szeméttárolók.

* Csővezetékek

Víz vagy bármely más elem vezetésére.

* Játékok

Becslések szerint 2007-ben a játékok harmada készül ezzel az anyaggal.

Szénrost

Szintetikus szálak összekapcsolásával nyerik (szénszálak, szálakká alakított polimer) gyantávals. A gyártási folyamat a keresett minőségtől függően akár hónapokig is eltarthat, mivel sokféle szénszál létezik.

Jellemzői közé tartozik könnyűség, alacsony sűrűségű (4,5-szer kisebb, mint az acél), szigetelése és kitartás mind fizikai (az acélnál háromszor magasabb, korrózióval, tűzzel és vegyszerekkel szemben ellenállóbb), mind ideiglenes.

Használat

* Autóipar: Megerősített szénszálat használnak a járművek tömegének, és ezáltal az üzemanyag költségének és a keletkező szennyezésnek a csökkentésére.

* Repülési ágazat: A Boeing cég repülőgépei használják ezt az anyagot.

* Kiváló, nagy teljesítményű termékek: A sílécektől a botokig, kerékpárokig vagy golfütőkig.

Üveggyapot

Megfelelő anyag a tenger vagy a víz közelében végzett munkákhoz immunis a korrózióval szembenn. Ezért úgy vélik, hogy az acél helyettesítheti az cementet (vagy hasonlót) az építőiparban.

Használat

* Építkezés: Cementhabarcsok, azbesztpótló, díszítés.

Grafén

A 30-as évek óta ismert, 2004-ben, amikor Novoleszov és Geim oroszoknak sikerült szobahőmérsékleten elkülöníteniük, megszerezve a 2010-es Nobel-díjat, és helytelennek bizonyítva az addig uralkodó elméletet, miszerint az anyag túl instabil a felhasználáshoz. A grafén a megszerzésével képződik sejt alakú tiszta szénatomszerkezethatszögletű s egyetlen atom vastagságú és kovalens kötésekkel kötött, tökéletes szerkezet, amely szimmetriát mutat. Megkapta grafit, amelyet már használnak a ceruzák ólmának elkészítésére. Jellemzői közül kiemelhetjük, hogy az nagyon könnyű, rugalmas, kemény mint a gyémánt, ellenálló, nagyon jó áramvezető (százszor jobb, mint a szilícium és a réz), hő és végül nyomás alatt nagyon stabil,

A probléma abban rejlik, hogy megszerzésének nehézsége mivel nem könnyű megakadályozni, hogy más molekulák "szennyezzék" az eredményt a szerkezet megváltoztatásával és ezáltal az anyagnak tulajdonított csodálatos tulajdonságok elvesztésével. Ezért ezt az anyagot általában az egyetemeken és nagyon kevés vállalatnál szerzik be, mivel célja kísérleti jellegű. A beszerzési folyamat nehézségei és költségei olyanok, hogy egyes vállalatok grafitot árulnak, mintha grafén lenne, és a grafén is hibátlan, elvesztve az anyagot meghatározó jellemzők jelentős részét. Röviden, a A grafén megszerzése nehéz, költséges és szennyező Jelenleg kis mennyiségben állítják elő, általában laboratóriumokban filmek formájában kutatási projektekhez. A A kihívás az anyag ipari méretben történő gyártása ésszerű költségekkel, mint abban a pillanatban az alumínium előállítása volt.

Módszerek megszerzése

* Csíkolja le a grafitot ragasztószalaggal

Ezzel a módszerrel kiváló minőségű grafént nyernek, de az előállítás apró, ezért ipari szempontból nem életképes.

Magasabb termelés, de nem megfelelő a minőség.

Bemutatás

* Lapban: Kiváló minőségű, fenntartja a tulajdonságokat. Elektronikában, repülésben használják. Alacsony mennyiség és drága.

* Por: Alacsony minőségű, elveszíti tulajdonságait. Magasabb termelés és olcsóbb.

A piacra kerülő termékek kapcsán gyakorlatilag csak megfigyelem kísérleti alkalmazások és laboratóriumi vizsgálatok. Ennek ellenére, hogy képet kapjak előnyeinek nagyságáról és nagy potenciáljáról, bemutatok néhány felhasználást, amelyek akkor fordulhatnak elő, ha az ipari szempontból életképes folyamat kérdése megoldódott (nagy termelés elfogadható áron). Figyelembe kell vennünk az alumínium esetét, amely luxustárgy volt, amíg nem találtak módot tömegének előállítására, amint azt fentebb kitettük.

Néhány felhasználás:

* Energia

Ellenállása, szigetelési kapacitása, atomkonfigurációja és az energia hasznosításának képessége ideális anyag mindenféle erőművek számára, mind nukleáris, kombinált ciklusú, termikus, hidroelektromos, napenergia.

Átlátszó napelemeket gyártanak már, amelyek lehetővé tehetik azok használatát az épületek homlokzatai mentén, nagyobb mennyiségű felületet téve ki, emellett pedig nagyobb energiát nyerhet a nap. A grafén biztosítja a szükséges átláthatóságot és rugalmasságot.

Vizsgálják azokat a hidrogén-akkumulátorokat, amelyek grafént használnak az említett hidrogén szigetelőanyagaként. Használható energia tárolására, amely lehetővé teszi az energiatermelés és a felesleges hulladék napjaink egyik kihívásának megoldását. Beszélnek a protoncserélő üzemanyagcellás elektródákban és membránokban történő speciális felhasználásáról. Hasonlóképpen vizsgálják a tökéletlen grafén tárolókapacitását és szuperkondenzátorként történő használatát is.

* Vezetés

Szupravezetőnek számít, így lehetővé teheti az energia nagyon hosszú távú továbbítását a kiindulási helytől, függetlenül attól, hogy milyen távolságra van a rendeltetési helyétől. Kisebb és gyorsabb chipgyártást tesz lehetővé.

Továbbá vezetőképessége olyan anyagokat helyettesíthet, mint az arany, a réz vagy a szilícium.

* NAK NEKgrafén szivárgások

A grafén, műanyagok és fémek kombinációjából áll, amelyek nagy könnyűséget és ellenállást biztosítanak. Repülők, műholdak, autók, épületek. mindez és még sok más grafénnel is elkészíthető.

2015-ben bemutatták a részben grafénnel készült GTA SPANO autót.

* telefonok

A mobiltelefon-ipar érdeklődést mutat a használata iránt. Valójában 2015 óta létezik egy kísérleti prototípus (akkumulátor, érintőképernyők nagyobb érzékenységgel, alacsonyabb energiafogyasztással és ennélfogva nagyobb autonómiával). .

Ezen a héten jelentették be, hogy a Stanford Egyetem tudósainak egy csoportja létrehozott egy alumínium akkumulátort, amely képes egy perc alatt mobiltelefont tölteni. Ez egy újratölthető alumínium akkumulátor, amely grafitot használ a pozitív töltésű katódhoz, és alumíniumot a negatív töltésű anódhoz az akkumulátor táplálásához. Ez az akkumulátor képes lenne több mint 7500 töltést végrehajtani kapacitásvesztés nélkül, miközben a lítium akkumulátor 1000 újratöltéssel lemerült.

* Nanotechnológia

Tulajdonságai miatt ez az anyag ideális nanotechnológiai eszközök fejlesztéséhez.

* Mszerkesztés

A protézisek vagy kezelések gyártása ennek a fiatal anyagnak a másik felhasználását jelentheti.

A Manchesteri Egyetem kutatások után arra a következtetésre jutott, hogy a grafén-oxid mérgező a kóros sejtekre, és ártalmatlan az egészséges sejtekre a tüdő- és emlőrákban. Nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy még ha ez igaz is lenne, a gyógyszerészeti és orvosi kutatásokhoz olyan protokollokra van szükség, amelyek néhány évtizeden belül lehetővé teszik annak lehetséges alkalmazását, így kezelésként való használata nem küszöbön áll.

* Viselhető

Csökkentett vastagsága, súlya és elektromos tulajdonságai miatt ideális anyag a technológia viseléséhez.

Egészség és környezetvédelem

A közelmúltban néhány média rámutatott annak lehetséges negatív hatására a levegőbe és a vízi környezetbe juttatott nanorészecskék egészségére. Válaszként azt állítják, hogy nagyon stabil struktúrába vannak "zárva", amely nem teszi lehetővé a kibocsátásukat.

Országok

Kína a világ grafitkészleteinek 70% -át tartalmazza, így az az érdeklődés, amelyet ez az új anyag felkeltett a régióban, senkit sem lep meg. A kínai kormány elősegíti a grafén kutatását és előállítását, és egyike azoknak az országoknak, amelyek a legtöbb szabadalommal rendelkeznek ezzel a termékkel kapcsolatban.

Következtetés

A grafén a jövő anyaga? Persze, de előbb muszáj nyereséges módot találni előállítására és ipari szinten használja fel, és nem csak kísérleti célokra az egyetemek laboratóriumaiban vagy a tudományos kutatóközpontok szolgáltatóiként működő vállalatoknál.

A szénrost Nagyobb jelenléte kellene, bár az ár korlátozza terjeszkedését. Övé könnyedség és ellenállás teszi ezt az anyagot az egyik legérdekesebbé a repülőgépgyártás számára, mivel csökkenti a súlyt és ezáltal az üzemanyag-fogyasztást. Ezt az anyagot már sok csúcskategóriás verseny- vagy kiváló minőségű termékben használják a jobb teljesítmény érdekében.

A az acél cseréje más anyagokkal számos iparágban gyártották. Ez a folyamat azonban nagyon folyamatban van lassú különféle okokból, például az előállítási költség vagy bizonyos jellemzők, amelyeket az acél kínál más anyagokhoz képest. Ezenkívül figyelembe kell venni, hogy ezen anyag fejlődése továbbra is zajlik, ami sokszor megsemmisíti annak helyettesítőjének versenyelőnyét. Egy nagyon egyszerű példa: a rozsdamentes acél korrózióálló, amely kiküszöböli a korrózió hátrányait, vagy az erősített acél növeli a szilárdságot. A a csere folyamat folytatódik bár az acél véleményem szerint sokáig nem fog eltűnni az életünkből. Az előrejelzések rámutatnak az acélról az alumíniumra történő fokozatos áttérésre, különösen az autóiparban és az élelmiszeriparban, és általában sok más ágazatban.

Lehetséges, hogy figyelmen kívül hagytak valamilyen más anyagot, amelyet az iparban használnak, vagy amelyek érdeklődést mutatnak, bár úgy gondolom, hogy a piacon használt főbb termékek itt tükröződtek.

A cikket kedvelő felhasználók: