chemical.uts
عضو جدید
[FONT=Georgia, Times New Roman, Times, Serif]معرفي و تقسيم‌بندي پليمرهاي هوشمند[/FONT]
مواد هوشمند در آيندهايي نچندان دور بازار خوبي را به خود اختصاص خواهند داد و با توجه به خواص خوبي كه از خود نشان ميدهند، كاربردهاي زيادي در آينده پيدا خواهند كرد. مطلب زير كه به معرفي پليمرهاي هوشمند پرداخته است، توسط دكتر هاشمي مديرعامل شركت گسترش مواد پيشرفته (وابسته به سازمان گسترش و نوسازي صنايع ايران) به شبكه ارسال گرديده است:
هوشمندي در مواد، خاصيتي است كه مختص به گروه خاصي نبوده و در اغلب گروههاي مواد ديده ميشود. پليمرها نيز از اين قضيه مستنثنا نيستند و در برابر محركهاي مختلف مثل دما، ميدانهاي الكتريكي و ميدانهاي مغناطيسي، عكس‌العملهاي متفاوتي از خود نشان ميدهند. اين پليمرها به گروههاي مختلفي تقسيم مي‌شوند و داراي خواص و كاربردهاي متفاوتي مي‌باشند. در ذيل به معرفي، تقسيم‌بندي، كاربردها و بازار اين مواد به طور مختصر اشاره شده است:
[FONT=Georgia, Times New Roman, Times, Serif]1) پليمرهاي فعال الكتريكي (EAP)[/FONT]
مكانيزم هوشمندي در اين مواد، عكس‌العمل در برابر تحريكات الكتريكي خارجي است. اين عكس‌العمل، تغيير در ابعاد و هندسه ماده را شامل مي شود.
اين پليمرها كه در سال 1990 شناخته شدهاند، كاربردهاي زيادي در پزشكي، صنعت و مهندسي عمران دارند. اين پليمرها به دو دسته عمده تقسيم مي‌شوند:
الف)پليمرهاي فعال الكتريكي الكترونيكي كه به منظور حفظ تغيير مكان ايجاد شده در اثر اعمال ولتاژ DC مورد استفاده قرار مي‌گيرند و كاربردهاي زيادي در رباتها دارند. اين دسته خود از جنبه كاربردي به دو گروه تقسيم ميشود كه عبارتند از: گروهي كه در حسگري خود از رسانايي و هدايت الكتريكي بهره مي‌برند و گروهي كه از فعاليت الكتريكي خود در اثر تحريك خارجي به عنوان محرك استفاده مي‌كنند.
كاربردهاي اين پليمرها در صنايع مختلفي است كه ميتوان از جمله آنها مواد الكترواستاتيك در لباسهاي ضد الكتريسيته، چسب‌هاي رسانا، حفاظ‌هاي الكتريكي و مغناطيسي، تخته‌هاي مدار چاپي الكترونيكي، رشته‌هاي اعصاب مصنوعي، سازه‌هاي هواپيما و پيزوسراميكها را نام برد
.
ب)پليمرهايفعالالكتريكييوني هستند كه در غشاهاي مبادلهگر يوني، محركهاي الكترومكانيكي، سنسورهاي حرارتي- شيميايي، الكتروليتهاي جامد، باطري‌هاي قابل شارژ و سيستم‌هاي رهايش دارو در پزشكي كاربرد دارند.
پليمرهاي فعال الكتريكي به عنوان ديالكتريك نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرند. به عنوان نمونه پليمرهاي كه داراي سفتي (Stiffness) و ثابت ديالكتريك بالا مي‌باشند، در محركهاي(Actuator) با كرنش بالا مورد استفاده قرار مي‌گيرند كه به طور نمونه در پيزوالكتريكها كاربرد دارند.
قابل ذكر است كه الاستومرهاي بلور مايع، الاستومرهاي الكتروويسكوالاستيك، پليمرهاي فروالكتريك، نانولوله‌هاي كربن و پليمرهاي رسانا كه بعنوان شناساگرهاي گازهاي سمي (حسگرهاي يوني) در پالايشگاهها و صنايع نظامي كاربرد دارند، نيز در اين گروه قرار مي‌گيرند
.
[FONT=Georgia, Times New Roman, Times, Serif]2) سيالات مغناطيسي و رئولوژيكي (MRF)[/FONT]
در اين نوع از پليمرهاي هوشمند، با تغيير ميدان مغناطيسي، ويسكوزيتة آنها تغيير مي‌كند و عملكرد آنها مشابه سيالات الكتريكي رئولوژيكي مي‌باشد.
[FONT=Georgia, Times New Roman, Times, Serif]3) سيالات الكتريكي رئولوژيكي (ERF)[/FONT]
اين سيالات اساس پليمري دارند و در برابر ميدان الكتريكي از خود تغيير ويسكوزيته نشان ميدهند كه ميتوان با اين تغيير ابعاد را تحت تاثير قرار داد. به طور مثال اين مواد در كمك فنرهاي خودرو در خودروهاي جديد كاربرد دارند و با تغيير جريان ميتوان ارتفاع خودرو را تنظيم نمود.
اين نوع پليمرها در راه‌سازي، پل‌سازي و صنعت ساختمان نيز استفاده ميشود و امروزه در تكيه‌گاه خيلي از پل‌ها خصوصاً پل‌هاي معلق از اين مواد استفاه ميشود.
سيالات ERF داراي سه نوع مثبت، منفي و مواد نوري الكتريكي هستند. اگر با اعمال ميدان الكتريكي، ويسكوزيته افزايش يابد ERF مثبت است، اگر با افزايش ميدان الكتريكي ويسكوزيته كاهش يابد ERF منفي است و اگر با تاباندن اشعه ماوراء بنفش ويسكوزيته تغيير كند ERF از نوع نوري و الكتريكي مي‌باشد.
[FONT=Georgia, Times New Roman, Times, Serif]4) ژل‌هاي پليمري هوشمند[/FONT]
با تغيير در زنجيره پليمرها ميتوان ژلها را ساخت كه اين كار با تعويض بعضي از مونومرهاي زنجيره با مواد شيميايي صورت مي‌گيرد. تفاوت اصلي ژلها با پليمرها سازگاري شيميايي و ترموديناميكي آنها با حلال‌ها مي‌باشد و نيز خاصيت رطوبت‌گيري كه در آنها وجود دارد.
ژلها براساس ويژگي‌هايي نظير طبيعت گروههاي تشكيلدهنده، خواص مكانيكي، ويژگي‌هاي ساختاري و شكل شبكه تقسيم‌بندي مي‌شوند و در برا بر محركهاي مختلف فيزيكي و شيميايي نظير دما، ميدان الكتريكي و مغناطيسي، نور، فشار و PH، از خود عكس‌العمل نشان ميدهند و در صنايع دفاعي، زيستي، داروسازي و غيره مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
[FONT=Georgia, Times New Roman, Times, Serif]5) پليمرهاي با حافظه شكلي[/FONT]
مشابه آلياژهاي حافظه‌دار هستند به اين ترتيب كه در اثر تغييرات دمايي از خود تغييرات ابعادي نشان ميدهند كه علت آن تغيير در مورفولوژي زنجيره‌ها است. اين پليمرها در مواردي مثل جيگ و فيكسچرهاي ماشينكاري كاربرد دارند.
[FONT=Georgia, Times New Roman, Times, Serif]بررسي بازار[/FONT]
پليمرهاي هوشمند هنوز خيلي تجاري نشده‌اند، بنابراين بازار خيلي بزرگي را به خود اختصاص نمي‌دهند. البته 5 تا 15 سال آينده اين بازار رشد بسيار خوبي خواهد داشت زيرا كاربردهاي آينده اين مواد كه در حوزه‌هاي مختلفي چون پزشكي، كامپيوتر، خودرو، تلويزيون، پول الكترونيكي، كنترلكننده‌هاي بهداشتي، هوافضا، بيوتكنولوژي، صنايع نظامي، الكترونيك و فناوري نانو خواهد بود، نويددهنده بازار بزرگي براي اين مواد است.
در بين سالهاي 2010-1992 بر اساس پيشبينيهاي انجام شده، در برخي از كاربردهاي اصلي اين مواد مثل غلافها و پوششهاي سيم و كابل، باطري‌هاي ذخيره انرژي با ظرفيت بالا و سپرهاي تجهيزات الكترونيك كه در فضاپيماها و محافظ‌هاي الكترونيك كاربرد دارند، روند مصرف رو به افزايش است و بازار خوبي را به خود اختصاص خواهند داد. مثالهاي زير به صحت اين ادعاها اشاره دارد:
از سال 2000-1992 مصرف اين مواد رو به افزايش بوده بطوري كه مصرف پليمرهاي هادي استفاده در باطري‌ها در سال 2000 معادل 500 هزار پوند بالغ بر 50 ميليون دلار بوده است
.
بازار سپرهاي الكترونيك در سال 1988، 116 ميليون دلار و در سال 1993، 165 ميليون دلار بوده است و امروزه پوششهاي هادي و صفحات پليمري 75 درصد بازار مواد مشابه را به خود اختصاص دادهاند.
هزينه پوششهاي پلاستيكي نسبت به ساير مواد پايين‌تر است و 1.25 تا 2.5 دلار به ازاي هر فوت مربع ذكر شده است.
البته عمده بازار مواد هوشمند پليمري در كشورهاي پيشرفته است و بايد اين بازار را به كشورهاي در حال توسعه گسترش داد و اين نياز را براي اين كشورها به وجود آورد. پيش‌بيني انجامشده در مورد بازار اين مواد تا سال 2010 بالغ بر 457 ميليون دلار خواهد بود.
مواد هوشمند در آيندهايي نچندان دور بازار خوبي را به خود اختصاص خواهند داد و با توجه به خواص خوبي كه از خود نشان ميدهند، كاربردهاي زيادي در آينده پيدا خواهند كرد. مطلب زير كه به معرفي پليمرهاي هوشمند پرداخته است، توسط دكتر هاشمي مديرعامل شركت گسترش مواد پيشرفته (وابسته به سازمان گسترش و نوسازي صنايع ايران) به شبكه ارسال گرديده است:
هوشمندي در مواد، خاصيتي است كه مختص به گروه خاصي نبوده و در اغلب گروههاي مواد ديده ميشود. پليمرها نيز از اين قضيه مستنثنا نيستند و در برابر محركهاي مختلف مثل دما، ميدانهاي الكتريكي و ميدانهاي مغناطيسي، عكس‌العملهاي متفاوتي از خود نشان ميدهند. اين پليمرها به گروههاي مختلفي تقسيم مي‌شوند و داراي خواص و كاربردهاي متفاوتي مي‌باشند. در ذيل به معرفي، تقسيم‌بندي، كاربردها و بازار اين مواد به طور مختصر اشاره شده است:
[FONT=Georgia, Times New Roman, Times, Serif]1) پليمرهاي فعال الكتريكي (EAP)[/FONT]
مكانيزم هوشمندي در اين مواد، عكس‌العمل در برابر تحريكات الكتريكي خارجي است. اين عكس‌العمل، تغيير در ابعاد و هندسه ماده را شامل مي شود.
اين پليمرها كه در سال 1990 شناخته شدهاند، كاربردهاي زيادي در پزشكي، صنعت و مهندسي عمران دارند. اين پليمرها به دو دسته عمده تقسيم مي‌شوند:
الف)پليمرهاي فعال الكتريكي الكترونيكي كه به منظور حفظ تغيير مكان ايجاد شده در اثر اعمال ولتاژ DC مورد استفاده قرار مي‌گيرند و كاربردهاي زيادي در رباتها دارند. اين دسته خود از جنبه كاربردي به دو گروه تقسيم ميشود كه عبارتند از: گروهي كه در حسگري خود از رسانايي و هدايت الكتريكي بهره مي‌برند و گروهي كه از فعاليت الكتريكي خود در اثر تحريك خارجي به عنوان محرك استفاده مي‌كنند.
كاربردهاي اين پليمرها در صنايع مختلفي است كه ميتوان از جمله آنها مواد الكترواستاتيك در لباسهاي ضد الكتريسيته، چسب‌هاي رسانا، حفاظ‌هاي الكتريكي و مغناطيسي، تخته‌هاي مدار چاپي الكترونيكي، رشته‌هاي اعصاب مصنوعي، سازه‌هاي هواپيما و پيزوسراميكها را نام برد
ب)پليمرهايفعالالكتريكييوني هستند كه در غشاهاي مبادلهگر يوني، محركهاي الكترومكانيكي، سنسورهاي حرارتي- شيميايي، الكتروليتهاي جامد، باطري‌هاي قابل شارژ و سيستم‌هاي رهايش دارو در پزشكي كاربرد دارند.
پليمرهاي فعال الكتريكي به عنوان ديالكتريك نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرند. به عنوان نمونه پليمرهاي كه داراي سفتي (Stiffness) و ثابت ديالكتريك بالا مي‌باشند، در محركهاي(Actuator) با كرنش بالا مورد استفاده قرار مي‌گيرند كه به طور نمونه در پيزوالكتريكها كاربرد دارند.
قابل ذكر است كه الاستومرهاي بلور مايع، الاستومرهاي الكتروويسكوالاستيك، پليمرهاي فروالكتريك، نانولوله‌هاي كربن و پليمرهاي رسانا كه بعنوان شناساگرهاي گازهاي سمي (حسگرهاي يوني) در پالايشگاهها و صنايع نظامي كاربرد دارند، نيز در اين گروه قرار مي‌گيرند
[FONT=Georgia, Times New Roman, Times, Serif]2) سيالات مغناطيسي و رئولوژيكي (MRF)[/FONT]
در اين نوع از پليمرهاي هوشمند، با تغيير ميدان مغناطيسي، ويسكوزيتة آنها تغيير مي‌كند و عملكرد آنها مشابه سيالات الكتريكي رئولوژيكي مي‌باشد.
[FONT=Georgia, Times New Roman, Times, Serif]3) سيالات الكتريكي رئولوژيكي (ERF)[/FONT]
اين سيالات اساس پليمري دارند و در برابر ميدان الكتريكي از خود تغيير ويسكوزيته نشان ميدهند كه ميتوان با اين تغيير ابعاد را تحت تاثير قرار داد. به طور مثال اين مواد در كمك فنرهاي خودرو در خودروهاي جديد كاربرد دارند و با تغيير جريان ميتوان ارتفاع خودرو را تنظيم نمود.
اين نوع پليمرها در راه‌سازي، پل‌سازي و صنعت ساختمان نيز استفاده ميشود و امروزه در تكيه‌گاه خيلي از پل‌ها خصوصاً پل‌هاي معلق از اين مواد استفاه ميشود.
سيالات ERF داراي سه نوع مثبت، منفي و مواد نوري الكتريكي هستند. اگر با اعمال ميدان الكتريكي، ويسكوزيته افزايش يابد ERF مثبت است، اگر با افزايش ميدان الكتريكي ويسكوزيته كاهش يابد ERF منفي است و اگر با تاباندن اشعه ماوراء بنفش ويسكوزيته تغيير كند ERF از نوع نوري و الكتريكي مي‌باشد.
[FONT=Georgia, Times New Roman, Times, Serif]4) ژل‌هاي پليمري هوشمند[/FONT]
با تغيير در زنجيره پليمرها ميتوان ژلها را ساخت كه اين كار با تعويض بعضي از مونومرهاي زنجيره با مواد شيميايي صورت مي‌گيرد. تفاوت اصلي ژلها با پليمرها سازگاري شيميايي و ترموديناميكي آنها با حلال‌ها مي‌باشد و نيز خاصيت رطوبت‌گيري كه در آنها وجود دارد.
ژلها براساس ويژگي‌هايي نظير طبيعت گروههاي تشكيلدهنده، خواص مكانيكي، ويژگي‌هاي ساختاري و شكل شبكه تقسيم‌بندي مي‌شوند و در برا بر محركهاي مختلف فيزيكي و شيميايي نظير دما، ميدان الكتريكي و مغناطيسي، نور، فشار و PH، از خود عكس‌العمل نشان ميدهند و در صنايع دفاعي، زيستي، داروسازي و غيره مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
[FONT=Georgia, Times New Roman, Times, Serif]5) پليمرهاي با حافظه شكلي[/FONT]
مشابه آلياژهاي حافظه‌دار هستند به اين ترتيب كه در اثر تغييرات دمايي از خود تغييرات ابعادي نشان ميدهند كه علت آن تغيير در مورفولوژي زنجيره‌ها است. اين پليمرها در مواردي مثل جيگ و فيكسچرهاي ماشينكاري كاربرد دارند.
[FONT=Georgia, Times New Roman, Times, Serif]بررسي بازار[/FONT]
پليمرهاي هوشمند هنوز خيلي تجاري نشده‌اند، بنابراين بازار خيلي بزرگي را به خود اختصاص نمي‌دهند. البته 5 تا 15 سال آينده اين بازار رشد بسيار خوبي خواهد داشت زيرا كاربردهاي آينده اين مواد كه در حوزه‌هاي مختلفي چون پزشكي، كامپيوتر، خودرو، تلويزيون، پول الكترونيكي، كنترلكننده‌هاي بهداشتي، هوافضا، بيوتكنولوژي، صنايع نظامي، الكترونيك و فناوري نانو خواهد بود، نويددهنده بازار بزرگي براي اين مواد است.
در بين سالهاي 2010-1992 بر اساس پيشبينيهاي انجام شده، در برخي از كاربردهاي اصلي اين مواد مثل غلافها و پوششهاي سيم و كابل، باطري‌هاي ذخيره انرژي با ظرفيت بالا و سپرهاي تجهيزات الكترونيك كه در فضاپيماها و محافظ‌هاي الكترونيك كاربرد دارند، روند مصرف رو به افزايش است و بازار خوبي را به خود اختصاص خواهند داد. مثالهاي زير به صحت اين ادعاها اشاره دارد:
از سال 2000-1992 مصرف اين مواد رو به افزايش بوده بطوري كه مصرف پليمرهاي هادي استفاده در باطري‌ها در سال 2000 معادل 500 هزار پوند بالغ بر 50 ميليون دلار بوده است
بازار سپرهاي الكترونيك در سال 1988، 116 ميليون دلار و در سال 1993، 165 ميليون دلار بوده است و امروزه پوششهاي هادي و صفحات پليمري 75 درصد بازار مواد مشابه را به خود اختصاص دادهاند.
هزينه پوششهاي پلاستيكي نسبت به ساير مواد پايين‌تر است و 1.25 تا 2.5 دلار به ازاي هر فوت مربع ذكر شده است.
البته عمده بازار مواد هوشمند پليمري در كشورهاي پيشرفته است و بايد اين بازار را به كشورهاي در حال توسعه گسترش داد و اين نياز را براي اين كشورها به وجود آورد. پيش‌بيني انجامشده در مورد بازار اين مواد تا سال 2010 بالغ بر 457 ميليون دلار خواهد بود.
