تکنولوژی نانو کامپوزیت در خودرو چیست؟

[بهداد]

تکنولوژی نانو کامپوزیت در خودرو چیست؟
اثبات شده است که در دنیای نانو مواد تفکر قدیمی " هرچه بزرگ تر، بهتر" صدق نمی کند. به نظر می رسد آینده ما با درک و گسترش مواد کامپوزیتی که در ساخت آنها کوچکترین ذرات شناخته شده به کار کرفته می شوند، گره خورده است. با یک جستجو در شبکه جهانی اینترنت، مشخص می شود که چقدر کار در این زمینه انجام می شود. از زمان کشف تراشه سیلیکونی تاکنون، هیچ زمینه ای در علم مواد و فیزیک به این اندازه هیجان انگیز نبوده است. صنایع گوناگون خصوصی و دولتی با میلیاردها دلار سرمایه گذاری به سوی بهره برداری از این دنیای کوچک هجوم آورده اند. دنیایی که در آن مواد با اندازه ای کوچک تر از ۱۰۰ نانومتر تعریف می شوند. برای درک بیشتر، لازم به ذکر است که هر نانومتر تنها یک میلیاردم متر است. این اندازه ها یعنی این که مواد مورد مطالعه به اندازه یک ویروسند.

برنامه های دولتی به طور گسترده ای مطرح شده اند. حتی نخست وزیر تایلند نیز به تازگی اعلام کرده است که نانو مواد، اساس توسعه اقتصادی آینده این کشور را تشکیل خواهد داد و برای رسیدن به این هدف، ۲۰۰ دانشمند به کار گرفته شده اند. دولت فدرال ایالات متحده نیز در پروژه ۴/۱ میلیارد دلاری خود در وزارت انرژی، یک مرکز تحقیقات علوم نانو گنجانده است که حدود ۳۸۰۰ نفر کارمند دارد و ۳۰۰۰ نفر مشاور پژوهشی با آن همکاری می کنند. توجه صنعت خودرو به این تحول بزرک جلب شده و در حال کشف کاربردهای جدیدی برای مواد نانو کامپوزیت است. تامین کنندگان Tier و OEMS با کمک پژوهشی چندین موسسه آموزشی همانند دانشگاه ایالتی میشیگان و دانشگاه سینسیناتی در حال کشف جایگاه رقابتی مناسب برای خود هستند. بازه کاربردی این مواد از پلیمرهای سانای الکتریسیته تا میکروسوئیچ های نوری و حس گرها و سوییچ های هوشمند در اندازه های نانو متغیر است.

در این چند سال گذشته پلیمرهای رسانا تدریجاً کاربردهایی در صنعت خودرو پیدا کرده اند. با به کارگیری نانو لوله های کربنی با نسبت طول به قطر ۱۰۰۰ به ۱ و مقاومت حجمی حدود ۶ ۱۰۷۷۲; اهم – سانتی متر، بهترین ماده کامپوزیتی برای خطوط انتقال سوخت به دست خواهد آمد و باعث تغییر جنس این خطوط از فولادی به پلیمری می شود. شرکت های آمریکایی هایپریون (Hyperion ctalysis international)و اپلایدساینس (Applied Science Inc) عقیذه دارند که بازار تجاری نانو لوله های کربنی چند دیواره (MWNT) به چندین تن در سال می رسد.

پلیمرهای رسانا در ساخت صفحات بیرونی بدنه خودرو نیز به کار می روند. این صفحات می توانند بدون هیچ تغییری در خط رنگ پاشی الکترواستاتیک قطعات فولادی رنگ شوند. چون دستگاههای رنگ پاشی در سرمایه گذاری یک کارخانه جدید بخش عمده ای را به خود اختصاص می دهند. لزوم فراهم کردن یک خط رنگ پاشی جداگانه در کارخانه، صفحات پلیمری را جایگزین نامناسب و غیر قابل قبول برای فولاد معرفی می کند. GE و کابوت (cabot) شرکت هایی هستند که به تازگی گونه هایی از پلیمرهای رسانا را عرصه کرده اند.

در یک کارگاه آموزشی که به تازگی توسط مرکز تحقیقات علوم نانو وزارت انرژی آمریکا برگزار شد. ریچارد اسمالی (Richard Smalley)، یک پژوهش گر در زمینه نانو، ۱۴ پدیده از فن آوری نانو را معرفی کرد که هر کدام به عنوان تحولی بزرگ در ۱۰ سال آینده، رخ خواهد داد. در بالای این فهرست کاربردهایی 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 یک دهم تا یک صدم کاهش دهند. دیگر فن آوری نیز اثری تقریباً مشابه دارند.

جنرال موتورز از سال ۲۰۰۲ کامپوزیت های نانورس و نانوتالک را به طور موفقیت آمیزی در اجزای سازه ای رکاب خودروهای آسترو (Astro) و سافاری (Safari) به کار گرفته است و برای ساخت در پشتی بیوک راندوو (Buick Rendevous) نیز یک ماده TPO نانو کامپوزیت را به خواهد گرفت.

شرکت تویوتا با عرضه قطعه ای از جنس نایلون نانورس در سال ۱۹۹۱، نخستین نانو کامپوزیت تجاری را به صنعت خودرو معرفی کرد. اکنون باید زبان جدیدی برای تشریح طراحی و ساخت این محصولات جدید به کار گرفته شود. زبانی که حاوی عباراتی همچون جا داده شده (intercalated) و ورقه ورقه (exfoliated) باشد.

بررسی فهرست خرید مواد جدید همانند مطالعه فرهنگ لغاتی است که در آن، مدخل نانو دارای زیر مجموعه های بسیاری از جمله نانو لوله ها، نانورس ها، نانو الیاف، فیبریل ها، نانو پلاکت ها(پولک های نازک با ضخامت کمتر از ۵ نانومتر)،نانوسیم ها، نانوکامپوزیت ها، نانو رشته ها، نانو ذرات و نانوابزار است. نانو پلاکت های نوری، انقلابی در سیستم های سویچینگ و حس گر تجهیزات الکتریکی خودروها ایجاد خواهند کرد. در این تجهیزات که به زودی به سیستم های ۳۶ تا ۴۸ ولت تغییر خواهند کرد، تسهیم (multiplexing) یک نیاز است (تسهیم بکارگیری همزمان یا مشترک مدارهای الکتریکی برای برقراری ارتباط های چند گانه است). افق آینده این مواد حس گرهای کیسه هواست که در پوسته پلیمری بیرونی آن قرار داده می شوند و سیگنال ها را با سرعت نور، منتقل می کنند. به این ترتیب میلی ثانیه هایی به دست می آیند که در میزان آسیب وارده در اثر تصادف بسیار تاثیرگذارند.

ویژگی های دیرسوز کنندگی نانو کامپوزیت ها، امیدهایی را برای خلق یک رده کاملاً جدید از پلیمرها با کاربری درون خودرو ایجاد می کنند. مقاومت کامپوزیت های تقویت شده با نانو پلاکت ها در برابر شرایط آب و هوایی، عمر مفید قطعات بیرونی را افزایش می دهد. صفحات دو قطبی که از نانو کربن استفاده می کنند. فن آوری پیشرفته ای برای تولید انبوه پیل های سوختی ارایه می کنند.

نانو سرامیک ها نیز فرصتی برای تجدید نظر در ساختار داخلی موتورهای درون سوز و پوشش اجزای این موتورها ایجاد می کنند. نانو کامپوزیت های سبز، بر پایه شیمی کربوهیدرات ها، تعریف جدیدی از بازیافت پذیری و تجزیه زیستی ارایه می کنند. جهان نانو ممکن است کوچک باشد ولی بزرگ ترین تحول مواد در دو دهه آینده است، ممکن است پس از این در همایش های تخصصی، برای مشاهده شگفتی های دنیای نانو حتی به یک میکروسکوپ الکترونیکی TEM نیاز باشد. توان بالقوه حقیقی این مواد در آینده ای نزدیک درک خواهد شد.