ΤΟ ΓΡΑΦΕΝΙΟ ΚΑΙ ΑΛΛΑ «ΕΞΩΤΙΚΑ» ΥΛΙΚΑ

«…Σκεφθείτε λοιπόν τον άνθρακα

Τι καλοφτιαγμένους πύργους που φτιάχνει

Για να στεγάσει τις ελπίδες μας!

Πόσα σύμβολα δημιουργεί

Για δύναμη και ομορφιά στον Κόσμο

Με δακτυλίους και εξάγωνα

Σχηματίζοντας χιλιάδες πράγματα

Από γη, αέρα και νερό!»

Αλοϊσιους Μάικλ Σάλιβαν

 

Το θυμάμαι σαν να είναι χθες. Η μάνα μου να μπαίνει στο σπίτι κρατώντας με καμάρι τα πρώτα πλαστικά «τάπερ». Πολύχρωμα, γυαλιστερά,και προκλητικά, διαφόρων σχημάτων και μεγεθών, ήρθαν για να μείνουν, εγκαινιάζοντας στον δικό μας μικρόκοσμο, τον αιώνα των πλαστικών. Εξωτικό υλικό για την εποχή. Από τότε, κύλησε πολύ νερό στ’ αυλάκι της τεχνολογίας υλικών. Μέχρι τα τέλη του προηγούμενου αιώνα, σχεδόν σε όλο το φάσμα των κατασκευών, κυριαρχούσαν 5-6 πρωτογενή υλικά και συγκεκριμένα ξύλο, μέταλλο, γυαλί, κεραμικά, πλαστικά, πέτρες  και σκυροδέματα.  Μάλιστα, ακόμη πιο παλιά , το 1820, ο άγγλος καθηγητής E. Turner  είχε προβλέψει, εντελώς λανθασμένα, ότι «η εποχή των μεγάλων χημικών ανακαλύψεων έχει τελειώσει. Είναι προτιμότερο τώρα να εξετάζουμε τις υπάρχουσες πληροφορίες και να τις επεξεργαζόμαστε κριτικά, παρά να φτιάχνουμε νέες ενώσεις». Σήμερα, ισχύει ακριβώς το αντίθετο, με το πεδίο των νέων υλικών να διευρύνεται διαρκώς, με την αξιοποίηση της σύγχρονης τεχνολογίας και των Η/Υ. Τα σύγχρονα νέα πρωτοποριακά υλικά έχουν τρομερές δυνατότητες, σε έναν ευρύτατο πεδίο εφαρμογών και με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, κάνουν τη ζωή μας πιο εύκολη ή πιο ευχάριστη.  Από πού να ξεκινήσει κανείς την ξενάγηση στο πεδίο αυτό και που να καταλήξει; Σύντομη μόνο αναφορά θα γίνει σε ορισμένους εκπροσώπους των νέων εξωτικών υλικών.

Αρχίζουμε με το γραφένιο. Για να έχουμε μια πρώτη εικόνα σε τι ακριβώς αναφερόμαστε, ας έχουμε υπόψη τα εξής: Αυτοί που πρώτοι το δημιούργησαν ήταν οι Ρώσοι Νοβοσέλοβ (Sir Konstantin Sergeevich Novoselov) και Γκέιμ (Sir Andre K. Geim) το 2004 και τιμήθηκαν για την πρωτοποριακή τους ανακάλυψη με Nobel Φυσικής το 2010, ενώ η αγγλική κυβέρνηση τους έχει απονείμει τον τίτλο του Σερ και την αγγλική υπηκοότητα. Η Ευρωπαϊκή Ένωση, αναγνωρίζοντας την σημασία του νέου υλικού, τον Οκτώβριο του 2013, διέθεσε 1 δισεκατομμύριο ευρώ για να δημιουργήσει την πλατφόρμα Graphene Flagship, από την οποία ήδη χρηματοδοτούνται 150 ερευνητικά κέντρα σε 20 χώρες και για μια δεκαετία. Το καθαρό γραφένιο είναι ένα φύλλο με άτομα άνθρακα, που σχηματίζουν ένα επίπεδο πλέγμα από εξάγωνα, όπως τα κελιά κηρήθρας. Η απόσταση μεταξύ των πλεγμάτων είναι περίπου 1 δισεκατομμυριοστό του μέτρου (1.14 nm).  Φαντασθείτε τώρα όλα αυτά τα φύλλα, που είναι ότι λεπτότερο έχει κατασκευάσει ο άνθρωπος,  να κυματίζουν ελαφρά και έχετε μια «εικόνα» του εξωτικού γραφενίου. Επειδή το ανθρακικό πλέγμα είναι δισδιάστατο και όχι τρισδιάστατο όπως είναι τα συνήθη κρυσταλλικά πλέγματα,   γραφένιο πάχους ενός μόνο χιλιοστού αποτελείται από 3.000.000 φύλλα. ⁽¹⁾

(Φωτ. Pixabay)

Η δομή αυτή ευνοεί τον σχηματισμό νανοσωλήνων , δηλαδή μικροσκοπικών κυλίνδρων, που είναι 50.000 φορές λεπτότεροι από την ανθρώπινη τρίχα. Στις επιφάνειες των πλακών γραφενίου προσκολλώνται εύκολα διαφορετικά άτομα, ή χημικές ομάδες, με συνέπεια να προκύπτουν νέα υλικά με άκρως ενδιαφέρουσες ιδιότητες, ανάλογα με το τι έχει προσκολληθεί και σε ποια σημεία του πλέγματος. Πλέον, δεν έχουμε μόνο ένα δισδιάστατο υλικό , δηλαδή καθαρό άνθρακα, αλλά μια ποικιλία, που σύμφωνα με τον  καθηγητή του τμήματος χημ. Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών κ. Κώστα Γαλιώτη, ανέρχεται στις 2.500. Το γραφένιο, αν και καθαρός άνθρακας,  κρύβει ένα θησαυρό εφαρμογών καταρρίπτοντας το κοινώς λεγόμενο «άνθρακες ο θησαυρός». Σύμφωνα με τον κ Γαλιώτη, έχουν δοθεί παγκοσμίως περισσότερα από 50.000 διπλώματα ευρεσιτεχνίας για εφαρμογές γραφενίου και άλλων δισδιάστατων υλικών. Είναι σημαντικό ότι από το 2005 μέχρι το 2012 ο αριθμός των χρήσιμων εφαρμογών από γραφένιο 40πλασιάσθηκε φθάνοντας τις 8.000 εφαρμογές(!)

Που οφείλονται όμως οι εκπληκτικές δυνατότητες του γραφενίου; Στο υλικό αυτό, λόγω της σύνδεσης των ατόμων του άνθρακα σε εξάγωνα ενός επιπέδου, δημιουργείται μια «θάλασσα» ασύζευκτων ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του επιπέδου αυτού. Τα ηλεκτρόνια αυτά, παρουσία ηλεκτρικού πεδίου, μετακινούνται πολύ εύκολα, με τεράστιες ταχύτητες που πλησιάζουν την ακραία ταχύτητα του φωτός. (Μόλις 300 φορές μικρότερη) Έτσι εξηγείται η τεράστια ταχύτητα απόκρισης των εξαρτημάτων με γραφένιο. Οι ιδιότητες αυτές καθιστούν το γραφένιο ένα υλικό υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας, πολύ καλύτερου του παραδοσιακού χαλκού, που ταυτόχρονα όμως είναι πολύ ελαφρύ και εξαιρετικής διαφάνειας (απορροφά μόνο το 2% της ηλιακής ακτινοβολίας).

Το γραφένιο επίσης είναι 200 φορές πιο ανθεκτικό του χάλυβα, αν και είναι 6 φορές ελαφρύτερο από αυτόν, ιδιότητα που το καθιστά πολύτιμο στην αεροναυπηγική, διότι αντικαθιστά το πλέγμα χαλκού, που αποτελεί την εσωτερική άτρακτο των αεροπλάνων. Να σημειωθεί επίσης, ότι διατάξεις αεροσκαφών που περιέχουν γραφένιο   τα προφυλάσσουν  από τους κεραυνούς.

Λόγω της μεγάλης ηλεκτρικής αγωγιμότητας και της διαφάνειάς του, βρίσκει εφαρμογή στις νέες οθόνες αφής, αντικαθιστώντας το πανάκριβο και σπάνιο Ίνδιο.

Είναι απόλυτα αδιάβροχο και αδιαπέραστο υλικό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κατασκευή δεξαμενών αποθήκευσης πολύ ελαφρών αερίων, όπως Υδρογόνου και Ηλίου.

Στην αυτοκινητοβιομηχανία, πολλές εταιρείες με πρωτοπόρο την Daimler–Benz,  σχεδιάζουν αυτοκίνητα με τμήματα γραφενίου. Εχει αποδειχθεί πως όταν μικρό ποσό γραφενίου προστεθεί σε πολυμερείς ενώσεις τις καθιστά ισχυρότερες και ανθεκτικότερες σε υψηλές θερμοκρασίες. Την ιδιότητα αυτή εκμεταλλεύτηκε η εταιρεία  Toyota,  κατασκευάζοντας τμήματα κινητήρων αυτοκινήτων  από συνθετικά υλικά πηλού και nylon, που αντέχουν σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες, σε σχέση με τα πλαστικά εξαρτήματα.

Λόγω της μεγάλης του διαφάνειας και της μικρής απορρόφησης ηλιακού φωτός, χρησιμοποιείται για ηλιακά κύτταρα νέας γενιάς.

Η βιοσυμβατή δομή του γραφενίου μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη οργανικών ιστών στην αναγεννητική ιατρική, καθώς και στην δημιουργία μη απορριπτόμενων μοσχευμάτων.

Βρετανοί ερευνητές με επικεφαλής τον δόκτορα Rahul Nair του πανεπιστημίου του Μάντσεστερ, ανέπτυξαν πειραματική μεμβράνη φίλτρου γραφενίου, που μετέτρεπε το θαλασσινό νερό σε πόσιμο, συγκρατώντας ορισμένα άλατα και οργανικά μόρια. Πλέον τα φίλτρα από γραφένιο για την αφαλάτωση του νερού είναι 500 φορές λεπτότερα, 1.000 φορές ανθεκτικότερα και 100 φορές πιο οικονομικά ως προς την ενέργεια.

Το γραφένιο θεωρείται το ισχυρότερο υλικό που υπάρχει στη φύση σήμερα. (αν και το σήμερα είναι πάντοτε ανατρέψιμο από το απρόβλεπτο αύριο) Χρησιμοποιώντας γραφένιο ερευνητές του πανεπιστημίου Cornell των ΗΠΑ δημιούργησαν μεμβράνη σαν μπαλόνι πάχους ενός ατόμου(!) η οποία άντεξε πίεση αρκετών ατμοσφαιρών.⁽³⁾

Το εύρος των εφαρμογών του γραφενίου είναι τεράστιο και διαρκώς διευρύνεται. Μέχρι και η κατασκευάστρια ρακετών τένις εταιρεία Head, βελτίωσε με γραφένιο τις ρακέτες των super stars του αθλήματος Novak Djokovic  και  Maria Sharapova.   Εύκαμπτες οθόνες, μπαταρίες υψηλών αποδόσεων, υπερσύχρονες ηλεκτρονικές κατασκευές, χειρουργικές επεμβάσεις, κράνη ασφαλείας, τσιμέντο, χρώματα ως  αντισκωριακά επιχρίσματα των πλοίων,   μελάνια που παίζουν τον ρόλο καλωδίου, είναι δηλαδή και αγωγοί του ηλεκτρισμού. είναι μερικά μόνο πεδία, στα οποία τα επόμενα χρόνια θα δούμε θαυμαστά προϊόντα και εκπληκτικές εφαρμογές.

Παρά τις εντυπωσιακές ομολογουμένως δυνατότητες του υλικού αυτού, «υπάρχει μια ομορφιά στην απλότητά του» σύμφωνα με τον Vincent Bouchiat ερευνητή του ινστιτούτου Niel  της Grenoble. ⁽²⁾

Οι κρύσταλλοι πυριτίου (χαλαζίας) αποτελούν το επόμενο αντικείμενο. Στην ζωή μας, ενίοτε, στα ευτελή κρύβονται τα σπουδαία. Στην περίπτωσή μας το ευτελές είναι ο χαλαζίας , ή διοξείδιο του πυριτίου, που είναι το βασικό συστατικό της ανεξάντλητης στον πλανήτη άμμου. Ποιο κοινό και φθηνό υλικό μάλλον δεν υπάρχει. Κι όμως, με πρώτη ύλη  την ταπεινή χαλαζιακή άμμο, παράγεται ένα υλικό, στο οποίο σε μεγάλο βαθμό στηρίζεται η βιομηχανία ηλεκτρονικών και η τεχνολογική έκρηξη. Ο χαλαζίας είναι διαφανής και άχρωμος σε καθαρή κατάσταση. Όταν όμως «επιμολυνθεί» με ίχνη μετάλλων, αποκτά υπέροχα χρώματα και στην περίπτωση αυτή αναφερόμαστε σε ημιπολύτιμους λίθους, όπως π.χ. ο ιώδης αμέθυστος που είναι χαλαζίας με ίχνη μαγγανίου. Οι κρύσταλλοι χαλαζία αποτελούν εδώ και χρόνια, την «παλλόμενη καρδιά» των ωρολογίων  guartz. Επίσης ο χαλαζίας αποτελεί το βασικό συστατικό του γυαλιού. Η πρόσφατη , μεγάλης σημασίας τεχνολογική εφαρμογή του χαλαζία, είναι οι οπτικές ίνες που αποτελούν τη νέα γενιά τηλεπικοινωνιακού υλικού. Οι οπτικές ίνες είναι λεπτότατες ίνες γυαλιού, πάχους μόλις 10μm, καλυμμένες από διαδοχικά στρώματα άλλου τύπου γυαλιού, διαφορετικού δείκτη διάθλασης. Αυτή η διάταξη εγκλωβίζει το φως, το οποίο λόγω ολικής εσωτερικής ανάκλασης,  δεν μπορεί να εξέλθει της οπτικής ίνας και υποχρεώνεται να ακολουθήσει την τεθλασμένη πορεία που υπαγορεύει το καλώδιο της οπτικής ίνας. Κάθε καλώδιο οπτικών ινών περιέχει μερικές δεκάδες ή εκατοντάδες από αυτές. Με προσμείξεις γερμανίου, φθορίου ή βορίου αυξάνεται η διαφάνεια των ινών και το φως μπορεί να διαδοθεί με μικρές απώλειες σε αποστάσεις πολλών χιλιομέτρων. Με ακτίνες laser  ένα σήμα μπορεί να διαδοθεί μέσω οπτικών ινών σε απόσταση μεγαλύτερη των 50 χιλιομέτρων. Τα καλώδια οπτικών  ινών έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα, σε σχέση με τα κλασικά καλώδια χαλκού. Συγκεκριμένα προσφέρουν μεγαλύτερη διάδοση ενός σήματος, η οποία πλησιάζει την ταχύτητα διάδοσης του φωτός, δεν επηρεάζονται από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, έχουν μικρότερες απώλειες ενέργειας και λιγότερες ενεργειακές απαιτήσεις. ⁽⁴⁾

Πυρίτιο: Το πυρίτιο, αν και δεν θεωρείται «εξωτικό υλικό», εν τούτοις η ευρύτατη χρήση του στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (chip) για H/Y το καθιστά στοιχείο-κλειδί για την έκρηξη της ηλεκτρονικής τα τελευταία χρόνια. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα «τυπώνονται» πάνω σε πολύ λεπτά φύλα ημιαγώγιμου υλικού , συνήθως μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Οι ημιαγωγοί είναι υλικά, που όσον αφορά την ηλεκτρική αγωγιμότητα, έχουν ιδιότητες ενδιάμεσες μεταξύ αγωγών και μονωτών. Το ενδιαφέρον στοιχείο είναι, ότι οι ιδιότητες των ημιαγωγών εξαρτώνται από το είδος και την συγκέντρωση των προσμείξεων και των ατελειών που έχουν. Οι ημιαγωγοί εδώ και χρόνια βρίσκουν ευρύτατη εφαρμογή στην βιομηχανία ηλεκτρονικών υψηλής τεχνολογίας και συγκεκριμένα στην κατασκευή διόδων, τρανζίστορ, LED,και αναλογικών ψηφιακών κυκλωμάτων. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα ημιαγωγών αντικατέστησαν τις παραδοσιακές ηλεκτρονικές λυχνίες, προκαλώντας επανάσταση στην ηλεκτρονική και δικαιολογημένα, διότι ένα τσιπ αν και είναι μέχρι και 100.000 φορές μικρότερο από μια λυχνία, και απαιτεί πολύ μικρότερη ενέργεια, εν τούτοις  προσφέρει τεράστιες ταχύτητες απόκρισης στις εντολές. Κάθε ολοκληρωμένο κύκλωμα περιέχει εκατοντάδες «κύβους» πληροφοριών και δημιουργείται μέσω μιας απαιτητικής και ιδιαίτερα λεπτής κατεργασίας. Αρχικά το κύκλωμα καλύπτεται από ένα φωτοευαίσθητο φιλμ και στη συνέχεια τα μέρη του κυκλώματος που περιέχουν πληροφορίες που θέλουμε να μείνουν αμετάβλητες, καλύπτονται από μια ειδική «μάσκα», ενώ ακάλυπτα μένουν τα μέρη που επιδέχονται διαμορφώσεις. Αυτό που στην ορολογία των Η/Υ αποκαλείται μητρική πλακέτα είναι ένα σύνολο πολλών εξειδικευμένων τσιπς που συνεργάζονται μεταξύ τους (τσιπσέτ). Την διαδικασία χάραξης ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος, αναλαμβάνουν υπερσύγχρονα μηχανήματα λιθογραφίας ακραίας υπεριώδους ακτινοβολίας. (EUV). Σε τι μηχανήματα αναφερόμαστε; Κάθε μηχάνημα έχει περίπου το μέγεθος λεωφορείου, κοστίζει 150 εκατομμύρια δολάρια (2017) , περιέχει 100.000 εξαρτήματα και 2 χιλιόμετρα καλωδίων. Έτσι εξηγείται, γιατί ελάχιστες εταιρείες στον κόσμο κατασκευάζουν αντίστοιχα κυκλώματα. Το μέλλον μας προετοιμάζει για νέας γενιάς ημιαγωγούς, που θα χρησιμοποιούν γερμάνιο, καρβίδια του πυριτίου, αρσενικούχο γάλλιο, αζωτούχο γάλλιο και κβαντική μηχανική. Μέχρι τότε όμως, το πυρίτιο θα εξακολουθεί να είναι η σταθερή και φθηνή αξία στον τομέα της ηλεκτρονικής. Εκτός από τα ηλεκτρονικά κυκλώματα, το πυρίτιο βρίσκει εφαρμογές στα φωτοβολταϊκά συστήματα, τα οποία μετατρέπουν την φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική. Αυτά αποτελούνται από δύο τύπους ημιαγωγών πυριτίου, με προσμείξεις βορίου και φωσφόρου,  που έχουν την ιδιότητα να επιτρέπουν την ροή ηλεκτρονίων όταν το φως πέσει επάνω τους. Τέλος, ένα ακόμη πεδίο εφαρμογών του πυριτίου είναι οι σιλικόνες που είναι οργανικά πολυμερή με πυρίτιο, με δεκάδες εφαρμογές που περιλαμβάνουν από μονωτικά υλικά και λιπαντικά, μέχρι καλλυντικά.⁽⁴⁾

Συνθετικά διαμάντια: Στην συναρπαστική ταινία του Γκάι Χάμιλτον «τα διαμάντια είναι παντοτινά», ο πράκτορας 007 γνωστός και ως Τζέιμς Μποντ , τον οποίο υποδύονταν ο μοναδικός Σον Κόνερι, αναλαμβάνει να ξεκαθαρίσει την υπόθεση κλοπής μεγάλης ποσότητας διαμαντιών από τα αδαμαντωρυχεία της Αφρικής. Το υψηλό τίμημα του υλικού, προφανώς δικαιολογούσε το μεγάλο ρίσκο του πράκτορα. Τα διαμάντια, ή «δάκρυα του άνθρακα» κατά την λυρική απόδοση του  Balzac,  διαχρονικά αντικείμενα πόθου και ματαιοδοξίας, κάτω από την ψυχρή αντικειμενική ματιά ενός χημικού, εμφανίζουν δεκάδες πλεονεκτήματα. Έχουν ακραία σκληρότητα (10 στην κλίμακα Mohs), οπότε, μπορείτε να δικαιολογήσετε την ετυμολογία του ονόματος «αδάμας» η οποία προέρχεται από την ελληνική λέξη «δαμάζω» και το στερητικό «α», που σημαίνει λίθος που δεν δαμάζεται.  Επίσης έχουν απίστευτη αντοχή, υψηλό δείκτης διάθλασης, υψηλή οπτική διασπορά (δηλαδή διασπορά φωτός διαφορετικών χρωμάτων) θερμική αγωγιμότητα 4 φορές μεγαλύτερη του χαλκού, υδρόφοβο και λιπόφιλο χαρακτήρα (ιδιότητα που βοηθά στην διάκριση ενός ψεύτικου διαμαντιού), και είναι χημικά σταθερά σε οξείδωση, οξέα και βάσεις (προσβάλλονται όμως από το οξειδωτικό διχρωμικό κάλιο παρουσία θειικού οξέος). Ακόμη οι εξαιρετικές ακουστικές του ιδιότητες βρίσκουν εφαρμογή στην κατασκευή ακουστικών διαφραγμάτων ποιοτικών ηχείων, ενώ η πολύ μικρή θερμοχωρητικότητά του (δηλ. θερμαίνονται, ή ψύχονται πολύ εύκολα) τα καθιστά κατάλληλα σε διατάξεις ανίχνευσης υπερασθενών θερμικών ακτινοβολιών. Πολλά λοιπόν τα συν, αλλά υπάρχει και ένα μεγάλο πλην. Είναι δυσεύρετα και επομένως πανάκριβα. Λογικό, εφόσον σήμερα ανακαλύπτουμε κοιτάσματα  ορυκτών διαμαντιών που δημιουργήθηκαν πριν από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια στον ανώτερο μανδύα της γης και έχουν έρθει στην επιφάνειά της μέσω ηφαιστειακής δραστηριότητας. Στο σημείο αυτό μπαίνει η χημική τεχνολογία και δίνει λύση στο πρόβλημα της σπανιότητας και του κόστους των ορυκτών διαμαντιών. Η λύση έχει όνομα: Συνθετικά ή βιομηχανικά διαμάντια. Η πρώτη ύλη εξάλλου, δηλαδή ο άνθρακας,  είναι φθηνή και άφθονη. Σύμφωνα με τον Χάρολντ Ντιπουί, αντιπρόεδρο της αμερικανικής κοσμηματοποιίας Stuller «είναι τόσο όμοια τα συνθετικά με τα ορυκτά διαμάντια, που αποφεύγουνε να τα εκθέσουμε το ένα δίπλα στο άλλο». Το 1971 η General Electric παρήγαγε το πρώτο συνθετικό διαμάντι που πληρούσε όλες τις προδιαγραφές του Αμερικανικού Γεμολογικού Ινστιτούτου και το οποίο έκτοτε εκτίθεται στο μουσείο Σμιθσόνιαν. Για να παραχθούν συνθετικά διαμάντια σύμφωνα με την μέθοδο HPHT (High Pressure–Hige Temperature), ένας «σπόρος» συνθετικού διαμαντιού τοποθετείται σε άνθρακα και στη συνέχεια δημιουργούνται συνθήκες υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας, ανάλογες με αυτές που δημιουργούν τα ορυκτά διαμάντια, αναγκάζοντας τον άνθρακα με αυτό τον βίαιο τρόπο, να κρυσταλλωθεί και να δώσει διαμάντι. Με την ανάπτυξη  της τεχνολογίας και την αύξηση της παραγωγής, η τιμή των συνθετικών διαμαντιών έχει πέσει σημαντικά. Έτσι, ενώ το 2008 η παραγωγή τεχνητού διαμαντιού κόστιζε 4.000$ το καράτι, σήμερα έχει πέσει στα 300-500$.  Τα βιομηχανικά διαμάντια  με μορφή «διαμαντόσκονης» χρησιμοποιούνται για να αυξάνουν την αντοχή στην τριβή διαφόρων εργαλείων και μειώνουν την υπερθέρμανσή τους,  αλλά χρησιμοποιούνται και σε χειρουργικά εργαλεία ακρίβειας καθώς και σε δεκάδες άλλες εφαρμογές. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για επενδύσεις σε κοσμήματα από τεχνητά (καλλιεργημένα) διαμάντια, τόσο από εταιρείες όπως η Swarovski και η Pandora, όσο και από επώνυμους επενδυτές όπως ο Λεονάρντο ντι Κάπριο (ήταν ο πρωταγωνιστής της ταινίας «ματωμένο διαμάντι»), και η Πενελόπε Κρουζ. Το ενδιαφέρον αυτό δικαιολογείται και από το άσχημο ιστορικό της εξόρυξης των φυσικών διαμαντιών, λόγω διαφθοράς, εκμετάλλευσης ανθρώπων και περιβαλλοντικής επιβάρυνσης.⁽⁶⁾

Νανοϋλικά: Ο στίχος του Ελύτη, «αυτός ο κόσμος ο μικρός ο μέγας», ταιριάζει γάντι για τον κόσμο των νανοϋλικών. Με τον όρο νανοϋλικά χαρακτηρίζονται τα υλικά που έχουν διαστάσεις δομικών μονάδων μεταξύ 1-100nm (1 nanometre ισοδυναμεί με το 1 δισεκατομμυριοστό του μέτρου). Τα νανοϋλικά είναι περίπου 10.000 φορές μικρότερα από το πάχος ανθρώπινης τρίχας, ή αν προτιμάτε, έχουν μέγεθος σαν τον ιό της γρίπης ο οποίος αποτελείται από σωματίδια μεγέθους 100 nm. Τα νανοϋλικά δεν αποτελούν αποκλειστικά εργαστηριακές και τεχνολογικές δημιουργίες. Απαντούν και στη Φύση, όπως σε νέφη ηφαιστειακής τέφρας, σε καπνό φωτιάς, ακόμη και στην θαλάσσια αύρα. Αξιοσημείωτο είναι, το ότι οι ιδιότητες ενός υλικού σε νανομορφή, είναι συχνά πολύ διαφορετικές από τις ιδιότητες του ίδιου υλικού, με δομικές μονάδες σε κανονικό μέγεθος.  Τα νανοϋλικά έχουν συνήθως μοναδικές ηλεκτρονικές και μηχανικές ιδιότητες. Οργανικά νανοϋλικά είναι για παράδειγμα τα φουλερένια, ενώ ανόργανα το πυρίτιο, οι νανοσωλήνες άνθρακα, οι νανοκρύσταλλοι κλπ.  Η νανοτεχνολογία είναι σύγχρονη εφαρμοσμένη έρευνα, με πολυάριθμα πεδία εφαρμογών. Ενδεικτικά μόνο αναφέρω μελάνια εκτυπωτών, τεστ εγκυμοσύνης, αποσμητικά, αντιηλιακά, ελαστικά αυτοκινήτων, οθόνες Η/Υ, τσίχλες, θερμομονωτικά χρώματα οικοδομών, κλπ. Και δύο μόνο χαρακτηριστικά παραδείγματα. Παράδειγμα πρώτο: Αν οι πλαστικές καρέκλες κήπου επικαλυφθούν με νανοσωματίδια οξειδίου του τιτανίου, θα αποκτήσουν αυτοκαθαριζόμενη επιφάνεια, διότι το νερό δεν σχηματίζει σταγόνες αλλά μεμβράνη που παγιδεύει τη βρωμιά μέχρι να την παρασύρει η επόμενη βροχή. Παράδειγμα δεύτερο: Ο σκελετός ποδηλάτου ενισχυμένος με νανοσωλήνες άνθρακα ζυγίζει μόλις ένα κιλό με ότι αυτό συνεπάγεται. Λαμβάνοντας υπόψη τις δυνατότητες αυτού του «υπερυλικού» μάλλον έχει δίκιο ο καθηγητής του αμερικανικού Πανεπιστημίου του Rutgers κ.Θωμάς Τσακαλάκης που υποστηρίζει ότι «ο 21^ος αιώνας θα μείνει στην ιστορία ως ο αιώνας των νανοδομημένων υλικών». ⁽⁷⁾

Κεραμικά νέας γενιάς: Και με τα κλασικά κεραμικά της παλιάς γενιάς καλά περάσαμε και περνάμε. Μας στέγασαν με τούβλα και κεραμίδια, μας δροσίσανε παλιότερα  οι στάμνες, αποθήκευσαν τα πολύτιμα υγρά νερό, λάδι και κρασί, και δέχθηκαν την φροντίδα των ανθρώπινων χεριών δημιουργώντας εξαίσια τεχνουργήματα. Τα κεραμικά αυτά είχαν σημαντικά πλεονεκτήματα  όπως θερμοανθεκτικότητα, αντοχή σε νερό και διάφορα χημικά αντιδραστήρια, πλαστικότητα στην κατεργασία και καλή αντοχή στο χρόνο και την οξείδωση. Δυστυχώς όμως ήταν εύθραυστα. (Γεγονός που εκμεταλλεύθηκε με πανούργο τρόπο η αξιαγάπητη Γεωργία Βασιλειάδου, για να παντρέψει τις   τέσσερις  ανηψιές της, στην κλασική ελληνική κωμωδία του Αλέκου Σακελάριου  « η θεία από το Σικάγο»). Τα νέα κεραμικά υλικά όμως βρίσκονται σε άλλο επίπεδο ιδιοτήτων. Παράγονται από λεπτότατους κόκκους σκόνης,  που είναι 100 φορές μικρότεροι από τους κόκκους των κλασικών κεραμικών. Παράλληλα εκτός από τα βασικά συστατικά, που είναι οξείδια αργιλίου και πυριτίου, περιέχουν  και μια σειρά «πρόσθετων υποστήριξης» όπως οξείδια ζιρκονίου, άλατα ασβεστίου, καθώς και ενώσεις άνθρακα και αζώτου, με βόριο, ή πυρίτιο. Η μηχανική τους αντοχή γίνεται  με τον τρόπο αυτό πολλαπλάσια , βελτιώνονται όμως και μια σειρά ακόμη φυσικές ιδιότητες, όπως η θερμοανθεκτικότητα, η θερμομόνωση κλπ. Συνδυαζόμενα τα νέα κεραμικά υλικά με μέταλλα, παράγουν υλικά που είναι γνωστά ως cermets που εμφανίζουν ηλεκτρική αγωγιμότητα και βρίσκουν σημαντικές εφαρμογές κυρίως στην σύγχρονη ηλεκτρονική. ⁽⁵⁾

Υπεραγωγοί, κράματα νέας τεχνολογίας: Οι υπεραγωγοί είναι υλικά, που όταν ψυχθούν κάτω από μια κρίσιμη θερμοκρασία, εμφανίζουν μηδενική αντίσταση στο ηλ. ρεύμα και τέλειο διαμαγνητισμό , δηλαδή δεν επιτρέπουν τις δυναμικές γραμμές μαγνητικού πεδίου να περάσουν μέσα από αυτά.(υπεραγωγοί τύπου Ι). Η αύξηση της αγωγιμότητας (ελάττωση αντίστασης) με ελάττωση της θερμοκρασίας, οφείλεται στην μείωση του αριθμού συγκρούσεων μεταξύ των ελευθέρων ηλεκτρονίων  και των ιόντων που εκτελούν ελαφρά ταλάντωση στο κρυσταλλικό πλέγμα του υπεραγωγού. Όλα ξεκίνησαν το 1911 όταν ο Kammeling Onnes παρατήρησε ότι στην πολύ χαμηλή θερμοκρασία των 4Κ (-269 ^oC), ο μεταλλικός υδράργυρος εμφανίζει μηδενική αντίσταση στο ηλεκτρικό ρεύμα, δηλαδή συμπεριφέρεται σαν υπεραγωγός. Η πολύ χαμηλή θερμοκρασία όμως, αποτελούσε πραγματικό πονοκέφαλο για τους επιστήμονες, εφόσον απαιτούσε πολύ υψηλό κόστος για να επιτευχθεί.  Έπρεπε να περάσουν είκοσι ολόκληρα χρόνια, χρόνος μεγάλος για αλματώδη επιστημονική έρευνα, προκειμένου να ανακαλυφθεί το 1930, ότι το Νιόβιο γίνεται υπεραγώγιμο στους 9,2Κ.  Είκοσι χρόνια για 5,2 θερμοκρασιακούς βαθμούς! Ε, δεν το λες και γρήγορη εξέλιξη αυτό. Κάπως έτσι, οι ειδικοί αποφάσισαν να αλλάξουν ρότα. Εγκατέλειψαν τα μεμονωμένα μέταλλα και πειραματίσθηκαν με τα κράματα τους. Τα αποτελέσματα τους δικαίωσαν, αν και όχι άμεσα. Το 1986 κράμα τεσσάρων στοιχείων, Βαρίου-Λανθανίου-Χαλκού-Οξυγόνου, είχε κρίσιμη θερμοκρασία 35Κ, ενώ λίγο αργότερα βρέθηκαν υλικά με κρίσιμη θερμοκρασία μεγαλύτερη των 77Κ, που είναι η σημαντική θερμοκρασία πήξης του αζώτου. Συγκεκριμένα το κράμα Υτρίου-Βαρίου-Χαλκού-Οξυγόνου είχε κρίσιμη θερμοκρασία υπεραγωγιμότητας 92Κ (-181 ^οC). To ρεκόρ θερμοκρασίας υπεραγωγιμότητας φαίνεται να το κατέχει από το 1993 οξείδιο τεσσάρων μετάλλων με τύπο ΥBa₂Cu₃O₆ με θερμοκρασία 130Κ (-143 ^οC). Και γράφω «φαίνεται», γιατί για να αναγνωρισθεί ένα υλικό σαν υπεραγωγός, θα πρέπει να συντελούν κάποιες προϋποθέσεις, μεταξύ των οποίων και η πίεση, κάτω από την οποία επιτεύχθηκε η κρίσιμη θερμοκρασία, ώστε τα υλικά που ανακοινώνονται να έχουν και ένα πρακτικό χαρακτήρα.  Έτσι σχετικά πρόσφατα, ο Mikhail Erements και οι συνεργάτες του ινστιτούτου Max Plank,  ανακοίνωσαν ότι παρατήρησαν υπεραγώγιμες ιδιότητες στο υδρίδιο του Λανθανίου  (LaH₁₀) στην απίστευτα υψηλή θερμοκρασία των 250Κ (-23^oC), δηλαδή αρκετά υψηλότερη από τις συνήθεις θερμοκρασίες στους πόλους της Γης. Δυστυχώς όμως, η υπεραγωγιμότητα απαιτούσε την τερατώδη πίεση των 170GPa , δηλαδή περίπου το μισό της πίεσης που επικρατεί στο κέντρο της Γης. Παρόλα αυτά, η έρευνα τρέχει και τρέχει πολύ, με τους ερευνητές να αναζητούν το «υλικό-ιερό δισκοπότηρο» που θα γίνεται υπεραγωγός σε ^οC. Αν τελικά «σκάσει» υπεραγωγός σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, τότε θα μιλάμε για επανάσταση στους τομείς μεταφοράς ενέργειας. Θα πρόκειται για πέρασμα  «από την κοινωνία των ημιαγωγών στην κοινωνία των υπεραγωγών» σύμφωνα με τον ερευνητή  Askhan Salamat του Πανεπιστημίου της Νεβάδα. Οι δυνητικές εφαρμογές θα περιλαμβάνουν δίκτυα ηλεκτροδότησης με μηδενικές απώλειες ενέργειας , νέες μεθόδους μετακίνησης αιωρούμενων τραίνων και πλείστες όσες εφαρμογές σε ιατρική και ηλεκτρονικά^.(8)

Κράματα: Τα κράματα είναι μίγματα που περιέχουν τουλάχιστον ένα μέταλλο και κατά κανόνα εμφανίζουν βελτιωμένες ιδιότητες, σε σχέση με τα αρχικά συστατικά τους. Η παραγωγή των κραμάτων είναι παλιά ιστορία και ανάγεται στην εποχή του χαλκού. Τότε οι άνθρωποι δημιούργησαν το κρατέρημα ή μπρούντζο, δηλαδή κράμα χαλκού και κασσιτέρου. Στην πραγματικότητα τα περισσότερα μέταλλα της αγοράς δεν είναι καθαρά, αλλά κράματα. Εσείς μπορείτε να ισχυρίζεστε ότι το δακτυλίδι  που αγοράσατε είναι χρυσό, αλλά αυτό θα είναι αλήθεια, μόνο αν πρόκειται για χρυσό 24 καρατίων. Σε κάθε άλλη περίπτωση είναι μείγμα χρυσού με χαλκό, ή νικέλιο. Καλό θα είναι να γνωρίζετε, ότι χρυσός 14 καρατίων σημαίνει ότι περιέχει 14/24 μέρη βάρους χρυσό και τα υπόλοιπα 10/24 είναι κάποιο άλλο μέταλλο. Το γνωστότερο και εμπορικότερο κράμα είναι αναμφισβήτητα ο χάλυβας. Πρόκειται για μείγμα σιδήρου και άνθρακα διαφόρων αναλογιών και είναι υψηλής μηχανικής αντοχής και οξειδωτικά σταθερότερο σε σχέση με τον μαλακό σίδηρο. Αν λάβουμε υπόψη ότι μόνο στις ΗΠΑ το ετήσιο κόστος διάβρωσης των μετάλλων ξεπερνά τα 300 δισεκατομμύρια $, αντιλαμβάνεται κανείς πόσο σημαντική είναι η αντικατάσταση του οξειδωτικά ευάλωτου σίδηρου από ανοξείδωτα κράματα. Βέβαια, όσον αφορά την έννοια «ανοξείδωτο υλικό», υπάρχουν  και τα «ψιλά γράμματα» που οριοθετούν τις εξαιρέσεις. Ο ανοξείδωτος χάλυβας που είναι μείγμα σιδήρου-άνθρακα-χρωμίου με ελάχιστη περιεκτικότητα σε χρώμιο 10,5% κατά βάρος, οφείλει την αντιοξειδωτική του συμπεριφορά σε ένα λεπτότατο μικροσκοπικό  στρώμα οξειδίου του χρωμίου (Cr₂O₃) που σχηματίζεται στην επιφάνειά του και τον προστατεύει από περαιτέρω οξείδωση και διάβρωση. Ο ίδιος χάλυβας όμως, στην θάλασσα χάνει την πολύτιμη αντιοξειδωτική του ικανότητα, διότι το οξείδιο του χρωμίου αντιδρά με το αλάτι (NaCl). Στην περίπτωση αυτή η λύση που προτείνει η χημεία λέγεται κράμα αλουμινίου.  Το «περιβόλι» των κραμάτων έχει προϊόντα για κάθε χρήση.  Υπάρχουν υπερελαφρά κράματα (μαγνήσιο-αργίλιο-ψευδάργυρος) τα οποία αξιοποιούνται στην αεροναυπηγική και σε ελαφρές κατασκευές.  Υπάρχουν υπερελαστικά κράματα με μνήμη σχήματος, που έχουν την εκπληκτική ικανότητα να «θυμούνται» ένα αρχικό προκαθορισμένο σχήμα και να επανέρχονται σ’ αυτό μετά από μια μηχανική, μαγνητική, η θερμική καταπόνηση. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε μηχανικές κατασκευές, σε οικοδομές, στην ιατρική, αεροναυπηγική κλπ. Υπάρχουν υπεραγώγιμα κράματα στα οποία έγινε ειδική αναφορά, θερμοανθεκτικά, και πολλά άλλα, στα οποία δεν είναι αναγκαίο να κάνουμε ειδική παρουσίαση.

Πλαστικά ειδικής χρήσης: Πρόκειται για πολυμερή υλικά, τα οποία με την προσθήκη καταλλήλων ουσιών, αποκτούν μοναδικά χαρακτηριστικά, όπως πολύ υψηλή αντοχή, ηλεκτρική αγωγιμότητα, ηλεκτροφθορισμό, θερμοανθεκτικότητα κλπ. Τα «μαγικά» της χημείας, επιτρέπουν από την ίδια απλή συνήθως πρώτη ύλη, να παράγονται υλικά με εντελώς διαφορετικές ιδιότητες και εφαρμογές, ανάλογα με το τι προσθέτουμε, πόσο το πολυμερίζουμε, και κάτω από ποιες συνθήκες. Ας πάρουμε για παράδειγμα το πολυαιθυλένιο (PE), που είναι ένα πολύ κοινό πολυμερές, από το οποίο κατασκευάζονται οι απλές πλαστικές σακούλες τροφίμων και σκουπιδιών. Το μεσαίας πυκνότητας πολυαιθυλένιο (MDPE), χρησιμοποιείται για την κατασκευή υπογείων σωλήνων μεταφοράς φυσικού αερίου και νερού, ενώ το υπερυψηλού μοριακού βάρους πολυαιθυλένιο (VHMWPE), προορίζεται εκτός άλλων για ράγες ολίσθησης βαρέων αντικειμένων και εμφυτευμένες αρθρώσεις ισχίου . Υπάρχει λοιπόν μια τεράστια ποικιλία προϊόντων ανάλογα με την ουσία που θα ενσωματωθεί σε μια πολυμερή μήτρα.  Συνθετικά πλαστικά εμπλουτισμένα με ίνες άνθρακα, ή γυαλιού, ενώ είναι πολύ ελαφριά, αποκτούν τεράστια ανθεκτικότητα. Το fiberglass  παράγεται,  όταν σε μήτρα πολυμερούς, ενσωματωθούν ίνες γυαλιού και το προϊόν εμφανίζει μεγάλη διαφάνεια, υψηλή αντοχή και αξιόλογη χημική αδράνεια. Τα ανθρακονήματα προέρχονται από πολυμερή μήτρα με ενσωματωμένες ίνες άνθρακα και συνδυάζουν μεγάλη ελαστικότητα, υψηλή ανθεκτικότητα, αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, δεν επηρεάζονται από υγρασία και μια μεγάλη ποικιλία διαλυτών , οξέων και βάσεων και είναι σχετικά φθηνά σε σχέση βέβαια με τα τόσα πλεονεκτήματά τους. Τα ανθρακονήματα χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην αεροναυπηγική, στην αυτοκινητοβιομηχανία και σε ειδικές μηχανικές κατασκευές. Το Kevlar είναι πολυμερές ενισχυμένο με πανίσχυρες αραμιδικές ίνες και χρησιμοποιείται για υλικά υψηλής μηχανικής αντοχής όπως αλεξίσφαιρες κατασκευές. Στα πολυμερή ειδικής χρήσης, μπορούμε να αναφέρουμε τα εξελιγμένα θερμομονωτικά υλικά,  τα οποία σύμφωνα με τους κατασκευαστές μπορούν να διατηρήσουν μέσα σε καταψύκτη ζεστό καφέ για ένα μήνα τουλάχιστον! Υπάρχουν ακόμη τα φωτοπαθή υλικά, τα οποία είναι ρητίνες που πολυμερίζονται όταν δεχθούν την επίδραση υπεριώδους φωτός, ή Laser. Τα    θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή,   με θέρμανση, ή υπό πίεση αρχικά µαλακώνουν και µμορφοποιούνται, αλλά µε περαιτέρω κατεργασία αποκτούν πυκνή δικτυωτή δοµή και μετατρέπονται σε σκληρά στερεά κατά τρόπο µη αντιστρεπτό. Τέτοια υλικά είναι οι εποξειδικές ρητίνες και ο βακελίτης. Τα ελαστομερή  είναι πολυμερή με εξαιρετική ελαστικότητ,α όπως το συνθετικό καουτσούκ και οι σιλικόνες και κάπου εδώ …σταματώ.

 Αγώγιμα πολυμερή: Ένας εύστοχος χαρακτηρισμός για τα υλικά αυτά είναι «συνθετικά μέταλλα», αν και δεν περιέχουν κανένα μέταλλο στα συστατικά τους. Με πολυμερισμό συνήθως του ακετυλενίου, (σπουδαίου πετροχημικού), παράγονται μη αγώγιμα πολυμερή. Στη συνέχεια αυτά, είτε οξειδώνονται , είτε «εμβολιάζονται» με κατάλληλες ενώσεις, ή ιόντα οδηγώντας σε πολυμερή, με αυξημένη ηλεκτρική αγωγιμότητα μέχρι και ένα δισεκατομμύριο φορές! Τα αγώγιμα πολυμερή πλεονεκτούν, διότι συνδυάζουν την χαμηλή πυκνότητα και την ευκολία διαμόρφωσης ενός πλαστικού, με την υψηλή αγωγιμότητα ενός μετάλλου. Η ιστορία των αγώγιμων πολυμερών είναι σχετικά παλιά. Την δεκαετία του ’70 ερευνητές του Πανεπιστημίου της Pennsylvania ανακοίνωσαν πως άμα «νοθευθούν» μεμβράνες πολυακετυλενίου με προσμείξεις καταλλήλων ενώσεων που είναι δότες, ή δέκτες ηλεκτρονίων, τότε αποκτούν πολύ καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Έκτοτε τα αγώγιμα πολυμερή απέκτησαν έντονο ερευνητικό και επενδυτικό ενδιαφέρον.  Μάλιστα το 2000, το Nobel Χημείας απονεμήθηκε σε δύο Αμερικανούς και ένα Ιάπωνα ερευνητές, για την εργασία τους σχετικά με την αύξηση της αγωγιμότητας του πολυακετυλενίου, κατά την οξείδωσή του από ατμούς ιωδίου. Σήμερα οι εφαρμογές των αγώγιμων πολυμερών είναι αναρίθμητες. Επαναφορτιζόμενες μπαταρίες, οθόνες Η/Υ και κινητά τηλέφωνα που μας προστατεύουν από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, φωτοβολταϊκά στοιχεία και ηλιοσυλλέκτες είναι ορισμένες μόνο από αυτές. Χρησιμοποιούνται επίσης σε αντιδιαβρωτικές επικαλύψεις μεταλλικών κραμάτων  αργιλίου, σιδήρου και μαγνησίου, αλλά και σε «έξυπνα παράθυρα» που απορροφούν το ηλιακό φώς μόνο τους καλοκαιρινούς μήνες. Η πολυπυρόλη χρησιμοποιείται σε κατασκευές που απορροφούν τα μικροκύματα, με συνέπεια να μην εντοπίζονται από ραντάρ. Σε άλλη φουτουριστικη εφαρμογή, οργανομεταλλική χρωστική που περιέχει ρουθήνιο σε διοξείδιο του τιτανίου, μετατρέπει το φως σε ηλεκτρική ενέργεια. ‘Έτσι στο άμεσο μέλλον θα δούμε οικοδομές να βάφονται με χρώματα αγώγιμων πολυμερών , τα οποία θα αντικαθιστούν τους ηλιακούς συλλέκτες και θα προμηθεύουν τα νοικοκυριά με την απαραίτητη ηλεκτρική ενέργεια.⁽⁹⁾

Βιοϋλικά: Είναι υλικά και κατασκευές που αλληλεπιδρούν με βιολογικά συστήματα. Για την ανάπτυξη των βιοϋλικών, αξιοποιούνται στοιχεία ιατρικής, βιολογίας, χημείας, μηχανικής ιστών και επιστήμης υλικών. Οι λειτουργίες που εκτελούν μπορεί να είναι παθητικές , όπως για παράδειγμα εξαρτήματα βαλβίδας καρδιάς, ή βιοδραστικές όπως εμφυτεύματα ισχίου καλυμμένα με  υδροξυ-απατίτη. Βιοϋλικά χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα, σε οδοντιατρική, χειρουργική, και φαρμακολογία. Μπορεί ένα βιοϋλικό που περιέχει φαρμακευτικές ουσίες, να τοποθετηθεί στο σώμα και να τις αποδεσμεύει σταδιακά για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το παράδειγμα που ακολουθεί, φανερώνει, ότι η Φύση στον τομέα αυτό μας υποδεικνύει τις λύσεις. Ψάρια αρκτικών περιοχών, διαθέτουν μια αντιπηκτική πρωτεΐνη, που είναι 500 φορές ισχυρότερης αντιπηκτικής ικανότητας, από τα κλασικά υδατικά διαλύματα   χλωριούχου νατρίου. Έχει λοιπόν απομονωθεί και συντεθεί το γονίδιο της συγκεκριμένης πρωτεΐνης και έχει μεταφερθεί σε φυτώρια ντομάτας, για προστασία από τον παγετό.

Και από τις πλέον εξωπραγματικές εφαρμογές υλικών τελευταίας γενιάς είναι τα «υφάσματα που ακούνε»!. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου ΜΙΤ των  ΗΠΑ , οι οποίοι έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature», ανέφεραν ότι δημιούργησαν ένα νέο εύκαμπτο ύφασμα, που (κρυφ)ακούει, και λειτουργεί ως ένα ευαίσθητο μικρόφωνο. 

Αυτό συμβαίνει χάρη σε ειδικές ίνες, ικανές να ανιχνεύουν αποτελεσματικά τους ήχους του περιβάλλοντος. Το ύφασμα είναι ικανό   να ηχογραφήσει τους ήχους που άκουσε και στη συνέχεια  να τους αναπαράγει με τη μορφή ακουστικών δονήσεων, τις οποίες μπορεί να «ακούσει»   ένα δεύτερο ακουστικό ύφασμα. Με τον τρόπο αυτό, δύο τέτοια υφάσματα μπορούν να επικοινωνήσουν μεταξύ τους. Η τεχνολογία αντιγράφει κατά κάποιο τρόπο, την πολύπλοκη δομή του αυτιού, στο οποίο τα κύματα ήχου μετατρέπονται από τη μεμβράνη του τυμπάνου σε μηχανικές δονήσεις και μετά αυτές ταξιδεύουν στον κοχλία, όπου μετατρέπονται σε ηλεκτρικά σήματα. Με την ίδια λογική, το ύφασμα διαθέτει ειδικές πιεζοηλεκτρικές ίνες, οι οποίες μπορούν αρχικά να μετατρέψουν την πίεση των ηχητικών κυμάτων σε μηχανικές δονήσεις και στη συνέχεια   σε ηλεκτρικά σήματα. «Φορώντας ένα τέτοιο ακουστικό ρούχο, μπορεί κανείς να μιλάει μέσω αυτού, για να απαντήσει τις τηλεφωνικές κλήσεις και να επικοινωνήσει με τους άλλους», δήλωσε ο κύριος ερευνητής Γουέι Γιαν. Το ύφασμα αυτό προβλέπεται να έχει μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών και να βοηθήσει εκτός των άλλων σημαντικά, την επικοινωνία ατόμων με προβλήματα ακοής.

Το πεδίο των «εξωτικών» υλικών είναι απέραντο και βλέπω ότι έχω ξεφύγει σε έκταση. …..

Κλείνοντας την ενότητα αυτή, θα ήθελα να αναφέρω κάτι, που σε πρώτη ανάγνωση φαίνεται παράδοξο. Πιστεύω ότι τα περισσότερα από αυτά που διαβάσατε δεν ισχύουν, γιατί έχουν πλέον ξεπερασθεί. Είναι τέτοια η δυναμική της τεχνολογικής ανάπτυξης στα πεδία των νέων υλικών, που το τοπίο αλλάζει καθημερινά. Επομένως, δείτε τα σαν ένα μικρό στιγμιότυπο γνώσης και εφαρμογών για την στιγμή που γράφτηκαν. Επίσης, αν και πιθανότατα εντυπωσιασθήκατε  από τον θαυμαστό καινούργιο κόσμο των  «ακραίων» υλικών  του παρόντος και του μέλλοντος, αυτό που θα επιθυμούσα να συγκρατήσετε κλείνοντας την ενότητα, είναι ότι η τεχνολογία υλικών αποτελεί ένα ιδανικό παράδειγμα συνεργασίας διεπιστημονικών δράσεων. Στο πεδίο αυτό δεν αρκεί  μόνο ο χημικός, ο φυσικός, ο βιολόγος , ο μαθηματικός, ή ο μηχανικός. Προκειμένου να απολαύσετε την νέα οθόνη αφής υπερυψηλής ευκρίνειας του τελευταίου κινητού σας πρέπει όλοι οι παραπάνω και πολύ περισσότεροι, να καταθέσουν γνώσεις και ιδέες και να συνεργασθούν αρμονικά και δημιουργικά, προκειμένου να υλοποιήσουν το συγκεκριμένο πρόγραμμα (project). Και η συνεργασία των ανθρώπων , εφόσον είναι επ’ αγαθώ, οδηγεί  την ζωή σε φωτεινά μονοπάτια. Ας ελπίσουμε ότι το μέλλον, αν και αβέβαιο, θα είναι, αν μη τι άλλο, τουλάχιστον συναρπαστικό.

  (Το άρθρο είναι από το βιβλίο “ΑΠΟ ΜΙΚΡΟΣ ΜΙΣΟΥΣΑ ΤΗ ΧΗΜΕΙΑ – Η ΧΗΜΕΙΑ ΑΛΛΙΩΣ” του Τζιανουδάκη Λεωνίδα, εκδόσεις Carpe librum, Αθήνα 2025, και επιτρέπω την διδακτική αξιοποίησή του.) 

Τιμητική αναφορά στο στοιχείο της ενότητας Fr (Francium– Φράγκιο):  Το φράγκιο είναι αλκάλιο Κι είναι ένα έντονα ραδιενεργό στοιχείο. Το σταθερότερο ισότοπό  του, το φράγκιο-223,   έχει διάρκεια ημιζωής μόνο 22 λεπτά. Είναι το δεύτερο πιο  ηλεκτροθετικό χημικό στοιχείο, μετά το καίσιο. Αποτελεί, ακόμη, το δεύτερο σπανιότερο φυσικό χημικό στοιχείο, μετά από μόνο το αστάτιο .   Πιστεύεται ότι συνολικά μόλις 20-30 g φραγκίου (δεσμευμένου σε ενώσεις) υπάρχουν σε μια δεδομένη στιγμή σε όλον το φλοιό της Γης. Ατόφιο φράγκιο δεν έχει ποτέ παρατηρηθεί. Ανακαλύφθηκε από τη γαλλίδα φυσικό Μαργαρίτα Περέ (Marguerite Perey) το 1939, που του έδωσε το όνομα «φράγκιο», από το όνομα της πατρίδας της (France). Ήταν το τελευταίο φυσικό (δηλαδή που υπάρχει στη φύση) χημικό στοιχείο που ανακαλύφθηκε. Από αυτό και πέρα απλά συντέθηκαν μόνο τεχνητά στοιχεία.

 

ΠΑΡΑΠΟΜΠΕΣ

 

1. Βήμα Sciense, άρθρο Αλκη Γαλδαδά 6/10/2017
2. Χημικά χρονικά, τεύχος Σεπτ.-Οκτ. 2014, Γραφένιο, άρθρο Θ.Σ.Λιάτη
3. Wikipedia, διαδικτυακή εγκυκλοπαίδεια.
4. Μαρία Κούη, υγροί κρύσταλλοι, Κάλλιππος, ανοικτές ακαδημαϊκές εκδόσεις..
5. Βάρβογλης Γ. Αναστάσιος, Χημείας απόσταγμα, εκδ. Τροχαλία
6. Independent Gemological Laboratory (άρθρο αδαμαντολόγου Γ. Σπυρομήλιου)
7. ECHA (European Chemicals Agency), art. “Τι είναι τα νανοϋλικά».
8. Physics 4u διαδικτυακή πύλη Φυσικής, άρθρο «Υπεραγωγοί» Οκτ. 2003.
9. Λαμπρακόπουλος Στυλιανός, Μελέτη δομής αγώγιμων πολυμερών (Δ.Δ.) , Εθνικό Μετσόβειο Πολυτεχνείο , 2008