materiale

În ultimul timp, s-a vorbit mult despre aluminiu ca înlocuitor al oțelului, precum și despre grafen ca material nou cu nenumărate aplicații. Din acest motiv, am decis să realizez un sondaj inițial care sper să fie punctul de plecare pentru o analiză a pieței și a mediului.

În primul rând și înainte de a începe, aș dori să îi mulțumesc lui Javi Robles pentru că a inspirat acest articol și pentru înțeleptul său comentariu cu privire la comoditatea explorării așa-numitelor produse de substituție, printre care putem include atât materialele care au fost încorporate de mult în viața noastră, cât și materiale din nou.timbru.

După acest paragraf, voi începe cu materiale mai de bază și mai cunoscute și, în cele din urmă, voi termina cu grafenul care, conform minunilor discutate în unele mass-media, pare a fi mana secolului XXI și cea care strălucește dincolo de cer. în ciuda originii sale cele mai umile și negre.

Oţel

Material născut din fuziunea fierului și cărbunelui, originea sa datează din 3.000 î.Hr. conform unor studii arheologice. Acest material a fost folosit pentru o multitudine de scopuri, de la fabricarea armelor de foc până la construcția corpului bărcilor, automobilelor, ustensilelor, matrițelor, prelucrării etc.

Există puțin de descoperit despre oțel pe care nu îl știm deja. Este un bun conductor de electricitate și căldură, iar în comparație cu aluminiul, este mai ușor de reciclat și are o duritate mai mare a suprafeței. Astăzi este prezent în majoritatea a ceea ce ne înconjoară.

Creșterea cererii a crescut în revoluția industrială, deoarece a fost materialul din care au fost făcute visele noastre de a crește productivitatea mașinilor, o revoluție a transporturilor și fabrici care promiteau o perioadă de splendoare și abundență, toate făcute cu resturi de fier. În zilele noastre, este un material esențialși pentru multe industrii și în industria prelucrătoare în general.

producția mondială de oțel brut în 2014 a atins 1.662 milioane de tone.

Aluminiu

Există o oarecare controversă cu privire la cine să atribuie „invenția” aluminiului și această controversă provine din faptul gradului de puritate atins ca urmare a proceselor dezvoltate de Hans Christian Oersted. În 1825, domnul Oersted a reușit să sintetizeze aluminiu, dar nu a fost în întregime pur. În 1827, Friedrich Wöhler a reușit să obțină aluminiu datorită reducerii clorurii de aluminiu și a utilizării potasiului, deși conține oxizi și alte impurități. În 1845, a îmbunătățit procesul, eliminând suficiente impurități pentru a-l considera aluminiu și a-i prezenta caracteristicile. În cele din urmă, în 1888, Charles Martin Hall produce primul aluminiu comercial la fabrica companiei Pittsburgh Reduction Company, cunoscută acum sub numele de Alcoa. prețurile au scăzut la o șesime în doar cinci ani. Până atunci, aluminiul era un obiect de lux cu un preț ridicat datorită costului de producție, devenind un material mai accesibil.

Printre caracteristicile sale cele mai notabile se numără rezistență la coroziune și oxidare, este greutate (aproximativ o treime din greutatea cuprului sau a oțelului), starea sa ca material nemagnetic, este fără toxicitate, impermeabilitatea și capacitate mare de reciclare într-o 100% fără pierderea proprietății. Nu este surprinzător că este cel mai utilizat metal după oțel, deoarece oferă practic toate caracteristicile oțelului cu avantajul greutății și rezistenței la coroziune și oxidare. Pentru a face o idee despre durabilitatea materialului, unele analize estimează că aproximativ 75% din tot aluminiul produs de-a lungul existenței sale este încă în uz.

Metoda de obținere

De la început problema a fost găsirea unei metode de extragere profitabilă în cantități industriale. Exploatarea cu bauxită a fost costisitoare și dificilă. Alcoa a găsit-o.

În prezent, extracția se efectuează din mineralul cunoscut sub numele de bauxită prin electroliză succesivă.

Tocul principal al lui Ahile

Principalul dezavantaj al aluminiului constă în cantitatea mare de energie electrică necesară, care crește costurile de producție. Cu toate acestea, are un cost redus de reciclare și, prin urmare, o durată lungă de viață. Reciclarea reprezintă economii de energie de 95% în comparație cu obținerea aluminiului pentru prima dată.

Aplicații

* Sectorul energiei electrice: Transportul de energie electrică este mai eficient cu aluminiu decât cu cupru.

* Sectorul comunicării: Antene pentru televiziune și sateliți.

* Industria automobilelor: Din motive economice. Piese turnate și profile de extrudare, cum ar fi pistoane, roți, cutii de viteze, ansambluri de suspensie, radiatoare și structuri sau corpuri.

Ușurința, reducerea greutății vehiculului cu până la 30% (economii de combustibil și procent mai mic de poluare).

* Sectorul feroviar: Aluminiu în locomotive. Economiile de energie sunt realizate deoarece aluminiul este un material ușor.

* Construcții și construcții: Utilizarea sa este majoritatea în Spania printre metale. Structuri de ferestre și uși.

* Hrănire: Cutii, folie de aluminiu, cărămidă tetra,. Acestea protejează conținutul pentru perioade lungi de timp și evită toxicitatea, deoarece aluminiul în comparație cu oțelul este netoxic. În 2006, două din trei cutii de băuturi au fost reciclate.

* Medicamente: În ambalajele în sine.

producția mondială de aluminiu în 2014 a depășit 50 de milioane de tone.

Polietilenă de densitate mare și joasă densitate

Materialele plastice sunt din ce în ce mai apreciate în industria auto, înlocuind oțelul în multe cazuri. Cu toate acestea, mă voi concentra pe un singur tip de plastic foarte concret, polietilena de inalta densitate, un material folosit pentru fabricarea de tancuri și nave mari mai ușoare, mai puternice și mai ieftine decât omologii lor metalici. Acest material constă din rășini de polietilenă.

Principalele avantaje sunt:

- Nu modifică proprietățile (mirosul și gustul) produsului (apă, alimente.) Pe care le stochează și nici nu îl contaminează.

- Rezistent la coroziune.

- Rezistență la rupere, fără fisuri sau scurgeri.

- Ușurința de instalare, transport și întreținere.

Utilizare

* Eambalarea sectorului alimentar

Sticle de apă, recipiente de margarină, pungi de gunoi (densitate mică).

* Depozitare

Rezervoare de depozitare, containere pentru gunoi.

* Conducte

Pentru a conduce apa sau orice alt element.

* Jucării

În 2007 s-a estimat că o treime din jucării sunt realizate cu acest material.

Fibra de carbon

Se obține prin îmbinarea fibrelor sintetice (fire de carbon, polimer transformat în fibră) cu rășinăs. Procesul de fabricație poate dura chiar și luni, în funcție de calitatea căutată, deoarece există multe tipuri de fibre de carbon.

Caracteristicile sale includ lejeritate, densitate scăzută (de 4,5 ori mai mică decât oțelul), izolația și rezistenta atât fizice (de trei ori mai mari decât oțelul și rezistente la coroziune, foc și substanțe chimice), cât și temporare.

Utilizare

* Sectorul auto: Fibra de carbon armată este utilizată pentru a reduce greutatea vehiculelor și, prin urmare, și costul combustibilului și poluarea generată.

* Sectorul aviației: Avioanele companiei Boeing folosesc acest material.

* Articole de înaltă performanță: De la schiuri la undițe, biciclete sau cluburi de golf.

Fibra de sticla

Material adecvat pentru lucrări în apropierea mării sau a apei, așa cum este imun la coroziunen. Prin urmare, se consideră că poate fi un substitut pentru oțelul cu ciment (sau similar) în sectorul construcțiilor.

Utilizare

* Constructie: Mortare de ciment, înlocuitor de azbest, decor.

Grafen

Cunoscut încă din anii 30, în 2004, atunci când rușii Novolesov și Geim au reușit să îl izoleze la temperatura camerei, obținând premiul Nobel din 2010 și dovedind incorectă teoria predominantă până atunci că era un material prea instabil pentru utilizare. grafen se formează prin obținerea unui structură atomică de carbon pur sub formă de celulehexagonale s cu grosimea unui singur atom și legat de legături covalente, o structură perfectă care prezintă simetrie. Este obținut de grafit, care este deja folosit pentru a face plumbul pentru creioane. Printre caracteristicile sale putem sublinia că este foarte ușor, flexibil, dur ca diamantul, rezistent, foarte bun conductor de electricitate (de o sută de ori mai bună decât siliciu și cupru) și căldură și în cele din urmă foarte stabilă în condiții de presiune,

Problema rezidă în dificultate de obținere întrucât nu este ușor să împiedici alte molecule să „contamineze” rezultatul prin modificarea structurii și astfel pierderea proprietăților minunate atribuite acestui material. Din acest motiv, acest material este obținut de obicei în universități și în foarte puține companii, deoarece scopul său este experimental. Dificultatea și costul procesului de obținere sunt de așa natură încât unele companii vând grafit ca și cum ar fi grafen și, de asemenea, grafen cu imperfecțiuni, pierzând o mare parte din caracteristicile care definesc acest material. Pe scurt, Obținerea grafenului este dificilă, costisitoare și poluantă În prezent este produs în cantități mici, în general în laboratoare sub formă de filme pentru proiecte de cercetare. provocarea este de a produce materialul la scară industrială la un cost rezonabil, ca și în momentul său a fost obținerea de aluminiu.

Metode de obținere

* Îndepărtați grafitul cu bandă adezivă

Cu această metodă, se obține grafen de înaltă calitate, dar producția este minusculă și, prin urmare, nu este viabilă din punct de vedere industrial.

Producție mai mare, dar calitate insuficientă.

Prezentare

* În foaie: de înaltă calitate, menține proprietățile. Se folosește în electronică, aviație. Cantitate redusă și costisitoare.

* Pulbere: de calitate scăzută, pierde proprietăți. Producție mai mare și mai ieftină.

În ceea ce privește produsele care vin pe piață, practic observ doar aplicații experimentale și studii de laborator. În ciuda acestui fapt, pentru a-mi face o idee despre amploarea avantajelor și potențialului său ridicat, voi prezenta câteva utilizări pe care le-ar putea avea odată ce problema rezolvării unui proces viabil din punct de vedere industrial a fost rezolvată (producție mare la un cost rezonabil). Trebuie să luăm în considerare cazul aluminiului care a fost un obiect de lux până când s-a găsit un mod de a-l produce în masă așa cum am expus mai sus.

Unele utilizări:

* Energie

Rezistența sa, capacitatea de izolație, configurația atomică și capacitatea de a profita de energie îl fac materialul ideal pentru centrale de toate tipurile, atât nucleare, cu ciclu combinat, termice, hidroelectrice, solare.

Panourile solare transparente sunt deja fabricate, ceea ce ar putea permite utilizarea lor de-a lungul fațadelor clădirilor expunând o suprafață mai mare și, în plus, o obținere mai mare de energie de la soare. Grafenul ar oferi transparența și flexibilitatea necesare.

Bateriile cu hidrogen care utilizează grafenul ca material izolant pentru respectivul hidrogen sunt cercetate. Ar putea fi folosit pentru a stoca energie permițând rezolvarea uneia dintre provocările pe care generarea de energie și risipa excesului le prezintă astăzi. Se vorbește despre utilizarea sa specifică în schimbul de protoni cu electrozi și membrane cu celule de combustibil. De asemenea, este investigată capacitatea de stocare în grafenul imperfect și utilizarea acestuia ca supercondensatori.

* Conducere

Este considerat un superconductor, deci ar putea permite transmiterea de energie pe distanțe foarte mari de la punctul său de origine, indiferent cât de departe este de destinație. Permite fabricarea mai rapidă și mai mică a cipurilor.

De asemenea, conductivitatea sa l-ar putea face un substitut pentru materiale precum aurul, cuprul sau siliciul.

* LAleacuri de grafen

Se compune din combinația de grafen cu materiale plastice și metale care oferă o ușurință și o rezistență mare. Avioane, sateliți, mașini, clădiri. toate acestea și multe altele ar putea fi făcute cu grafen.

În 2015, a fost introdusă mașina GTA SPANO fabricată parțial cu grafen.

* telefoane

Există interes din partea industriei telefoniei mobile în utilizarea acesteia. De fapt, din 2015 există deja un prototip experimental (baterie, ecrane tactile cu sensibilitate mai mare și consum mai mic de energie și, prin urmare, o autonomie mai mare) .

Săptămâna aceasta s-a anunțat că un grup de oameni de știință de la Universitatea Stanford au creat o baterie de aluminiu capabilă să încarce un telefon mobil într-un minut. Este o baterie reîncărcabilă din aluminiu care folosește grafit pentru catodul încărcat pozitiv și aluminiu pentru anodul încărcat negativ pentru a alimenta bateria. Această baterie ar putea realiza mai mult de 7.500 de încărcări fără a pierde capacitatea în timp ce o baterie cu litiu este epuizată cu 1.000 de reîncărcări.

* Nanotehnologie

Datorită caracteristicilor sale, acest material este ideal pentru dezvoltarea dispozitivelor nanotehnologice.

* MEditați | ×

Fabricarea de proteze sau tratamente ar putea constitui o altă utilizare a acestui material tânăr.

Universitatea din Manchester a concluzionat, după cercetări, că oxidul de grafen este toxic pentru celulele anormale și inofensiv pentru celulele sănătoase din cancerul pulmonar și mamar. Cu toate acestea, trebuie să avem în vedere că, chiar dacă acest lucru ar fi adevărat, cercetarea farmaceutică și medicală necesită protocoale care ar însemna posibila sa aplicare în câteva decenii, astfel încât utilizarea sa ca tratament nu este iminentă.

* Portabile

Grosimea redusă, greutatea și proprietățile electrice îl fac să fie materialul ideal pentru fabricarea acestei tehnologii.

Sănătate și mediu

Recent, unele mijloace media au arătat posibilul său impact negativ asupra sănătății nanoparticulelor eliberate în aer și în mediile acvatice. Ca răspuns, se susține că acestea sunt „închise” într-o structură foarte stabilă care nu permite eliberarea lor.

Țări

China conține 70% din rezervele mondiale de grafit, astfel încât interesul pe care acest nou material l-a stârnit în acea regiune nu surprinde pe nimeni. Guvernul chinez promovează cercetarea și producția de grafen și este una dintre țările cu cele mai multe brevete legate de acest produs.

Concluzie

grafen este materialul viitorului? Cu siguranță, dar mai întâi trebuie găsiți o modalitate profitabilă de ao produce și să-l exploateze la scară industrială și nu numai în scopuri experimentale în laboratoare ale universităților sau companii care acționează ca furnizori de centre de cercetare științifică.

fibra de carbon Ar trebui să aibă o prezență mai mare, deși prețul este cel care limitează expansiunea sa. A lui lejeritate și rezistență faceți din acest material unul dintre cele mai interesante pentru fabricarea aeronavelor, deoarece reduce greutatea și, prin urmare, consumul de combustibil. Acest material este deja utilizat într-o multitudine de produse de înaltă competiție sau de înaltă calitate datorită performanțelor sale mai bune.

înlocuirea oțelului cu alte materiale a fost produs în multe industrii. Cu toate acestea, acest proces este foarte încet din diverse motive, cum ar fi costul de fabricație sau anumite caracteristici pe care oțelul le oferă în raport cu alte materiale. În plus, trebuie avut în vedere faptul că o evoluție a acestui material continuă să aibă loc, ceea ce deseori anulează avantajul competitiv al substitutului său. Pentru a da un exemplu foarte simplu, oțelul inoxidabil este rezistent la coroziune, ceea ce elimină dezavantajul coroziunii sau oțelul armat crește rezistența. procesul de înlocuire va continua deși oțelul nu va dispărea mult timp din viața noastră, după părerea mea. Proiecțiile indică o tranziție progresivă de la oțel la aluminiu, în special în industria auto și alimentară și, în general, în multe alte sectoare.

Este posibil ca un alt material care este utilizat în industrie sau care are un anumit interes să fi fost ignorat, deși cred că principalele produse utilizate pe piață au fost reflectate aici.

Utilizatorii cărora le place acest articol: