Secret Materials

Descoperiţi lumea noilor materiale Un instrument de studiu pentru viitorii oameni de știinţă europeni

Cămăși care nu se șifonează, hârtie fabricată din resturi ale producţiei de suc de mere sau geamuri

de mașină cu lumini programabile. Aproximativ 70% din produsele inovatoare se bazează pe

materiale cu proprietăţi noi sau îmbunătăţite. Materialele joacă un rol esenţial în creșterea

economică și crearea de bogăţie în Europa. Este important să se atragă atenţia asupra efectelor și

a posibilităţilor actuale ale cercetării în domeniul materialelor, precum și să fie popularizat

potenţialul materialelor noi de a ne îmbunătăţi viaţa, de a duce la o producţie industrială mai

durabilă și de a crea bogăţie și locuri de muncă în Europa. Ceea ce nu ar trebui să lipsească din

niciun proces de inovare reușit este transformarea unei soluţii tehnologice într-un produs

comercializabil. Exemplele de materiale inovatoare din această casetă așteaptă să fie explorate prin

experimente practice.

Această casetă „Secret Materials” conţine câteva dintre materialele inovatoare

reprezentative, însoţite de explicaţii și aplicaţii care le demonstrează

proprietăţile. Sperăm că, în special, copiii și tinerii le vor considera interesante. Printr-o

abordare distractivă, această casetă încearcă să ofere o idee despre ce poate face știinţa

materialelor și ingineria. Cercetarea conturează viitorul lumii noastre.

Copiii trebuie să încerce experimentele numai sub supravegherea adulţilor. Distracţie

plăcută în descoperirea proprietăţilor secrete!

Materialul Aliaj cu memorie de formă 1 Zis și „Schimbă Formă” (Shapeshifter)

Îl puteţi îndoi la loc?

Misiune: Aduceţi un fir la forma lui iniţială!

Tehnologia inovatoare în domeniul fibrelor a permis crearea unei game largi de produse

textile inteligente. Aliajele cu memorie de formă au fost modificate pentru a fi incluse în

structura ţesăturilor. Există deja textile noi, care reacţionează la mediu, adoptând o

anumită formă. De exemplu, o companie europeană de confecţii a produs o cămașă

făcută din fibre textile NITINOL, care se calcă singură. Tot ce vă trebuie e un uscător de

păr, pentru că materialul textil este realizat din nailon și dintr-un aliaj termic cu

memorie de formă care revine la forma sa iniţială atunci când este încălzit. Alţi designeri

utilizează fibrele cu memorie în domeniul modei.

Exp

eri

men

t 1. Îndoiţi firul „Schimbă Formă” și lăsaţi-vă imaginaţia liberă (încercaţi să evitaţi

îndoirea firelor cu un diametru mai mic de 12 mm).

2. Vărsaţi apă fierbinte într-un bol (temperatură >60° C).

3. Introduceţi cu grijă firul „Schimbă Formă” în apă fierbinte și priviţi cum se

transformă.

Mate

rialu

l

Un aliaj cu memorie de formă (AMF) este capabil să memoreze forma sa

iniţială. Acesta poate fi deformat plastic la temperaturi joase și poate reveni la

forma sa memorată după ce a fost încălzit peste temperatura de tranziţie, de

exemplu în apă fierbinte. Aliajele cu memorie de formă mai sunt denumite și

„metale cu memorie".

În timpul fazei de revenire la forma iniţială, aliajul generează forţe mari. De

aceea, „metalele cu memorie” sunt utilizate în domeniul tehnic ca elemente de

acţionare în diferite aplicaţii, cum ar fi sistemele hidraulice, pneumatice și

motorizate. AMF-urile pe bază de cupru și nichel/titan, în special, sunt

considerate a fi materiale de inginerie. Unele dintre aceste aliaje, cu o

biocompatibilitate corespunzătoare, sunt utilizate în aplicaţii medicale pentru care

spaţiul de mișcare este limitat, de exemplu valvele cardiace. Căldura sângelui

este suficientă pentru a declanșa efectul de memorie și pentru a lărgi stentul,

aducând valva cardiacă la forma ei activă.

Materialul Tapet ceramic 2 Zis și „Labirintul de apă” (Aquatrail)

Puteţi să vă strecuraţi până la capăt?

Misiune: Ghidaţi picătura prin labirint!

Înlocuirea materialelor de construcţii clasice cu materiale mai ușoare, cu caracteristici

multifuncţionale, devine din ce în ce mai importantă. Obiectivele sunt reducerea cantităţii de

materiale necesare pentru proiectele de construcţii civile și integrarea mai multor aspecte

funcţionale într-un singur material. Mai presus de toate, nanotehnologia are potenţialul de a

deschide calea pentru concepte complet noi de produse. Un exemplu remarcabil este tapetul flexibil

CCFLEX ®, care este potrivit, în special, pentru înlocuirea plăcilor ceramice în mediile predominant

umede. Acesta poate fi folosit aproape la fel de ușor ca un tapet obișnuit.

Exp

eri

men

t

1. Se pune o picătură mai mare de apă pe partea imprimată a „labirintului de

apă”.

2. Asiguraţi-vă că picătură circulă pe suprafaţă, mișcând ușor materialul de test

în sus și în jos, precum și în lateral.

3. Evitaţi barierele tipărite ale labirintului și aduceţi picătura la destinaţie!

Mate

rialu

l

CCFLEX ® este un material ceramic unic și flexibil, cu avantajele de utilizare ale unui tapet

standard și caracteristicile unei suprafeţe de piatră, creat de Evonik Degussa.

Acest material ușor este 100% impermeabil prin însăși natura sa, stabil la ultraviolete și are

o rezistenţă mare la zgârieturi, substanţe chimice și foc. Baza materialului este o tehnologie

patentată care permite acoperirea unui strat polimeric flexibil cu ceramică și realizarea, în

acest mod, a unui strat exterior anorganic. Proprietăţile produsului pot fi personalizate

pentru aplicaţii specifice într-o gamă largă de domenii care folosesc un proces continuu. În

zonele umede, mai ales, poate concura cu gresia existentă pe piaţă. În plus, prin procesul

de fabricaţie i se pot da proprietăţi speciale, cum ar fi caracteristica de a fi „ușor de

curăţat", materialul putând, de asemenea, să fie tăiat în diferite forme cu instrumente

obişnuite și aplicat pe majoritatea suprafeţelor. Produse europene de acest tip au fost

lansate în 2010.

Materialul Pigment termocromatic 3 Zis și „Hârtie detectoare” (Detection Paper)

Ce secrete vi se ascund în palme?

Misiune: Activaţi suprafaţa secretă!

Există deja tapetul care își schimbă culoarea după ce îl atingeţi cu mâna sau suprafeţe care

recunosc ulterior, cu exactitate, modul în care v-aţi așezat pe ele. În ultimii ani, materialele și

straturile exterioare care răspund la influenţele mediului s-au concretizat în produse de zi cu zi. Ele

sunt „inteligente", pentru că proprietăţile lor se schimbă în funcţie de stimuli externi. Elaboraţi

iniţial în scopuri de siguranţă, de exemplu, pentru a detecta încălzirea accidentală a produselor

alimentare în timpul transportului frigorific, pigmenţii termocromatici (care reacţionează la căldură)

deschid astăzi multe posibilităţi interesante în publicitate, design de mobilier și modă.

Exp

eri

men

t 1. Puneţi „hârtia detectoare” între palmele dumneavoastră, în interiorul inelului

marcat.

2. Așteptaţi 5-10 secunde și reacţia hârtiei va dezvălui secretele pe care vi le-a

citit în palmă!

Mate

rialu

l

Un material capătă calităţi termocromatice, și anume capacitatea de a-și modifica culoarea

la schimbări de temperatură, prin integrarea de pigmenţi termocromatici într-un strat extern

al materialului. Efectul termocromatic este cauzat de schimbări în structura

cristalină. Materiale termocromatice tipice cuprind oxizii anorganici ai unor metale (de

exemplu oxid de zinc, oxid de vanadiu), amestecurile de polimeri sau cristalele lichide, care

la încălzire nu trec direct din starea cristalină în cea lichidă. În special, hidrogelurile

termosensibile, pentru protecţie solară, fac obiectul cercetărilor actuale. Există deja pe piaţă

lacuri termice pentru o mulţime de aplicaţii diferite, acestea putând fi ușor aplicate pe

majoritatea suprafeţelor. Temperatura de reacţie poate fi modificată și pot fi definite

modificările de culoare. Rășinile termocromatice pot fi amestecate cu materiale modelabile

convenţionale și pot fi utilizate pentru producţia de componente din plastic.

Materialul Aluminiu luminescent 4 Zis și „Lumini secrete” (Secret Lights)

Puteţi descifra codul?

Misiune: Creaţi un mesaj secret!

În mod tradiţional, materialele și substanţele emiţătoare de lumină sunt deosebit de

atractive pentru designeri și arhitecţi. Exemple sunt fibrele și textilele fotoluminescente

sau particulele luminescente integrate în piatră. Materialele emiţătoare de lumină nu

sunt doar gadgeturi, ci pot fi, de asemenea, utile pentru scopuri de siguranţă. Atunci

când există o pană de curent în clădirile publice, pot apărea panica și accidentele. Un

strat special pentru suprafeţele din aluminiu este promiţător - efectul fotoluminescent

durează aproximativ o oră, stratul respectiv putând fi aplicat pe tavane sau pe placajele

pereţilor.

Exp

eri

men

t

1. Scoateţi stratul de protecţie de pe „lumina secretă”.

2. Introduceţi mesajul codat pe suprafaţa activă.

3. Expuneţi la lumină, rotiţi mesajul cu 180 de grade și expuneţi din nou la

lumină

(acest lucru ar putea dura câteva minute, în funcţie de sursa de lumină).

4. Stingeţi toate luminile și priviţi mesajul decodat pe „lumina secretă”

Mate

rialu

l În locurile publice aglomerate, cum ar fi staţiile de metrou, complexele sportive

sau lifturile, o pană de curent poate crea ușor panică. Placajele pereţilor făcute

din suprafeţe de aluminiu care stochează lumina ar oferi suficientă luminozitate

pentru a evita astfel de situaţii extreme și ar oferi o bună sursă alternativă și

rentabilă de lumină, pe lângă sistemul de iluminat existent. Suprafaţa poate fi

reîncărcată continuu, astfel încât materialul să ofere luminozitate pe termen

lung. Învelişul este rezistent la şocurile mecanice și are un grad mare de

maleabilitate, astfel încât foile pot fi îndoite sau deformate. Materialul are calităţi

excelente de rezistenţă la abraziune și intemperii. Aluminiul care stochează

lumina este neinflamabil și este certificat A1 în conformitate cu EN 13501

(ignifug). Grosimea acestuia variază de la 0,2 la 2 mm.

Materialul Perete multistrat cu aerogel 5 Zis și „Peretele minune” (Wonderwall)

Vă place răcoarea?

Misiune: Răspundeţi provocării termice!

Aproximativ 40% din consumul de energie la nivel mondial se datorează clădirilor. Prin

creșterea proprietăţilor izolatoare ale exteriorului unei clădiri şi prin folosirea surselor

alternative de energie și a soluţiilor de iluminat care economisesc energie, industria

europeană a construcţiilor încearcă să promoveze visul unei arhitecturi cu consum de

energie nul sau chiar al unor clădiri care să ofere un surplus de energie. Există

numeroase concepte pentru utilizarea luminii naturale în arhitectura modernă, în care

folosirea unei izolaţii termice transparente reprezintă o caracteristică esenţială. Pereţii

multistrat umpluţi cu aerogel sunt o inovaţie în acest domeniu, permiţând crearea de

faţade și acoperișuri semi-transparente cu un grad ridicat de izolaţie termică, o foarte

mare rezistenţă la impact și o greutate redusă.

Exp

eri

men

t

1. Turnaţi apă fierbinte în două căni.

2. Acoperiţi o cană cu „peretele minune” și cealaltă cană cu o farfurie sau un

castronel de sticlă (care să fie, în mod ideal, de aceeași grosime cu „peretele

minune”).

3. Puneţi câte un cub de gheaţă pe „peretele minune” și pe farfuria de sticlă.

4. Observaţi ce se întâmplă cu cuburile de gheaţă în ambele cazuri.

Mate

rialu

l

Prin proprietăţile lor termoizolante, aerogelurile sunt un exemplu excelent de

nanotehnologie. Cum 95% din volumul lor este gol, aerogelurile au cea mai mică

densitate dintre toate solidele poroase cunoscute și sunt înregistrate în Cartea

mondială a recordurilor Guinness. Datorită naturii lor translucide, li se mai spune

și "fum ingheţat". Structura de spumă ceramică este cel mai bun izolator termic

din lume, deoarece practic anulează toate cele trei metode de transfer de căldură

(convecţie, conducţie și radiaţie). Introdus în spaţiul interior al pereţilor

multistrat, aerogelul cu siliciu transparent este foarte potrivit pentru a limita

pierderile termice ale clădirilor și, în special, pentru renovarea faţadelor vechi de

sticlă, fără a schimba substructura, deoarece este un material ușor. Panourile

exterioare mai groase, protecţia optimizată împotriva ultravioletelor și laturile

translucide se adaugă aspectului foarte estetic. Spre deosebire de geamurile

izolante duble, pereţii multistrat cu aerogel nu își pierd din proprietăţile izolatoare

atunci când sunt instalate ca învelişuri de acoperiș, asigurând o valoare Ug

constantă ≤ 1,0 W/m²K, care este similară cu valoarea Ug a geamurilor izolante

triple instalate pe acoperiș. Eșantionul de Makrolon® Ambient disponibil oferă o

alternativă economică la geamurile izolante duble și triple.