Secret Materials Fedezd fel az új anyagok világát Tanulási segédeszköz európai tudósjelöltek számára
Gyűrhetetlen ingek, az almalé-előállítás után visszamaradó anyagokból készült papír vagy programozható fényerejű hátsó ablakok. Becslések szerint a termékfejlesztések 70%-a új vagy továbbfejlesztett tulajdonságú anyagokon alapszik. Az anyagok kulcsfontosságú szerepet játszanak az európai növekedés és jólét megteremtésében. Fontos felhívni a figyelmet a jelenlegi anyagkutatás kihatásaira és lehetőségeire, és fontos tudatosítani az emberekben, hogy az új anyagok milyen lehetőségeket kínálnak életminőségünk javítására, az ipari termelés fenntarthatóbbá tételére, valamint a jólét megteremtésére és munkahelyek létrehozására Európaszerte. Ugyanakkor egy sikeres innovációs folyamatból nem hiányozhat a technológiai megoldás piacképes termékké alakításának lépése. Az ebben a dobozban található innovatív anyagminták megismerésre várnak. A „Secret Materials” doboz néhány, az új anyagokat képviselő tételt tartalmaz, melyek tulajdonságai magyarázatokon és feladatokon keresztül kerül bemutatásra. Reméljük, hogy különösen a gyerekek és a fiatalok fogják érdekesnek találni. A szórakoztatáson kívül e doboz azt kívánja érzékeltetni, hogy az anyagtudomány és a mérnöki tudás mire is képes, milyen anyagokat tud előállítani. A kutatás a jövő világunk alakítója. Gyermekek csak felnőtt felügyelete mellett próbálkozzanak a kísérletekkel. Jó szórakozást az anyagok titkos tulajdonságainak felfedezéséhez!
1
Anyag
Alakmemóriával rendelkező fémötvözet
Becenév
Alakváltoztató
Vissza tudod hajlítani? Feladat: Állítsd vissza a drót eredeti alakját!
Az innovatív száltechnológia számos intelligens textília létrehozását tette lehetővé. Az alakmemóriával rendelkező fémötvözeteket úgy alakították, hogy szövetszerkezetbe lehessen azokat őket építeni. Már léteznek olyan új textíliák, amelyek úgy reagálnak a külső hatásokra, hogy egy meghatározott alakot vesznek fel. Egy európai ruhagyártó vállalat például olyan NITINOL anyagból készült inget fejlesztett ki, amely önmagától kivasalódik, azaz kisimul. Ehhez csak egy hajszárítóra van szükség, mivel az anyag nejlonból és egy termikus alakmemóriával rendelkező fémötvözetből készül, amely hő hatására visszanyeri eredeti alakját. Más tervezők az emlékező anyagokat a divat
Kísérlet
világában használják fel. 1. Engedd szabadjára a fantáziádat és hajlítsd el az Alakváltoztatót (a hajlítási átmérő lehetőleg ne legyen 12 mm-nél kisebb)! 2. Önts meleg (60 C-nál melegebb) vizet egy edénybe.
Az anyag
3. Óvatosan merítsd bele a Shape Shiftert a meleg vízbe, és figyeld meg, ahogy átalakul.
Az alakmemóriával rendelkező fémötvözetek (shape memory alloy – SMA) képesek "megjegyezni" eredeti alakjukat. Alacsony hőmérsékleten képlékenyek, majd az átalakulási hőmérséklet fölé melegítve, pl. meleg vízben, visszanyerik memorizált alakjukat. Az alakmemóriával rendelkező fémötvözeteket „emlékező fémek”-nek is nevezik. Eredeti formájába történő visszaalakulása során az ötvözet nagy erőt fejt ki. Ezért az emlékező fémeket különféle alkalmazásoknál – pl. hidraulikus, pneumatikus és motorral működtetett rendszerekben – beavatkozó elemként használják. Különösen a rézalapú és nikkel-/titánium alapú SMA-kat tartják műszakilag jól használható anyagoknak. Egyes, jó biokompatibilitású ötvözeteket olyan orvosi készülékekben is felhasználnak, ahol korlátozott a mozgáslehetőség – pl. szívbillentyűknél. A vér melegsége elég ahhoz, hogy előidézze a memóriahatást, és hogy a sztent [érfal kitámasztó] felvegye alakját, és így a szívbillentyű visszanyerje aktív állapotban lévő alakját.
2
Anyag
Kerámiatapéta
Becenév
Vízi ösvény
Át tudod csúsztatni? Feladat: Vezesd át a rakományodat a labirintuson!
A klasszikus építési anyagok könnyebb, multifunkcionális tulajdonságú anyagokkal való kiváltása egyre fontosabbá válik. A cél az építőmérnöki megoldásokhoz szükséges anyagmennyiség csökkentése, valamint számos funkcionális követelmény egyetlen anyagba történő ötvözése. t. A nanotechnológia teljesen új termékkoncepciók számára teremt lehetőséget. Egy kiemelkedő példa erre a CCFLEX® flexibilis falborítás, amely főleg nedves környezetben különösen alkalmas a hagyományos kerámiacsempe kiváltására. Alkalmazása majdnem olyan könnyű, , mint a
Kísérlet
hagyományos tapétáé.
1. Helyezz egy kövér vízcseppet a Vízi ösvény mintázott oldalára. 2. A Vízi ösvény enyhe fel-le és oldalra billentésével mozgasd a cseppet a felületen. 3. A Vízi ösvény mintázata által ábrázolt akadályokat kikerülve vidd a cseppet
Az anyag
biztonságban a célba.
Az Evonik Degussa által kifejlesztett teljesen egyedi és flexibilis CCFLEX® kerámia olyan könnyen kezelhető, akár a hagyományos tapéta, és olyan felületi tulajdonságokkal rendelkezik, mint a kő. A kis tömegű anyag maga 100%-osan vízálló, ellenáll az UV-fénynek, emellett magas fokon karc-, vegyszer- és tűzálló. Az anyag alapja egy olyan szabadalmazott technológia, amely rugalmas polimer szálas műgyapjú kerámiával történő bevonását és ezáltal egy szervetlen külső réteggel való burkolását teszi lehetővé. A termék tulajdonságai számos folyamatos eljárást alkalmazó technológia igényeihez igazíthatók. Különösen a nedves területeken veszi fel a versenyt a kereskedelemben már régóta kapható csempékkel. Ráadásul további tulajdonságokkal ruházható fel, mint például a könnyen tisztíthatóság, hagyományos szerszámokkal különféle alakzatokra vágható és a legtöbb felületen alkalmazható. Az európai termék 2010-ben került piacra.
3
Anyag
Termokromatikus festékanyag
Becenév
Érzékelő papír
Képes vagy ezt kezelni? Feladat: Aktiváld a titkot rejtő felületet!
Már léteznek érintésre színt váltó tapéták, illetve az ülőpozíciót annak elhagyása után is pontosan felismerhetővé tevő ülőfelületek. Az utóbbi néhány évben a környezeti hatásokra reagáló anyagok és anyagbevonatok utat találtak a mindennapi termékekhez. Ezek az anyagok „okosak”, mert tulajdonságaikat külső hatásokra megváltoztatják. Az eredetileg biztonsági célból – többek között az élelmiszer-ipari termékekben a hűtve szállítás során fellépő nemkívánatos felmelegedés észlelésére – kifejlesztett termokromatikus (hőre színt váltó) festékanyagok használatára
Kísérlet
napjainkban számos lehetőség nyílik a reklám, a bútortervezés és a divat területén.
1. Tedd az érzékelő papírt a két tenyered közé úgy, hogy a kezed a megjelölt körön belül legyen.
Az anyag
2. Várj 5–10 másodpercet, amíg végbemegy a belső titkokat feltáró reakció.
Egy anyagot úgy lehet termokromatikus – azaz hőmérséklet-változásra színváltozással reagáló – tulajdonságokkal felruházni, hogy termokromatikus festékanyagokat keverünk a bevonathoz. A termokromatikus hatásokat az anyag kristályszerkezetének átrendeződése okozza. A termokromatikus anyagok jellemzően szervetlen fém-oxidokat (pl. cink-oxid, vanádium-oxid), polimer keverékeket vagy folyadékkristályokat tartalmaznak, amelyek kristályszerkezete melegítésre nem válik folyékonnyá. A különösen hőérzékeny fényvédő hidrogélek még folyamatos kutatások tárgyát képezik. A számos különböző alkalmazásban használható hő lakkok már kaphatók a piacon, és a legtöbb anyagfelületre könnyen felvihetők. A reagálási hőmérséklet beállítható, és a színváltozás meghatározható. A termokromatikus gyanták hagyományos fröccsöntő-anyagokba keverhetők, és műanyag részegységek előállítására felhasználhatók.
4
Anyag
Világító alumínium
Becenév
Titkos fények
Meg tudod fejteni a kódot? Feladat: Hozz létre titkos üzenetet!
A fénykibocsátó anyagok különösen a tervezők és építészek köreiben népszerűek. Példák erre az utófénylő szálak és textíliák vagy a kőbe épített világító részecskék. A fénykibocsátó anyagok nem csupán érdekességet jelentenek, de biztonsági célokra is felhasználhatók. A középületekben előforduló áramkimaradások során gyakran tör ki pánik és történik baleset. Egy, az alumíniumfelületekre felvihető különleges bevonat kínál erre megoldást – utófénylő hatása nagyjából egy óráig tart, és mennyezetek,
Kísérlet
illetve falfelületek burkolására lehet felhasználni.
1. Távolítsd el a Titkos fény védőbevonatát. 2. Helyezd el a kódolt üzenetet az aktív felületen. 3. Tartsd a fény felé, forgasd el az üzenetet 180°-kal, majd tartsd megint a fény felé (ez a művelet a fényforrástól függően pár percig is eltarthat). 4. Kapcsolj le minden világítást, és tekintsd meg a Titkos fényen elhelyezett
Az anyag
dekódolt üzenetet. Zsúfolt közterületeken – például a metróállomásokon, fedett sportkomplexumokban vagy felvonókban – egy áramkimaradás könnyen pánikot okoz. A fénytároló alumíniumfelületek felhasználásával készített falburkolatok elegendő fényt biztosítanak ahhoz, hogy ne legyen vaksötét, és megfelelő, költséghatékony fényforrást jelentenek a meglévő világítórendszer mellett. A felület folyamatosan újratölthető, így az anyag hosszan tartó világítást biztosít. A lakkréteg ellenáll a mechanikai igénybevételnek és könnyen alakítható, ennek megfelelően a lemezek hajlíthatók, illetve deformálhatók. Az anyagnak kiváló a kopás- és vízállósága. A fénytároló alumínium nem éghető, és az EN 13501-es szabvány szerint A1-es besorolással (nem tűzveszélyes) rendelkezik. A mérettartomány 0,2–2 mm.
5
Anyag
Többfalú lemez aerogéllel
Becenév
Csodafal
Elég belevaló vagy? Feladat: Állj ellen a hő kihívásnak!
A világ energiafelhasználásának hozzávetőlegesen 40%-át épületek teszik ki. A külső épületfalak szigetelésének javításával, alternatív energiaforrások és energiatakarékos világítási megoldások alkalmazásával az európai építőipar népszerűsíteni próbálja a nullaenergiájú épület, vagy akár az energiatöbbletet létrehozó épület álmát. A modern építészetben számos elgondolás létezik a napfény alkalmazására, amelynek alapvető eleme az átlátszó hőszigetelés. Az aerogéllel töltött többfalú lemezek innovációt képviselnek ezen a területen, és félig átlátszó, jó hőszigetelésű, kiváló ütésállóságú,
Kísérlet
valamint kis tömegű homlokzatok és tetők kialakítását teszik lehetővé.
1. Önts meleg vizet két pohárba. 2. Fedd le az egyik poharat Csodafallal, a másikat meg egy üvegtányérral vagy üvegtállal (lehetőleg olyannal, amelynek mérete a mintáéhoz igazodik). 3. Tegyél jégkockákat a Csodafal és az üvegtányér tetejére.
Az anyag
4. Nézd meg, mi történik a jégkockákkal mindkét elrendezésnél.
Hőszigetelő tulajdonságaik révén az aerogélek a nanotechnológia alkalmazására adnak kiemelkedő példát. Mivel térfogatuk 95%-a üreg, az aerogélek rendelkeznek az ismert porózus szilárd anyagok közül a legkisebb térfogatsűrűséggel, amely tulajdonságuk miatt be is kerültek a Guinness Világrekordok Könyvébe. Fényáteresztő képességük miatt „fagyott füst”-nek is nevezik. A kerámiahabos szerkezet a világ legjobb hőszigetelője, mivel szinte teljes mértékben megakadályozza a hőátadás három formáját (hőáramlás, hővezetés és hősugárzás). A többfalú lemezek belső terébe töltött átlátszó szilika aerogél kis tömegű anyag lévén nagyon jól alkalmazható az épületek hő veszteségeinek korlátozására, különösen régi homlokzatoknak az alépítmény
megváltoztatása nélkül történő felújítására. Az igen esztétikus megjelenést extravastag külső panelek, optimalizált UV-védelem és fényáteresztő bordák fokozzák. A kétrétegű üvegezéssel ellentétben az aerogéllel töltött többfalú lemezek tetőn való alkalmazásuk esetén sem vesztenek szigetelőképességükből, hanem folyamatosan 1,0 W/m²K-t nem meghaladó Ug értéket nyújtanak, amely tetőalkalmazás esetén a háromrétegű üvegezésnek felel meg. A mellékelt Makrolon® Ambient mintadarab költséghatékony alternatívája a két- és háromrétegű üvegeknek.
