ده ماده ای که جهان را تغییر خواهند داد-بخش دوم

6-سیمان خود ترمیم شونده (Self Healing Concrete)

به نظر نمی آید که مخلوط باکتری و بتن ماده مناسبی برای ساخت و ساز باشد ولی در واقع این ترکیب می تواند عمر پل ها، ساختمان ها و جاده ها را تا 40 درصد افزایش دهد. در حال حاضر آمریکا 50 میلیارد دلار را صرف تعمیر بزرگراه ها، پل ها و فرودگاه ها می کند و با در نظر داشتن این هزینه، اهمیت عمر بیشتر این سازه ها بیشتر مشخص می شود. دکتر هنک جانکرز میکروبیولوژیست در داشنگاه دلفت هلند نوعی بتن حاوی میکروب را ساخته است که توانایی تعمیر و از بین بردن میکروترک ها را دارد. اگر چه ترک هایی زیر 0.4 میلیمتر استحکام کلی را کاهش نمی دهند اما نفوذ آب به درون بتن موجب تضعیف آن می شود و در هنگام انجماد محصولات تخریب شده را به درون بتن می برد. دکتر جانکرز می گوید : " ما یک عامل ترمیم کننده را به مخلوط بتن اضافه کردیم که شامل نوعی هاگ باکتری غیر فعال و غذای مناسب آن است که به وسیله پوشش روی آن ایجاد شده است. هنگامی که آب وارد بتن می شود این باکتری ها فعال شده و غذا رابه آهک تبدیل می کند." گونه باکتری استفاده شده در این تحقیق Bacillus cohnii و Bacillus pasteurii هستند و خود را با شرایط بسیار قلیایی بتن تطبیق می دهند. این باکترها کلسیم لاکتیت را به کلسیم کربنات سخت تبدیل می کند. اگر آزمایشات با موفقیت انجام شود، سیمان خود ترمیم کننده ظرف 4 سال آینده به بازار عرضه خواهد شد.

کاربردها: تونل ها، پل های دره ای، جاده ها و سازه های دریایی

7-هیدروژل DNA یا (DNA Hydrogel)

معمولا اضافه کردن آب به مواد موجب افزایش سیالیت آن ها می شود اما ماده جدیدی وجود دارد که با افزودن آب شکل جدیدی به خود می گیرد. این ماده جدید هیدروژل پر شده با  DNA است. هیدروژل ها به شدت جاذب هستند و شبکه ای اسفنجی از پلمیر ها هستند که می توانند به سرعت تا صد برابر جرم خود آب جذب کنند. این مواد در لنز های تماسی و پدهای مانیتورهای قلبی EEG استفاده می شوند. ولی در دانشگاه کرنل آمریکا، پروفسور دن لو رشته های مصنوعی از مواد ژنتیکی را در ژل ها قرار داده است. لو و گروه وی هیدروژل ها را در قالب هایی به شکل DNA قرار دادند. هنگامی این قطعاتآب از دست دادند به گلوله های آمورف تبدیل شدند و پس از قرار گرفتن در آب مجددا به شکل اولیه تبدیل شده اند. رشته های DNA در داخل ژل ها مانند لاستیک های به هم چسبیده عمل می کنند. رشته های DNA با سیستم های پیچیده ای به سایر رشته ها اتصال پیدا می کنند. با طراحی مواد ژنتیکی که نحوه اتصال خاصی دارند می توان خواص ژل ها را بهبود داد.

از هیدروژل می توان در پزشکی  استفاده کرد به عنوان مثال ژل حاوی دارو را کاملا درون زخم قرار داد. هم چنین در تجهیزات الکترونیکی به عنوان سوئیچی که با آب فعال می شود، استفاده کرد. در یکی از تست ها در دانشگاه کرنل ژلی محتوی ذرات فلزی که بین دو کنتاکت الکتریکی قرار گرفت ، خاصیت هدایت الکتریکی را از خود نشان داد. با اضافه کردن آب، ژل انقباض پیدا کرده و اتصال الکتریکی قطع می شود.

کاربردها: داربست های مورد استفاده در مهندسی بافت، پانسمان های زخم حاوی دارو و سوئیج هایی که با آب فعال می شوند.

8-مایعات یونی (Ionic Liquids)

اگر نمک طعام را تا دمای 800 درجه سانتی گراد حرارت بدهید به ماده ای نادر دست می یابید. این ماده بدون ایجاد بخارات سمی و بدون هیچ تجزیه شیمیایی به مایع تبدیل می شود. نمک در این حالت یک حلال بسیار خوب است.  اگر چنین ماده ای در دمای اتاق به شکل مایع باشد یک مایع یونی یا نمک مایع را ایجاد می کند. مایعات یونی بر خلاف صنعت چندین میلیاردی حلال ها که دنیای امروزه ما را به حرکت در می آورند، بخار ایجاد نمی کنند. ممکن است چنین خاصیتی به نظر جذاب نباشد ولی این ویژگی به معنی حلال هایی کم خطر تر و آلودگی بسیار کمتر است. می توان از این مایعات به عنوان حامل بار الکتریکی در باتری ها و سلول های خورشیدی ارزان استفاده کرد. این مواد توانایی حل کردن تقریبا هر چیزی را دارند از باکتری خطرناک MRSA تا جیوه سمی موجود در گاز طبیعی. علاوه بر این، مایعات یونی به علت واکنش های غیر معمولی که با سایر مواد دارند می توانند برای ساخت نوع جدیدی از محصولات شیمیایی به کار گرفته شوند.

یکی از کاربردهای مایعات یونی در ذخیره هیدروژن در ماشین های سازگار با محیط زیست است. در حال حاضر از مخازن فشار بالا برای ذخیره هیدروژن استفاده می کنند ولی برای مسافت های طولانی باید از مخازن بزرگ استفاده شود. مایع یونی می تواند حجم زیادی هیدروژن در فضای کم ذخیره کند و در زمان نیاز آن را آزاد کند. کاربردهای بی شماری برای این مواد وجود دارد. پروفسور کن سدون معاون آزمایشگاه مایعات یونی در دانشگاه کوئین دوبلین می گوید:  "در هر جایی از مایعات معمولی استفاده می شود می توان مایعات یونی را جایگزین کرد."

کاربردها: حلال سبز، پیل های سوختی برای اتومبیل ها و سل های خورشیدی

9-گرافن (Graphene)

گرافن در جهان امروزی به معنای جادو است. تقریبا هر هفته اخبار و گزارشاتی در مورد کابردهای احتمالی ورق های دو بعدی کربن اعلام می شود. در سال 2012 ده هزار مقاله در مورد گرافن منتشر شد. بر اساس گفته های پروفسور آندره گیم که در سال 2010 برای همکاری در کشف گرافن موفق به دریافت جایزه نوبل فیزیک شد، این ماده مستحکم ترین و سفت ترین ماده ای است که تا کنون بررسی شده و هم چنین دارای بزرگترین نسبت سطح مخصوص به وزن است به نحوی یک گرم گرافن سطحی برابر با چند زمین فوتبال دارد. ساختار فوق العاده نازک گرافن به آن خواص الکتریکی ویژه ای می دهد. گرافن تا ده سال پیش ناشناخته بود ولی در سال 2013، یک میلیارد یورو صرف تحقیقات این زمینه شده است. محصولات حاوی گرافن به تدریج وارد بازار می شوند. به عنوان مثال راکت تنیس ساخت شرکت استرالیایی Head  یکی از نخستین محصولات ساخته شده از گرافن است. نگاهی اجمالی به لیست ده گواهی ثبت اختراع برتر گرافن که به شرکت های سامسونگ، سان دیسک 3D (سازه مدارهای 3D) و زیراکس اختصاص دارد، نشان دهنده اثر بزرگ گرافن بر زندگی ماست.

کاربردها: نمایشگرهای انعطاف پذیر کامپیوتر، میکروپروسسورهای سریع، کامپوزیت های سبک تر و مستحکم تر، سلول های خورشیدی با بازده بیشتر، سنسورها، تصویربرداری پزشکی و باتری های قابل انعطاف.

10-سیلیسین (Silicene)

پس از کشف گرافن در سال 2004 این ماده بر تمامی حوزه های علم مواد سایه افکند. اما ماده ای با نام مشابه به نام سیلیسین، می تواند در این حوزه شروع به درخشش کند و صنعت الکترونیک را به طور کامل متحول کند. پروفسور یوکیکو یامادا تاکامورا در انستیتو علم و تکنولوژی پیشرفته ژاپن که در تحقیقات سیلیسین در جهان پیشتاز است می گوید: "سیلیسین کپی سیلیسیمی از گرافن است. " گرافن تک لایه ای از اتم های کربن و سیلیسین تک لایه ای از اتم های سیلیسیم است. در بسیار از موارد سیلیسین مشابه با گرافن عمل می کند. به عنوان مثال هدایت الکتریکی بالایی دارد و تقریبا بدون هیچ گونه مقاومتی به الکترون ها اجازه عبور می دهد. سیلیسین مزیت بزرگی دارد و آن تطابق با صنعت امروزی سیلیکون است. این به معنای زمان تحقیقاتی کمتر برای وارد کردن محصولات حاوی سیلیسین به بازار و هزینه های تولید کمتر است. سرعت محاسبات بالا و اتلاف انرژی کم از دیگر مزیت های این ماده است. بنابراین در آینده سیلیسین تلفن های هوشمند را شارژ می کنند و نه گرافن.

سیلیسین نسبت به گرافن انعطاف پذیری بیشتری دارد. در حالی که گرافن می تواند تنها یک شکل در در شبکه افقی خاص خود داشته باشد، سیلیسین متفاوت عمل می کند. یامادا تاکامورا می گوید" سیلیسین در مقیاس اتمی انعطاف پذیر است و اتم ها می توانند در صفحه جابجا شوند." تغییرات ظریف در ساختار اتمی سیلیسین به معنی افزایش تعداد کاربردهای آن است. البته سیلیسن با نقطه اوج خود فاصله دارد و برای نخستین بار در سال 2012 توسط محققان آلمانی تولید شد. هم چنین تعداد گواهی های ثبت اختراع آن نسبت به گرافن بسیار کمتر است. اما به هر شکل سیلیسین اثر بزرگی بر زندگی ما خواهد گذاشت.

کاربردها: چیپ های الکترونیکی، حافظه های دیجیتالی و کاتالیست های ضد آلودگی