اثبات شده است كه در دنیای نانو مواد تفكر قدیمی " هرچه بزرگ تر، بهتر" صدق نمی كند. به نظر می رسد آینده ما با درك و گسترش مواد كامپوزیتی كه در ساخت آنها كوچكترین ذرات شناخته شده به كار كرفته می شوند، گره خورده است. با یك جستجو در شبكه جهانی اینترنت، مشخص می شود كه چقدر كار در این زمینه انجام می شود. از زمان كشف تراشه سیلیكونی تاكنون، هیچ زمینه ای در علم مواد و فیزیك به این اندازه هیجان انگیز نبوده است. صنایع گوناگون خصوصی و دولتی با میلیاردها دلار سرمایه گذاری به سوی بهره برداری از این دنیای كوچك هجوم آورده اند. دنیایی كه در آن مواد با اندازه ای كوچك تر از 100 نانومتر تعریف می شوند. برای درك بیشتر، لازم به ذكر است كه هر نانومتر تنها یك میلیاردم متر است. این اندازه ها یعنی این كه مواد مورد مطالعه به اندازه یك ویروسند.
برنامه های دولتی به طور گسترده ای مطرح شده اند. حتی نخست وزیر تایلند نیز به تازگی اعلام كرده است كه نانو مواد، اساس توسعه اقتصادی آینده این كشور را تشكیل خواهد داد و برای رسیدن به این هدف، 200 دانشمند به كار گرفته شده اند. دولت فدرال ایالات متحده نیز در پروژه 4/1 میلیارد دلاری خود در وزارت انرژی، یك مركز تحقیقات علوم نانو گنجانده است كه حدود 3800 نفر كارمند دارد و 3000 نفر مشاور پژوهشی با آن همكاری می كنند. توجه صنعت خودرو به این تحول بزرك جلب شده و در حال كشف كاربردهای جدیدی برای مواد نانو كامپوزیت است. تامین كنندگان Tier و OEMS با كمك پژوهشی چندین موسسه آموزشی همانند دانشگاه ایالتی میشیگان و دانشگاه سینسیناتی در حال كشف جایگاه رقابتی مناسب برای خود هستند. بازه كاربردی این مواد از پلیمرهای سانای الكتریسیته تا میكروسوئیچ های نوری و حس گرها و سوییچ های هوشمند در اندازه های نانو متغیر است.
در این چند سال گذشته پلیمرهای رسانا تدریجاً كاربردهایی در صنعت خودرو پیدا كرده اند. با به كارگیری نانو لوله های كربنی با نسبت طول به قطر 1000 به 1 و مقاومت حجمی حدود 6 10? اهم – سانتی متر، بهترین ماده كامپوزیتی برای خطوط انتقال سوخت به دست خواهد آمد و باعث تغییر جنس این خطوط از فولادی به پلیمری می شود. شركت های آمریكایی هایپریون (Hyperion ctalysis international)و اپلایدساینس (Applied Science Inc) عقیذه دارند كه بازار تجاری نانو لوله های كربنی چند دیواره (MWNT) به چندین تن در سال می رسد.
پلیمرهای رسانا در ساخت صفحات بیرونی بدنه خودرو نیز به كار می روند. این صفحات می توانند بدون هیچ تغییری در خط رنگ پاشی الكترواستاتیك قطعات فولادی رنگ شوند. چون دستگاههای رنگ پاشی در سرمایه گذاری یك كارخانه جدید بخش عمده ای را به خود اختصاص می دهند. لزوم فراهم كردن یك خط رنگ پاشی جداگانه در كارخانه، صفحات پلیمری را جایگزین نامناسب و غیر قابل قبول برای فولاد معرفی می كند. GE و كابوت (cabot) شركت هایی هستند كه به تازگی گونه هایی از پلیمرهای رسانا را عرصه كرده اند.
در یك كارگاه آموزشی كه به تازگی توسط مركز تحقیقات علوم نانو وزارت انرژی آمریكا برگزار شد. ریچارد اسمالی (Richard Smalley)، یك پژوهش گر در زمینه نانو، 14 پدیده از فن آوری نانو را معرفی كرد كه هر كدام به عنوان تحولی بزرگ در 10 سال آینده، رخ خواهد داد. در بالای این فهرست كاربردهایی همانند ذخیره سازی هیدروژن، پیل های سوختی و باتری ها / ابر خازن ها قرار داشتند. تمام این وسایل از نظر وسایل تولید ذخیره نیرو. اثر مهمی بر صنعت خودرو خواهند داشت. تخمین زده می شود تنها پیل های سوختی،هزینه زیرساخت های صنعت خودرو را به یك دهم تا یك صدم كاهش دهند. دیگر فن آوری نیز اثری تقریباً مشابه دارند.
جنرال موتورز از سال 2002 كامپوزیت های نانورس و نانوتالك را به طور موفقیت آمیزی در اجزای سازه ای ركاب خودروهای آسترو (Astro) و سافاری (Safari) به كار گرفته است و برای ساخت در پشتی بیوك راندوو (Buick Rendevous) نیز یك ماده TPO نانو كامپوزیت را به خواهد گرفت.
شركت تویوتا با عرضه قطعه ای از جنس نایلون- نانورس در سال 1991، نخستین نانو كامپوزیت تجاری را به صنعت خودرو معرفی كرد. اكنون باید زبان جدیدی برای تشریح طراحی و ساخت این محصولات جدید به كار گرفته شود. زبانی كه حاوی عباراتی همچون جا داده شده (intercalated) و ورقه ورقه (exfoliated) باشد. بررسی فهرست خرید مواد جدید همانند مطالعه فرهنگ لغاتی است كه در آن، مدخل نانو دارای زیر مجموعه های بسیاری از جمله نانو لوله ها، نانورس ها، نانو الیاف، فیبریل ها، نانو پلاكت ها(پولك های نازك با ضخامت كمتر از 5 نانومتر)،نانوسیم ها، نانوكامپوزیت ها، نانو رشته ها، نانو ذرات و نانوابزار است. نانو پلاكت های نوری، انقلابی در سیستم های سویچینگ و حس گر تجهیزات الكتریكی خودروها ایجاد خواهند كرد. در این تجهیزات كه به زودی به سیستم های 36 تا 48 ولت تغییر خواهند كرد، تسهیم (multiplexing) یك نیاز است (تسهیم بكارگیری همزمان یا مشترك مدارهای الكتریكی برای برقراری ارتباط های چند گانه است). افق آینده این مواد حس گرهای كیسه هواست كه در پوسته پلیمری بیرونی آن قرار داده می شوند و سیگنال ها را با سرعت نور، منتقل می كنند. به این ترتیب میلی ثانیه هایی به دست می آیند كه در میزان آسیب وارده در اثر تصادف بسیار تاثیرگذارند.
ویژگی های دیرسوز كنندگی نانو كامپوزیت ها، امیدهایی را برای خلق یك رده كاملاً جدید از پلیمرها با كاربری درون خودرو ایجاد می كنند. مقاومت كامپوزیت های تقویت شده با نانو پلاكت ها در برابر شرایط آب و هوایی، عمر مفید قطعات بیرونی را افزایش می دهد. صفحات دو قطبی كه از نانو كربن استفاده می كنند. فن آوری پیشرفته ای برای تولید انبوه پیل های سوختی ارایه می كنند. نانو سرامیك ها نیز فرصتی برای تجدید نظر در ساختار داخلی موتورهای درون سوز و پوشش اجزای این موتورها ایجاد می كنند. نانو كامپوزیت های سبز، بر پایه شیمی كربوهیدرات ها، تعریف جدیدی از بازیافت پذیری و تجزیه زیستی ارایه می كنند. جهان نانو ممكن است كوچك باشد ولی بزرگ ترین تحول مواد در دو دهه آینده است، ممكن است پس از این در همایش های تخصصی، برای مشاهده شگفتی های دنیای نانو حتی به یك میكروسكوپ الكترونیكی TEM نیاز باشد. توان بالقوه حقیقی این مواد در آینده ای نزدیك درك خواهد شد.
منبع: موسسه كامپوزیت ایران- نشریه كامپوزیت
برنامه های دولتی به طور گسترده ای مطرح شده اند. حتی نخست وزیر تایلند نیز به تازگی اعلام كرده است كه نانو مواد، اساس توسعه اقتصادی آینده این كشور را تشكیل خواهد داد و برای رسیدن به این هدف، 200 دانشمند به كار گرفته شده اند. دولت فدرال ایالات متحده نیز در پروژه 4/1 میلیارد دلاری خود در وزارت انرژی، یك مركز تحقیقات علوم نانو گنجانده است كه حدود 3800 نفر كارمند دارد و 3000 نفر مشاور پژوهشی با آن همكاری می كنند. توجه صنعت خودرو به این تحول بزرك جلب شده و در حال كشف كاربردهای جدیدی برای مواد نانو كامپوزیت است. تامین كنندگان Tier و OEMS با كمك پژوهشی چندین موسسه آموزشی همانند دانشگاه ایالتی میشیگان و دانشگاه سینسیناتی در حال كشف جایگاه رقابتی مناسب برای خود هستند. بازه كاربردی این مواد از پلیمرهای سانای الكتریسیته تا میكروسوئیچ های نوری و حس گرها و سوییچ های هوشمند در اندازه های نانو متغیر است.
در این چند سال گذشته پلیمرهای رسانا تدریجاً كاربردهایی در صنعت خودرو پیدا كرده اند. با به كارگیری نانو لوله های كربنی با نسبت طول به قطر 1000 به 1 و مقاومت حجمی حدود 6 10? اهم – سانتی متر، بهترین ماده كامپوزیتی برای خطوط انتقال سوخت به دست خواهد آمد و باعث تغییر جنس این خطوط از فولادی به پلیمری می شود. شركت های آمریكایی هایپریون (Hyperion ctalysis international)و اپلایدساینس (Applied Science Inc) عقیذه دارند كه بازار تجاری نانو لوله های كربنی چند دیواره (MWNT) به چندین تن در سال می رسد.
پلیمرهای رسانا در ساخت صفحات بیرونی بدنه خودرو نیز به كار می روند. این صفحات می توانند بدون هیچ تغییری در خط رنگ پاشی الكترواستاتیك قطعات فولادی رنگ شوند. چون دستگاههای رنگ پاشی در سرمایه گذاری یك كارخانه جدید بخش عمده ای را به خود اختصاص می دهند. لزوم فراهم كردن یك خط رنگ پاشی جداگانه در كارخانه، صفحات پلیمری را جایگزین نامناسب و غیر قابل قبول برای فولاد معرفی می كند. GE و كابوت (cabot) شركت هایی هستند كه به تازگی گونه هایی از پلیمرهای رسانا را عرصه كرده اند.
در یك كارگاه آموزشی كه به تازگی توسط مركز تحقیقات علوم نانو وزارت انرژی آمریكا برگزار شد. ریچارد اسمالی (Richard Smalley)، یك پژوهش گر در زمینه نانو، 14 پدیده از فن آوری نانو را معرفی كرد كه هر كدام به عنوان تحولی بزرگ در 10 سال آینده، رخ خواهد داد. در بالای این فهرست كاربردهایی همانند ذخیره سازی هیدروژن، پیل های سوختی و باتری ها / ابر خازن ها قرار داشتند. تمام این وسایل از نظر وسایل تولید ذخیره نیرو. اثر مهمی بر صنعت خودرو خواهند داشت. تخمین زده می شود تنها پیل های سوختی،هزینه زیرساخت های صنعت خودرو را به یك دهم تا یك صدم كاهش دهند. دیگر فن آوری نیز اثری تقریباً مشابه دارند.
جنرال موتورز از سال 2002 كامپوزیت های نانورس و نانوتالك را به طور موفقیت آمیزی در اجزای سازه ای ركاب خودروهای آسترو (Astro) و سافاری (Safari) به كار گرفته است و برای ساخت در پشتی بیوك راندوو (Buick Rendevous) نیز یك ماده TPO نانو كامپوزیت را به خواهد گرفت.
شركت تویوتا با عرضه قطعه ای از جنس نایلون- نانورس در سال 1991، نخستین نانو كامپوزیت تجاری را به صنعت خودرو معرفی كرد. اكنون باید زبان جدیدی برای تشریح طراحی و ساخت این محصولات جدید به كار گرفته شود. زبانی كه حاوی عباراتی همچون جا داده شده (intercalated) و ورقه ورقه (exfoliated) باشد. بررسی فهرست خرید مواد جدید همانند مطالعه فرهنگ لغاتی است كه در آن، مدخل نانو دارای زیر مجموعه های بسیاری از جمله نانو لوله ها، نانورس ها، نانو الیاف، فیبریل ها، نانو پلاكت ها(پولك های نازك با ضخامت كمتر از 5 نانومتر)،نانوسیم ها، نانوكامپوزیت ها، نانو رشته ها، نانو ذرات و نانوابزار است. نانو پلاكت های نوری، انقلابی در سیستم های سویچینگ و حس گر تجهیزات الكتریكی خودروها ایجاد خواهند كرد. در این تجهیزات كه به زودی به سیستم های 36 تا 48 ولت تغییر خواهند كرد، تسهیم (multiplexing) یك نیاز است (تسهیم بكارگیری همزمان یا مشترك مدارهای الكتریكی برای برقراری ارتباط های چند گانه است). افق آینده این مواد حس گرهای كیسه هواست كه در پوسته پلیمری بیرونی آن قرار داده می شوند و سیگنال ها را با سرعت نور، منتقل می كنند. به این ترتیب میلی ثانیه هایی به دست می آیند كه در میزان آسیب وارده در اثر تصادف بسیار تاثیرگذارند.
ویژگی های دیرسوز كنندگی نانو كامپوزیت ها، امیدهایی را برای خلق یك رده كاملاً جدید از پلیمرها با كاربری درون خودرو ایجاد می كنند. مقاومت كامپوزیت های تقویت شده با نانو پلاكت ها در برابر شرایط آب و هوایی، عمر مفید قطعات بیرونی را افزایش می دهد. صفحات دو قطبی كه از نانو كربن استفاده می كنند. فن آوری پیشرفته ای برای تولید انبوه پیل های سوختی ارایه می كنند. نانو سرامیك ها نیز فرصتی برای تجدید نظر در ساختار داخلی موتورهای درون سوز و پوشش اجزای این موتورها ایجاد می كنند. نانو كامپوزیت های سبز، بر پایه شیمی كربوهیدرات ها، تعریف جدیدی از بازیافت پذیری و تجزیه زیستی ارایه می كنند. جهان نانو ممكن است كوچك باشد ولی بزرگ ترین تحول مواد در دو دهه آینده است، ممكن است پس از این در همایش های تخصصی، برای مشاهده شگفتی های دنیای نانو حتی به یك میكروسكوپ الكترونیكی TEM نیاز باشد. توان بالقوه حقیقی این مواد در آینده ای نزدیك درك خواهد شد.
منبع: موسسه كامپوزیت ایران- نشریه كامپوزیت
