Wondermateriale van die toekoms – KragDag Gemeenskap
Wat is die verskil tussen ontdekking, uitvinding en innovasie? Dit lyk asof daar redelik eenstemmigheid is dat ontdekkings iets is wat vantevore reeds bestaan het en waarvan die mens dan op ‘n sekere tydstip van bewus geword het. Die seeroete om die Kaap na Indië het reeds eeue der eeue lank bestaan voordat dit deur seevaarders soos Bartolomeus Dias en Vasco da Gama ontdek is. Nadat Vasco da Gama die roete ontdek het, is dit vir baie jare geheim gehou en was dit net die Portugese wat voordeel kon put uit die gebruik van die Kaapse seeroete. Met verdrag het ander nasies ook van die seeroete bewus geword in kon hulle ook hierdie ontdekking tot hulle voordeel begin benut.
Met ‘n uitvinding word kennis, teorieë, idees, voorwerpe en prosesse wat reeds bestaan gebruik ten einde nuwe kennis, teorieë, idees, voorwerpe en prosesse daar te stel wat nog nie vantevore bestaan het nie met die doel om ‘n nuwe produk of proses daar te stel om sodoende ‘n probleem op te los. Nuwe ontdekkings lê dikwels aan die basis van nuwe kennis. Ons sien dus dat baie keer gaan ontdekkings uitvindings vooraf, maar die omgekeerde is ook waar. Die ontdekking dat die aarde se magneetveld ‘n invloed op ‘n magnetiese naald het, het die uitvinding van die kompas voorafgegaan. Daarteenoor het die kompas weer die ontdekking van die Nuwe Wêreld voorafgegaan. Somtyds is dit asof die ontdekking en die uitvinding gelyktydig plaasvind, sonder dat die een duidelik tot die ander aanleiding gee – so byvoorbeeld het die ontdekking van die effek van sekere fungusse of muf op bakterieë gelei tot die uitvinding van penisilline. Ander antibiotika’s sou mens weer kon sê was uitvindings of dalk innovasie wat op die ontdekking van penisilline gevolg het.
Innovasie en uitvinding word dikwels uitruilbaar gebruik, alhoewel sommige kundiges meen innovasie gebeur wanneer kennis, teorië, idees, voorwerpe en prosesse gebruik word ten einde bestaande produkte en prosesse te verbeter, dit wil sê om dit meer effektief en doeltreffend te maak.
‘n Interessante gedagte rondom die aanloop tot hierdie artikel is die mate wat die ontdekking en uitvinding van nuwe materiale aanleiding gegee het tot vernuwing. Dink aan die ontwerpe of uitvindsels van Leonardo da Vinci soos die valskerm, die helikopter en vliegtuig. Mens wonder hoeveel van daardie uitvindings sou nie dalk vroeër gebou en gebruik kon gewees het nie, as sekere baie ligte en sterk materiale toe alreeds ontdek en uitgevind was. ‘n Ander gedagte is, in hoe ‘n mate nuwe materiale van vandag geleenthede skep vir nuwe uitvindings. ‘n Video is opgespoor waarin 13 bestaande wondermateriale bespreek word wat beslis ‘n invloed op ontdekkings, uitvindings en innovasie van die toekoms sal hê. Om die leser te prikkel word enkele van die wondermateriale waarna in die video verwys word, genoem:
Daar is Aerogel, wat verskeie vermeldings in die Guinness Book of Records het en wat gereken word as die mins digte vastestof bekend, met ‘n digtheid van tipies 0,020 g/cm3 – dit is ongeveer 15 keer swaarder as lug! Dit is waarskynlik om hierdie rede dat die materiaal soms ook “gevriesde rook” genoem word. Die materiaal word gemaak deur ‘n superkritiese proses van droging van die vloeibare jels van alumina, chromia, tin-oksied of koolstof. Vanweë die groot spasiëring van molekules in die materiaal beslaan die materiaal ‘n leë ruimte van 99,8% wat dit half-deursigtig maak. Aerogel is ‘n uitstekende insuleerder vir hitte en koue. Indien jy agter ‘n Aerogel-skild sou skuil, kan dit jou selfs teen ‘n vlamwerper beskerm.
‘n Ander materiaal wat aandag verdien is Koolstof-nanobuise (Carbon nanotubes of CNT) wat uit lang koolstofkettings bestaan wat aanmekaar gebind word deur middel van sp2-bindings wat nog sterker is as die sp3-bindings wat by ‘n diamant gevind word. Die ontdekking van CNT in 1991 het ‘n nuwe era in die materiaalwetenskap teweeg gebring as gevolg die materiaal se uitsonderlike elektriese, magnetiese en meganiese eienskappe. Terwyl CNT meer as 100 keer sterker is as staal, weeg dit ‘n sesde van staal se gewig. Verder kan die materiaal hitte en elektrisiteit beter as koper of aluminium gelei.
Metamateriale verwys na materiale wat hulle eienskappe te danke het aan materiaalstuktuur eerder as materiaalsamestelling. Ontwerpte strukture in terme van vorm, geometrie, grootte, oriëntasie en rangskikking gee aan die materiaal eienskappe wat dit moontlik maak om elektromagnetiese golwe te beïnvloed. Hierdie materiale is gebruik om onder andere onsigbare omhulsels te maak. Sommige megamateriale het ‘n negatiewe refraksie-indeks wat die maak van superlense moontlik maak. Verder is dit ook moontlik om lewensgetroue hologramme met behulp van hierdie materiale te konstrueer.
Titaniumskuim is ‘n soort metaal-skuim met ‘n groot hoeveelheid porieë om ‘n roosterstuktuur te vorm. As gevolg van die porieë bestaan 5– 25% van die volume van struktuur uit die basismateriaal en dit veroorsaak dat die materiaal geweldig lig is, maar terselfdertyd baie sterk. Die sterkte van die materiaal is te danke aan die sogenaamde vierkants-kubuswet. Metaal-skuim behou die fisiese eienskappe van die basismateriaal. So byvoorbeeld kan titaniumskuim gebruik word vir die vervanging van been in die menslike skelet.
Daar word nog verskeie ander wondermateriale in die video bespreek. Ons lesers word gevra om julle verbeelding ‘n bietjie te laat gaan. Watter unieke aanwending sou jy vir een van die materiale in die video hê? Deel dit met van ons ander lesers in die kommentare.
Is daar nie dalk ‘n eie oopbron projek wat ons KragDagdeelnemers wou voorstel en aanpak nie? Laat ons gerus weet.