X
تبلیغات
اینده ایران را چگونه می بینید؟ -

اینده ایران را چگونه می بینید؟

اینده ایران را چگونه می بینید؟

فناوری نانوتکنولوژی در ایران

فناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانوفناوری فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستمهایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی - عمدتا متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک - از خود نشان می‌دهند. نانوفناوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون فیزیک کاربردی، مهندسی مواد، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می‌شود. نانوفناوری می‌تواند به عنوان ادامهٔ دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد.

یک نانومتر (nm) یک میلیاردیم متر است. برای سنجش طول پیوندهای کربن-کربن، یا فاصلهٔ میان دو اتم بازهٔ ۱۲ تا ۱۵ نانومتر به کار می‌رود؛ همچنین طول یک جفتِ دی‌ان‌آ نزدیک به ۲ نانومتر است. و از سوی دیگر کوچک‌ترین باکتری سلول‌دار ۲۰۰ نانومتر است. اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازهٔ یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم می‌توانیم اندازهٔ آن را مانند اندازهٔ یک تیله به کرهٔ زمین بدانیم. یا به شکلی دیگر یک نانومتر اندازهٔ رشد ریش یک انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش باید بگذرد.

فناوری نانو کاربردهای گسترده‌ای در دانش‌های گوناگون دارد که از موردهای مهم آن می‌توان به کاربردهایش در پزشکی برای ساخت داروهای بدون اثرهای جانبی اشاره کرد که تنها بر یک بافت ویژه تأثیر می‌گذارند. از انواع کاربرد ها می‌توان در ساخت نانو جوراب ها ، نانو لوله‌های کربنی و ... اشاره کرد. موتورهای مولکولی ماشین‌های مولکولی زیستی‌ای هستند که عامل اصلی حرکت در سازواره‌های زنده می‌باشند. در حالت کلی موتور به معنی وسیله‌ای است که شکلی از انرژی را مصرف و به حرکت یا کار تبدیل می‌کند؛ برای مثال، بسیاری از موتورهای مولکولی پروتئین-محور از انرژی آزاد شیمیایی‌‌ای که از آبکافت ای‌تی‌پی آزاد می‌شود برای انجام کار مکانیکی استفاده می‌کنند. موادی که حداقل یکی از ابعاد آنها در مقیاس ۱ الی ۱۰۰ نانومتر باشد، مواد نانویی یا نانو مواد خوانده می‌شوند. این مبحث در قالب موضوعات مربوط به نانوفناوری جای می گیرد. .

ايران رتبه 15 در فناوري نانو تكنولوژي دارد

عضو محققان ستاد نانو رياست جمهوري گفت: ايران در سال جاري موفق به كسب رتبه پانزدهم در زمينه فناوري نانو تكنولوژي در جهان شده است.

نازنين حسيني امروز در گفتگو با فارس،در مورد حمايت‌هاي مالي از مقالات مربوط به فناوري نانو در كشور افزود: در صورتي كه مقاله‌اي از سوي ستاد ويژه نانو رياست جمهوري به افراد پيشنهاد شود و از آنها خواسته شود كه در مورد آن تحقيق كنند، به طور حتم هر نوع حمايتي از آنها به طورت ويژه انجام مي‌شود.

وي ادامه داد: در مقاله‌هاي مربوط به ISI كه در اين ستاد چاپ مي‌شود، به ازاي هر مقاله، دانشجو و اسناد مربوط به مقاله‌ها از نظر اقتصادي مورد حمايت قرار گرفته و تشويق مي‌شوند.

عضو محققان ستاد نانو رياست جمهوري در مورد تحريم‌هاي اقتصادي عليه ايران، اظهار داشت: در حال حاضر در مورد بعضي از قطعات مورد نياز در دستگاه‌هاي مربوط به اين فناوري از جمله آلياژها در تحريم هستيم و عرضه آن به موسسه‌‌ها و شركت‌هاي مربوطه، با وجود واسطه‌ها، بهاي فراواني را به همراه دارد.

وي در مورد پروژه خود در ستاد ويژه نانو رياست جمهوري خاطرنشان كرد: پروژه AL_SI_Mg/AL203 nanoparticles كه در مورد نانو ذرات تقويت‌كننده در زمينه استراتژيك است، از حمايت‌هاي مالي برخوردار بود كه بيشتر در اين نوع از نانو از كشورهاي ديگر و با قيمتي گزاف به وسيله واسطه‌ها وارد بازار كشور مي‌شد.

حسيني تصريح كرد: هر تحريم براي كشور ايران نه تنها آنها را دچار تزلزل نمي‌كند، بلكه دانشمندان را مصمم‌تر در به كارگيري علوم خود مي‌كند و فضاي خاصي را در كشور اسلامي به وجود مي‌آورد.

وي با اشاره به مزيت‌هاي استفاده از فناوري نانو در تمام رشته‌هاي دانشگاهي، بيان داشت: گرايش‌هايي مانند مهندسي شيمي، مواد، مكانيك، معماري، كشاورزي و نساجي كه با فناوري نانو در ارتباط هستند، مي‌توانند آينده روشني را براي اين علم به وجود بياورند.

حسيني گفت: هر علمي علاوه بر اينكه داراي نقاط قوت بسيار فراواني است، بي‌شك داراي نقاط ضعف و مشكلاتي نيز هست و فناوري نانو تكنولوژي نيز از اين امر در امان نيست و بايد در هنگام كار با نانو ذرات نكات ايمني را به طور كامل رعايت كرد كه در صورت ورود اين ذرات به بدن و وارد شدن به خون، مشكلات فراواني را به وجود مي‌آورد.

عضو محققان ستاد نانو رياست جمهوري با اشاره به اينكه دانشمندان ايراني براي نخستين بار موفق به ساخت نانو ربات‌هاي جراح براي دسترسي آسان به اجزاي داخلي بدن شدند، اضافه كرد: ايران اسلامي در سال 2009 ـ 2010 ميلادي موفق به كسب رتبه 15 در جهان در زمينه فناوري نانو شد، اين در حالي بود كه مقرر شده بود تا دو سال آينده به اين رتبه دست پيدا كنيم.

وي ادامه داد: در حال حاضر ستاد ويژه نانو در نظر دارد تا دو سال آينده به رتبه 10 جهان دست پيدا كند كه با شرايط حاضر مي‌توان احتمال داد كه تا سال آينده به اين رتبه دست يافت.

حسيني اظهار داشت: ستاد ويژه نانو رياست جمهوري، در هر سال جلساتي را با حضور محققاني كه دستاورهاي مهمي داشته‌اند، برگزار كرده و آخرين فناوري‌ها و تحقيقاتي را كه صورت گرفته است، بازگو مي‌كنند.

بررسی جایگاه نانوتکنولوژی در صنعت خودرو

فناوري نانو (نانوتكنولوژي) دانشي است كه از مهندسي و كنترل دقيق ابعاد و كيفيت ماده در مقياس يك ميليارديم متر سخن مي‌گويد. اين رويكرد هم‌اكنون از حالت علمي و آكادميك خارج شده و به صورت راهبرد سياسي- تجاري قوي به عرصه رقابت كشورهاي مدعي فناوري و كشورهاي در حال توسعه تبديل شده است. نانوتكنولوژي در ايران نيز طي چند سال گذشته، توجه محققان و اساتيد را به خود جلب كرده است و ظرفيت‌هايي براي بهره‌گيري از آن در صنايع مختلف ايجاد شده است.
نانوتكنولوژي

نانوتكنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزار و سيستم‌هاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطوح مولكولي و اتمي و استفاده از خواص قابل توجهي است كه در آن سطوح ظاهر مي‌شود.
از همين تعريف ساده برمي‌آيد كه نانوتكنولوژي، رشته‌اي جديد نيست بلكه رويكردي جديد در تمام رشته‌هاست. نانوتكنولوژي در بخش‌هاي پتروشيمي، خودرو، انرژي، الكترونيك، كامپيوتر، پزشكي، امنيت ملي، محيط زيست، مواد و… تأثير بسزايي دارد.
برخي از شركت‌هاي معتبر پتروشيمي و پليمر به‌دنبال بهره‌گيري از نانوتكنولوژي براي بهبود محصولات خود هستند. براي مثال شركت باسل- كه از معروف‌ترين توليدكننده‌هاي پليمر مي‌باشد- نانوكامپوزيت‌هايي با تقويت‌كننده خاك رس توليد كرده است كه داراي استحكام بيشتر، وزن كمتر و نفوذپذيري كمتر در مقابل گازها مي‌باشد از اين مواد هم‌اكنون در صنعت خودرو (جنرال موتور، تويوتا و…) و صنايع بسته‌بندي استفاده مي‌شود.
توليد نانو كاتاليست‌هايي براي تبديل CO به متانول توسط شركت آپيرون از ديگر مواد است كه باعث افزايش راندمان توليد متانول مي‌شود و از متانول به عنوان سوخت براي پيل‌هاي سوختي، كاهش هزينه و راحت‌تر بودن فرايند توليد استفاده مي‌شود.
در ايران ظرفيت‌هايي براي بهره‌گيري از نانوتكنولوژي در صنايع مختلف ايجاد شده و اميد است در آينده نزديك شاهد دستاوردهاي عملي آن باشيم.
جمهوري اسلامي ايران به دليل جديد بودن دانش نانوتكنولوژي از كشورهاي پيشرفته چندان عقب نيست، اما در بسياري از فناوري‌ها به دليل ايجاد شبكه‌هاي غيرقابل نفوذ، شانس چنداني براي ما وجود ندارد. براي ورود به عرصه نانوتكنولوژي، داشتن زيرساخت‌هاي علمي و صنعتي در مقياس ميكرو لازم نيست. اگرچه اين موضوع را در بدو امر تداعي مي‌كند و بسياري از افراد اين اشكال را به حضور كشور در نانوتكنولوژي مي‌گيرند، اما شناخت كافي از زمينه‌هاي نانوتكنولوژي، مؤيد اين مسئله است كه بسياري از محورهاي كاربردي نانو نياز به پيش نياز ندارد. تجربه متخصصان داخلي، در توليد بعضي مواد و انجام پروژه‌هاي ديگر اين موضوع را تأييد مي‌كند.
نانوتكنولوژي و صنعت خودرو
صنعت خودرو از بزرگ‌ترين صنايع جهان و در كشور ما نيز از اهميت خاصي برخوردار است، بنابراين توجه به فناوري‌هاي جديد نظير نانوتكنولوژي، در اين صنعت، ضروري است.
نانوتكنولوژي به عنوان انقلاب صنعتي قرن آينده، تأثير فراواني بر صنايع گوناگون خواهد داشت. يكي از چشم‌اندازهاي اميدواركننده اين فناوري پيشرفته، تحول در صنعت خودروسازي مي‌باشد.
يكي از اصلي‌ترين موضوعات نانوتكنولوژي، ساخت مواد با خواص جديد است. اين مواد ارزش افزوده بسيار بالا و كارايي بالاتري در تمام صنايع خواهند داشت و صنعت خودرو نيز از آن مستثني نيست.
ساخت بدنه‌هاي سبك‌تر و مقاوم‌تر براي خودرو، ساخت لاستيك‌هايي با مقاومت سايشي بهتر، ساخت قطعات موتور با عمر چندبرابر، كاهش مصرف سوخت خودرو، ساخت باتري‌هايي با انرژي بالا و دوام بيشتر، نانوساختارهايي مبتني‌بر كربن به عنوان سوپر اسفنج هيدروژني در خودروهاي پيل‌سوختي، ساخت حسگرهاي چند منظوره براي كنترل فرايندهاي مختلف در خودرو، ساخت كاتاليزورهاي اگزوز خودرو براي كاهش آلودگي هوا، لايه‌هاي محكم با خصوصيات ويژه‌اي نظير الكتروكروميك (رنگ‌پذيري الكتريكي) يا خودپاك‌كنندگي براي استفاده در شيشه‌ها و آينه‌هاي خودرو، سازگار كردن خودرو با محيط زيست و بسياري از موارد ديگر از جمله كاربردهاي نانوتكنولوژي در صنعت خودرو مي‌باشد. همچنين جايگزيني كربن سياه (Carbon Black) تايرها با ذرات رس و پليمرهاي نانومتري، فناوري جديدي است كه تايرهاي سازگار با محيط‌زيست و مقاوم در برابر ساييدگي را به ارمغان مي‌آورد.
تأثير مثبت نانوتكنولوژي در افزايش كارايي موتورهاي احتراق داخلي، حائز اهميت است. اين موتورها حدود 15درصد از انرژي ذخيره شده در بنزين را به نيروي محركه تبديل كنند. از ديگر سو وزن متوسط خودروهاي امروزي، حدود 1500 كيلوگرم است. با استفاده از نانوتكنولوژي مي‌توان بازده را تا 5 برابر افزايش و وزن وسايل نقليه را 10 برابر كاهش داد. وسايل نقليه با استفاده از فناوري نانو 50درصد بهبود كارايي خواهند داشت.
كل درآمد صنايع خودروسازي از يك تريليون دلار فراتر مي‌رود (مثلاً فروش شركت جنرال‌موتورز كه حدود 1/15درصد از بازار 2001 را در دست داشت، 3/177 ميليارد دلار بود).
الگوهاي خريد وسايل نقليه جديد، تابع اقتصاد جهاني است. در شرايط ركود فعلي، عواملي اقتصادي نظير مصرف اندك سوخت و سوخت‌هاي جايگزين اهميت فزاينده‌اي دارد. توليدكنندگان خودرو و صنعت حمل و نقل با افزايش ميزان توليد در سطح جهاني و كاهش سود و قدرت تصميم‌گيري خريداران، بيش از هميشه خواهان اصلاحاتي در محصول و فرايند توليد هستند.
خصوصيات ويژه صنعت خودرو، آن را به بازاري مستعد براي ورود نانوتكنولوژي تبديل كرده است. اين بازار بسيار بزرگ است و با پيشرفت زمان، قابليت مناسبي براي توسعه و ايجاد محصولات جديد دارد.
صنعت خودرو از سويي در معرض فشارهاي ناشي از قيمت سوخت و مسائل ايمني مي‌باشد و از سوي ديگر به شدت تحت تأثير سلايق و تنوع درخواست‌هاي مشتريان براي مدل‌هاي جديد خودرو مي‌باشد. تمايل ورود فناوري‌هاي نوين در صنعت خودرو، زياد است. خودرو نظير البسه براي بسياري از افراد صرفاً كالاي ضروري نيست بلكه وسيله‌اي براي ابراز شأن، منزلت و سبك زندگي به شمار مي‌رود. صنعت خودرو به دلايلي كه ذكر شد از صنايعي است كه آماده ورود فناوري‌هاي نوين و نوگرايي در آنها مطرح است. براي مثال پوشش‌هاي پنجره الكتروكروميك، مي‌توانند به صورت دلخواه يا خودكار شيشه‌ها را تيره كنند. اين يكي از كاربردهاي بالقوه نانوتكنولوژي است كه احتمالاً پيش از نفوذ به ديگر بازارها همچون صنعت ساختمان در ساخت خودروهاي پيشرفته جايگاه خاصي دارد.

كاربردهاي نانوتكنولوژي در صنعت خودرو

نانوتكنولوژي كاربردهاي بسياري در صنعت خودرو دارد كه در اينجا به چند دسته از آن اشاره مي‌شود:
مواد ساختاري و پوشش‌ها
نانوكامپوزيت‌ها در صنعت‏خودرو، اهميت زيادي دارند و صنعت حمل و نقل، اصلي‌ترين نانوكامپوزيت‌ها مي‌باشد.
الف- نانوكامپوزيت‌هاي پليمري
نياز روزافزون به سوخت در عرصه حمل و نقل، تقاضا براي استفاده از مواد جديد سبك‌وزن مانند پلاستيك را كه بتواند جايگزين فلز شود، افزايش داده است. جنس مرغوب اين پلاستيك‌ها، گران‌قيمت است. نانوكامپوزيت‌ها، دسته جديدي از مواد هستند كه شامل پليمرهاي قديمي تقويت شده با ذرات نانومتري مي‌باشند. نانوكامپوزيت‌ها دسته‌اي از پلاستيك‌هاي انباشته از مواد معدني هستند كه شامل مقدار كمي (كمتر از 10درصد) از ذرات ريز نانومقياس (اغلب خاك رس)[1] مي‌باشند. اين مواد به آساني به صورت اكسترود يا قالب به شكل نهايي در مي‌آيند، اما داراي همان استحكام و قدرت فلز هستند و از آن سبك‌ترند.
در جدول شماره 1، اسامي تعدادي از شركت‌هاي تهيه‌كننده نانوكامپوزيت‌ها و بازار مصرفي آنها درج شده است.
جدول شماره 1: تعدادي از تهيه‌كنندگان نانوكامپوزيت‌ها
شركت تويوتا در اوايل سال 1990، از نانوكامپوزيت‌ها براي پوشش كمربند ايمني خودرو استفاده كرد. شركت ميتسوبيشي نيز از نانوكامپوزيت‌ها براي قسمت‌هاي روكش موتور استفاده كرد. پس از آن شركت‌هاي جنرال‌موتورز، فورد و ولوو نيز فعاليت خود را در اين زمينه آغاز كردند.
تقاضاي نانوكامپوزيت‌ها براي دهه آينده، حدود 1 ميليارد پوند خواهد بود در حال حاضر بازار جهاني نانوكامپوزيت‌ها حدود 3 ميليون پوند در سال است و 2 ميليون پوند آن نايلون تقويت شده براي ذرات نانومقياس خاك‌رس مي‌باشد كه براي خودرو و صنايع بسته‌بندي استفاده مي‌شود و محصول شركت‌هاي Ube و Unitika در ژاپن است. يك ميليون پوند ديگر آلياژ PPO/nylon است كه از نانو لوله‌هاي كربن پر شده و در امريكاي شمالي براي بدنه خودرو ساخته شده است.
بازار نانوكامپوزيت‌ها در سال 2009 به 2/1 ميليارد پوند خواهد رسيد و از اين مقدار، 1 ميليارد پوند متعلق به تركيبات تقويت شده توسط نانوذرات خاك‌رس است. 160 ميليون پوند به محصولاتي اختصاص دارد كه از نانولوله‌هاي كربني پر شده است.
نانوكامپوزيت‌هايي كه كمتر از 5درصد وزن خود از پركننده‌هاي معدني يا نانولوله كربني تشكيل مي‌شوند ساختار منحصر به‌فردي دارند.
يكي از ويژگي‌هاي نانوكامپوزيت‌ها، شفافيت آنهاست. اندازه نانوذراتي كه در اين كامپوزيت‌ها ديسپرس مي‌شوند كوچكتر از طول موج نور مرئي است پليمرهاي تقويت شده، شفاف باقي مي‌مانند. اين ويژگي آنها را بسيار كارا مي‌كند.
ويژگي‌هاي نانوكامپوزيت‌ها عبارتند از:
  • استحكام و سختي زياد تا اندازه‌اي كه با فلزات برابري مي‌كنند اما با وزن كمتر
  • قابليت پيشگيري از نشت گاز و مايعات
  • درجه اعوجاج گرمايي (HDT)[2] بالا
  • رسانايي الكتريكي
  • خاصيت ضد احتراقي (آتشگير بودن پلاستيك‌ها)
  • پايداري ابعادي
  • قابليت بازيافت
  • مقاومت بالا در برابر مواد شيميايي، حرارت و...
نايلون 6، اولين پليمري بود كه شركت تويوتا از آن براي توسعه نانوكامپوزيت‌ها استفاده كرد. امروزه از آن در تركيبات مختلف نظير: PP[3]، PET[4]، PVC[5]، آكريليك و گروهي از الاستومرها مشابه ترموست‌هاي معمول، استفاده مي‌شود.
در سال 1999 بيش از 70 شركت، آژانس‌هاي دولتي و انستيتوهاي علمي شناسايي شدند كه در زمينه نانوكامپوزيت‌ها، تحقيق و توسعه داشتند. در حال حاضر، تعدادي اندكي از اين فعاليت‌ها تجاري شده‌اند و از آن جمله مي‌توان به تعدادي از تهيه‌كنندگان پركننده‌هاي نانويي نظير ذرات رس نانولوله‌هاي كربني و شركت‌هايي اشاره كرد كه مواد نانوكامپوزيتي عرضه كرده‌اند. (شركت‌هاي Unitika, Ube, RTP, Bayer).
در 10 سال آينده، ساخت نانوكامپوزيت‌هاي مبتني‌بر خاك رس با استفاده از 20 پليمر به صورت تجاري درمي‌آيد. اين نوع كامپوزيت‌ها به‌تازگي دو كاربرد تجاري پيدا كرده‌اند:
  1. در تركيبات زيرين كاپوت خودرو (Under hood)
  2. در بسته‌بندي‌هاي مواد غذايي
نانوكامپوزيت‌ها از گروه وسيعي از پليمرها، تشكيل شده‌اند(جدول 1). نانوذرات مصرفي در اين تركيبات، خاك‌رس است.
اين ذرات، توسط شركت Southern Clay Products و Nanocor تهيه مي‌شوند. نانومواد جديدي نيز در اين نانوكامپوزيت‌ها استفاده مي‌شود و كارايي آنها را افزايش مي‌دهد، از جمله اين نانومواد مي‌توان به نانوساختارهاي اكسيد سيليسيوم (Silica)، نانولوله‌هاي كربني و نانوفيبرهاي سراميكي اشاره كرد.
استفاده از نانوكامپوزيت‌هاي PP و TPO در قسمت آبكاري بدنه خارجي خودرو در آينده نزديك، آغاز خواهد شد. داده‌هاي Nanocor رشد 98درصدي از لحاظ استحكام و افزايش درجه اعوجاج گرمايي به ميزان 52درجه فارنهايت را براي Nano PP نشان مي‌دهد. در سال 2004، 30درصد از Nano PP در خودرو، استفاده خواهد شد.
نانوكامپوزيت‌ها مانع از انتشار بنزين، متانول و ساير حلال‌هاي ارگانيكي مي‌شوند. شركت Ube امريكا در حال توسعه نانوكامپوزيت‌هايي براي پيشگيري از نشت اين مواد، در سيستم‌هاي سوختي خودرو مي‌باشد (حدود 5درصد از نانوذرات رس را در مخلوط نايلون 6 و 66/6 به كار برده است). نايلون 6 با 2درصد نانوذرات رس، پنج برابر بيشتر از نايلون 6 معمولي در برابر نشت (نفوذ) بنزين مقاومت مي‌كند.
تغيير انقلابي ديگر در استفاده از كامپوزيت‌ها در خودرو، ورود كامپوزيت‌هاي مبتني‌بر نانولوله‌هاي كربني خواهد بود كه قدرتي بسيار بيشتر از نانوكامپوزيت‌هاي سيليكاتي داشته باشند.
پيش‌بيني مي‌شود كه دسته‌هاي كم قطر نانولوله‌هاي تك لايه كربني، بيشترين نسبت استحكام به وزن را نشان دهند و استحكام آنها يكصد برابر استحكام فولاد باشد اما وزني معادل يك ششم وزن فولاد، داشته باشد. با توسعه اين مواد، فرصت‌هاي ارزشمندي براي كاهش وزن خودروها و ميزان سوخت مصرفي فراهم مي‌شود.
خاصيت مهمي كه براي نانولوله‌هاي كربني ذكر شده است رسانايي الكتريكي آنهاست.
با توجه به اين ويژگي و كاربرد آنها در بدنه خودرو و ساير قسمت‌ها مي‌توان از روش رنگ الكترواستاتيكي براي رنگ كردن خودرو استفاده كرد. ب- نانوكامپوزيت‌هاي فلزي
استفاده از نانوبلورهاي فلزي به صورت تركيبات ساختاري حجيم (Bulk) در صنعت خودرو مزاياي فراواني دارد و استفاده از نانوبلورهاي فلزي در بدنه خودروها با نانوكامپوزيت‌هاي جديد، رقابت مطلوبي دارد. نانوبلورهاي فولاد، مزاياي زيادي در ارتقاي درجه استحكام ايجاد مي‌كنند و شركت تويوتا از آنها در خودروهاي خود استفاده مي‌كند.

نانوبلورهاي فولاد نسبت استحكام به وزن را به نحو قابل ملاحظه‌اي بهبود مي‌دهند. اين مسئله از افول صنعت فولاد و جايگزيني آن توسط كامپوزيت‌هاي پليمري پيشگيري مي‌كند. نانوبلورهاي فلزي در قسمت‏هاي مختلف خودرو نظير موتور باعث استحكام و سختي مي‌شوند.
سراميك ها از لحاظ سختي، رقيب اين مواد هستند، اما بسيار شكننده‌اند. نانوبلورهاي سراميكي بسيار با دوامند و قادرند تركيباتي را كه نياز به سختي، مقاومت فرسايش و اعوجاج گرمايي بالا دارند، ارتقا دهند.
افزودن نانوذرات اكسيد آلومينيم به آلومينيم باعث مي‌شود كه مقاومت آن در برابر ساييدگي همانند بهترين ياتاقان‌هاي فولادي باشد.
ج- رنگ و پوشش
استفاده از نانوتكنولوژي در رنگ باعث افزايش كيفيت رنگ و كاهش مصرف آن مي‌شود. نكته مهم در اين زمينه، جاذبه رنگ براي جلب توجه محصول است. مثالي وجود دارد كه مي‌گويد "The color sails your products" «رنگ، باعث فروش توليدات شما مي‌شود».
رنگ براي جلب توجه مشتري، عاملي مهم به‌شمار مي‌رود. استفاده از رنگ‌هاي مقاوم در برابر نور خورشيد و مقاوم در برابر ساييدگي به همراه خاصيت صيقلي بالا (جلاي زيادي) در خودرو ضروري مي‌باشد.
نانوتكنولوژي به دو صورت به اين بخش كمك مي‌كند:
  1. در انتخاب مواد مناسب در رنگ
  2. در روش‌هاي بهينه رنگ كردن

نانوذرات با اندازه‌هاي مختلف، نورهايي با فركانس‌هاي متفاوت ساطع مي‌كنند و براي توليد رنگ‌هاي گوناگون استفاده مي‌شوند.
يكي از كاربردهاي جالب توجه استفاده از نانولوله‌هاي كربني در رنگ است. فيبريل‌ها ساختارهاي ويژه‌اي هستند كه از نانولوله‌هاي كربني ساخته مي‌شوند (استوانه‌هايي متشكل از 8 لايه گرافيتي كه از فاز بخار به عمل مي‌آيند و خاصيت رسانايي بالايي دارند).
فيبريل‌ها از لحاظ شكل ظاهر، مشابه رشته‌هاي ماكاروني در ابعاد ميكروسكوپي هستند. قطر خارجي آنها 10 نانومتر، قطر داخلي 5 نانومتر و طول آنها از 1 تا 10 ميكرون، متغير است.
كاربرد فيبريل‌ها در رنگ، باعث رسانايي آن مي‌شود و مي‌توان از آن براي رنگ خودرو به طريق قطره‌هاي باردار استفاده كرد (روش رنگ الكترواستاتيكي). در اين روش، رنگ و قسمت‌هايي را باردار مي‌كنند كه قرار است رنگ شوند. جاذبه الكتريكي كه بين آن دو ايجاد مي‌شود باعث جذب رنگ در آن قسمت خواهد شد، بنابراين كارايي رنگ، به لحاظ كيفيت و كميت (ميزان رنگ مصرفي) ارتقا مي‌يابد. رنگ به‌طور دقيق بر سطح مورد نظر مي‌نشيند و از پراكنده شدن آن پيشگيري مي‌شود. در نتيجه كارايي آن بالا مي‌رود و سريع، تميز و مقرون به‌صرفه خواهد شد. اين روش باعث كاهش انتشارات سمي VOC[6] نيز مي‌شود. نمودار شماره 1 بيانگر كارايي اين روش است.كارايي رنگ الكترواستاتيكي، چهار برابر بيشتر از رنگ به روش اسپرت است. 80درصد از رنگ در روش الكترواستاتيكي بر روي قسمت مورد نظر مي‌نشيند اما اين مقدار در روش‌هاي معمول 20درصد است.
فناوري پوشش‌دهي مبتني‌بر نانوتكنولوژي، چه از طريق فرايندهاي سل- ژل و چه روش‌هاي نانوذره‌اي كاربردهايي را ارائه مي‌دهند كه در صنعت خودرو، جذابيت تجاري خاصي دارند. در زمينه پنجره‌هاي فتوكروميك و الكتروميك (يعني پنجره‌هايي كه به ترتيب تحت تأثير نور و الكتريسيته تغيير رنگ مي‌دهند) تحقيقاتي انجام شده است و با تعداد زيادي از روش‌هاي مبتني‌بر نانوذرات و فرايند سل- ژل مي‌توان آنها را توليد كرد.
پوشش‌هاي سراميكي نانوذرات موجب پايداري حرارتي و مقاومت به فرسايش در قطعات موتور مي‌شود.
پوشش‌هاي مبتني بر نانوذرات، پتانسيلي به عنوان مواد خود پاك‌كننده از خود نشان داده‌اند. (شركت BMW به همراه شركت Creavis در اين زمينه فعال هستند).

حسگر


به‌كارگيري فناوري حسگر در صنعت خودروسازي، براي نظارت و كنترل موتور، توسعه يافته است. مشهورترين حسگر خودرو، شتاب‌سنج مبتني‌بر MEMS است كه ماشه (Trigger) كيسه‌هاي هوا را هنگام تصادف مي‌كشد.

ميكرو سيستم‌هاي سيليكوني به عنوان جزئي كليدي در سيستم خودروها مطرح هستند. كاربرد اين ابزار عبارت است از حسگرهاي كنترل فشار باد در تاير، شتاب‌سنج ها براي شناخت نقاط خطرآفرين و ژيروسكوپ‌ها (حسگرهاي زاويه‌اي) براي تشخيص نقاطي كه احتمال چپ شدن خودرو را به وجود مي‌آورند و پيشگيري از ايجاد خط ترمز در لاستيك.
وزارت حمل و نقل امريكا به مواد و حسگرهاي نانوساختاري براي زيرساخت‌هاي فيزيكي حمل و نقل، علاقه‌مند است.
مبدل‌هاي كاتاليستي و فيلترها
نانوذرات و مواد نانوحفره‌اي قابليت بالايي را در كاتاليست‌ها ارائه مي‌كنند. استفاده از نانوذرات، در مبدل‌هاي كاتاليستي مزايايي دارند كه در هر راكتور كاتاليستي ديگر سطح ويژه و سرعت واكنش را افزايش مي‌دهند. شركت‌هايي همچون NanoPhase براي توسه چنين مصارفي، نانوذراتي با قطر تقريبي nm10 تهيه مي‌كنند.
انتشار ذرات از وسايل نقليه ديزلي، در زمينه فيلتراسيون موجب نگراني خاصي شده است و در توسعه فناوري‌هاي نوين فيلتراسيون تأثيرگذار است.
نيرو
عمده تأثيرات بالقوه نانوتكنولوژي در تأمين نيروي خودروها و ديگر اشكال حمل و نقل است و به صورت دو فناوري باتري و پيل سوختي، ظاهر مي‌شود.
علت عمده گرايش فناوري‌هاي جديد در تأمين نيروي محركه خودروها تمايل به كاهش انتشار آلاينده ها در شهرهاي بزرگ است كه آلودگي خودروها مسائل فزاينده‌اي را ايجاد كرده است.
تلاش براي ساخت خودروهاي تجاري متكي بر نيرو الكتريكي باتري‌ها به دهه‌هاي پيش مربوط است. خودروهاي تلفيقي الكتريسيته و احتراق داخلي نيز به‌تازگي به موفقيت‌هاي تجاري دست يافته‌اند.
مشكل نيروي باتري از آنجا ناشي مي‌شود كه اين فناوري در مقابل بهبود توان بر واحد وزن (دانسيته توان) يا سرعت شارژ و تخليه، مقاومت مي‌كند. نانوتكنولوژي، نويدبخش پيشرفت در اين زمينه است.
تحقيق در زمينه استفاده از نانوذرات در باتري‌ها به نمونه‌هاي نخستين (Prototype) باتري ليتيم با سرعت شارژ و تخليه‌اي 100 برابر بيشتر از انواع تجاري موجود، انجاميده است (شركت سوئيسي Xoliox كه هم‌اكنون مالك Ntera است، چنين ادعايي براي ساخت باتري‌هايي با نانوذرات ساخته شده توسط Altair Nanotechnologies مطرح كرده است).
تحقيقات اخير استفاده از نانولوله‌هاي كربني را در باتري‌ها پيشنهاد مي‌كند كه قادر است ظرفيت باتري را دو برابر كند. اگرچه پيشرفت فناوري باتري موجب افزايش بالقوه راه‌يابي خودروهاي الكتريكي به بازار مي‌شود، غلبه بر كارايي موتورهاي احتراق داخلي براي آنها سخت خواهد بود و مطمئناً خودروهاي شارژ شونده از منابع الكتريسيته مركزي به نحو نااميدكننده‌اي ناكارا خواهند بود. در سيستم‌هاي تركيبي كه موتور، الكتريسيته لازم را براي شارژ باتري فراهم مي‌كند ترقي بسيار بيشتري وجود خواهد داشت.
بسياري از افراد، تنها راه كاهش تصاعدي انتشار آلاينده‌ها را در پيل‌هاي سوختي مي‌جويند. سوخت بالقوه پيل‌هاي سوختي براي وسائل نقليه موتوري، هيدروژن (به دليل توليد آب ايده‌آل است) و هيدروكربن‌هايي چون متان است. در مورد مقدار هيدروژني كه نانولوله‌هاي كربني قادر به جايدهي هستند، بحث‌هاي زيادي وجود دارد، اما پژوهش در اين زمينه ادامه دارد. آزمون استفاده از نانولوله‌ها براي ذخيره هيدروژن به يك يا دو سال زمان، نياز دارد تا نمونه‌هاي كيفي آن براي تحقيق در دسترس قرار گيرند. اگر توانايي نانولوله‌هاي كربني براي ذخيره‌سازي هيدروژن و همچنين صرفه اقتصادي اين نوع پيل‌ها اثبات شود، ساخت شبكه ملي توزيع هيدروژن مطرح خواهد شد و اين امر، مسئله كوچكي نيست. وزارت انرژي امريكا، ظرفيت 5/6درصد وزني را به عنوان هدفي براي عملي شدن استفاده از پيل سوختي مبتني‌بر هيدروژن در وسايل نقليه تعيين كرده است. برخي از محققان ادعاي بيشتري نيز دارند.
صفحات نمايشگر
صفحات نمايشگر مسطح- با تكيه بر نانولوله‌هاي كربني كه به عنوان قطعات نشر ميداني كار مي‌كنند (FEDs)- قطعاً به عنوان صفحات نمايشگر وضعيت خودرو كاربرد دارند. براي مثال شركت Audi، صفحه نمايشگر مسطحي را ارزيابي كرده است كه مبتني‌بر FED و ساخت شركت Pixtech مي‌باشد.
نتيجه‌گيري
نانوتكنولوژي تأثير زيادي بر بخش‌هاي مختلف خودرو خواهد داشت. از جمله رنگ، شيشه، بدنه، لاستيك، پيل سوختي و... .
در ايران با وجود منابع غني معدني و مخازن عظيم نفتي بايد انگيزه بيشتري براي دستيابي به فناوري وجود داشته باشد. تأثير نانوتكنولوژي بر ارتقاي كيفيت مواد به‌كار رفته در قسمت‌هاي مختلف خودرو و خصوصيات ويژه آن مواد، مهمترين مقوله‌اي است كه بايد به آن توجه كرد. تأثير بسزايي كه نانوتكنولوژي بر محيط زيست مي‌گذارد نيز قابل توجه است. مواد اوليه مورد نياز براي هر صنعت، نقش مهمي در كيفيت، قيمت و قابليت‌هاي محصول آن صنعت دارد. اگر بتوان از موادي با كيفيت بهتر، قيمت كمتر و كارايي بيشتر در ساخت قطعات خودرو استفاده كرد، خودروهاي آينده علاوه‌بر آلودگي كمتر، از قيمت مناسب و قابليت‌هاي بيشتر برخوردار خواهند بود.
منابع
1. «برنامه پيشگامي ملي نانوتكنولوژي»، كميته مطالعات سياست نانوتكنولوژي با همكاري نشر آتنا، تهران، 1380.
2. «فرصت‌هاي نانوتكنولوژي»، كميته مطالعات سياست نانوتكنولوژي، 1382.
3. "Societal implication of nanoscience and nanotechnology", National science foundation report, URL://itri:loyola.edu/nano/NSET.societal.implicaions, March, 2001.

4. «گزارشي از كاربردهاي نانوتكنولوژي در صنعت خودرو»، كميته مطالعات سياست نانوتكنولوژي، 1382.
5. «سمت و سوهاي تحقيقات نانوتكنولوژي»، كميته مطالعات سياست نانوتكنولوژي، 1382.
6. "News about MEMS, nanotechnology and Microsystems", URL:http://www.smalltimes.com/document_d...ocument_id5688, June, 2003.
7. Peter L. maul, "Plastic Nanocomposites: The concept goes commercial", URL:www.nanocor.com/tech_papers/plastic_nanocomposites. asp, May, 2003.


نانوفناوری و صنعت خودرو

نانوفناوری به‌عنوان انقلاب صنعتی قرن آینده، اثرات فراوانی در صنایع گوناگون خواهد داشت. یکی از چشم اندازهای امیدوارکننده این فناوری پیشرفته، تحول در صنعت خودروسازی است. یکی از اصلیترین موضوعات نانو فناوری، ساخت مواد با خواص جدید است. این مواد، ارزش افزوده بسیار بالا و کارایی بالاتری در تمام صنایع خواهند داشت که صنعت خودرو نیز از آن مستثنی نخواهد بود.
ساخت بدنه های سبکتر و مقاومتر برای خودرو، ساخت لاستیکهایی با مقاومت سایشی بهتر، ساخت قطعات موتور با عمر چند برابر، کاهش مصرف سوخت خودرو، ساخت باتریهایی با انرژی بالا و دوام بیشتر، ساخت نانوساختارهایی مبتنی‌بر کربن به‌عنوان سوپر اسفنج هیدروژنی در خودروهای پیل سوختی، ساخت حسگرهای چندمنظوره برای کنترل فرایندهای مختلف در خودرو، ساخت کاتالیزورهای اگزوز خودرو برای کاهش آلودگی هوا، لایههای بسیار محکم با خصوصیات ویژهای مثل الکتروکرومیک (رنگ­پذیری الکتریکی) با خود پاککنندگی برای استفاده در شیشهها و آینههای خودرو و سازگار کردن خودرو با محیط‌زیست و بسیاری از موارد دیگر، از جمله کاربردهای نانو فناوری در صنعت خودرو است. همچنین، جایگزینی کربن سیاه در تایرها با ذرات رس و پلیمرهای نانومتری، فناوری جدیدی است که تایرهای سازگار با محیط‌زیست و مقاوم در برابر ساییدگی را به ارمغان میآورد. یکی از اثرات مثبت نانوفناوری، افزایش بازده موتورهای درونسوز کنونی است. این موتورها، حدود ۱۵ درصد از انرژی ذخیره شده در بنزین را به نیروی محرکه تبدیل میکنند. ازدیگرسو، وزن متوسط خودروهای امروزی حدود ۱۵۰۰ کیلوگرم است. با استفاده از نانوفناوری پیشبینی میشود که بتوان بازده را تا ۵ برابر افزایش داد و نیز وزن وسایل نقلیه را به‌میزان ۱۰ برابر کاهش داد. لذا میتوان امیدوار بود که وسایل نقلیه با استفاده از این فناوری تا ۵۰ درصد بهبود کارایی داشته باشند.
نانوفناوری، توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستمهای جدید با دردست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر میشود. از همین تعریف ساده برمیآید که نانوفناوری رشتهای جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشتههاست. برای نانوفناوری کاربردهایی را در حوزه­های مختلف از غذا، دارو، تشخیص پزشکی و بیوفناوری تا الکترونیک، رایانه، ارتباطات، حمل‌و‌نقل، انرژی، محیط‌زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده­اند. کاربردهای وسیع این عرصه به‌همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فناوری را به‌عنوان یک زمینه فرارشتهای و فرابخشی مطرح کرده است. هر چند آزمایشها و تحقیقات در زمینه نانوفناوری از ابتدای دهه ۸۰ قرن بیستم بهطور جدی پیگیری شد، اما اثرات تحولآفرین، معجزهآسا و باورنکردنی آن در روند تحقیق و توسعه، باعث شد تا نظر تمامی کشورهای بزرگ به این موضوع جلب شده و فناوری نانو را به‌عنوان یکی از مهمترین اولویتهای تحقیقاتی خویش طی دهه اول قرن بیست‌و‌یکم، تلقی کنند.
در زمینه انرژی، نانوفناوری میتواند بهطور قابل ملاحظهای کارایی، ذخیرهسازی و تولید انرژی را تحت تاثیر قرار داده و مصرف انرژی را پایین بیاورد. به‌عنوان مثال، شرکتهای مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت شده با نانوذرات را ساختهاند که میتواند جایگزین اجزای فلزی بدنه خودروها شود. استفاده گسترده از این نانوکامپوزیتها میتواند سالانه ۵/۱ میلیارد لیتر صرفهجویی مصرف بنزین به‌همراه داشته باشد.

● کاربردهای نانوفناوری در صنعت خودرو


نانوفناوری، کاربردهای بسیاری در صنعت خودرو دارد که مهمترین آنها عبارتند از:


۱) مواد ساختاری و پوششها


با توجه به اهمیت نانوکامپوزیتها در صنعت خودرو و اینکه یکی از مصرفکنندگان بزرگ نانوکامپوزیتها، صنعت حمل‌ونقل است، میتوان به موارد ذیل اشاره کرد:
الف) نانوکامپوزیتهای پلیمری
نیاز اقتصادی رو به افزایش سوخت در عرصه حمل‌ونقل، تقاضا برای استفاده از مواد جدید سبک‌وزن مانند پلاستیک را که میتواند جایگزین فلز شود، افزایش داده است. انواع خوب این پلاستیکها گرانقیمت هستند. نانوکامپوزیتها، دسته جدیدی از مواد موردمطالعه جهانی هستند که شامل پلیمرهای قدیمی تقویت شده با ذرات نانومتری هستند. درواقع، نانوکامپوزیتها گروهی از پلاستیکهای انباشته از مواد معدنی هستند که شامل مقدار کمی (کمتر از ۱۰ درصد) از ذرات ریز نانومقیاس (اغلب خاکرس) هستند. در حالت نظری، این مواد میتوانند به‌آسانی به‌صورت اکسترود یا قالب، به شکل نهایی درآیند. این درحالی است که از استحکام و قدرت فلز برخوردار بوده و از آن سبکتر هستند.
خاصیت مهمی که برای نانولولههای کربنی بیان شده است، رسانایی الکتریکی آنهاست که باتوجه به این ویژگی میتوان با کاربرد آنها در بدنه خودرو و دیگر قسمتها، از روش رنگ الکترواستاتیکی برای رنگآمیزی خودرو استفاده کرد.
ب) نانوکامپوزیتهای فلزی
استفاده از نانوبلورهای فلزی به‌صورت ترکیبات ساختاری حجیم (Bulk) در صنعت خودرو، از فرصتهای زیادی برخوردار است. استفاده از این مواد در بدنه خودروها با نانوکامپوزیتهاست. مثلاً، نانوبلورهای فولاد مزایای زیادی در ارتقای درجه استحکام ایجاد میکنند. شرکت تویوتا از این مواد در ساخت خودروهایش استفاده کرده است.
نانوبلورهای فولاد، نسبت استحکام به وزن را به‌نحوی قابل‌ملاحظه بهبود میبخشند. این ویژگی میتواند از افول صنعت فولاد و جایگزینی آن توسط کامپوزیت­های پلیمری، جلوگیری کند. در مجموع، نانوبلورهای فلزی در قسمتهای مختلف خودرو نظیر موتور، باعث استحکام و سختی میشوند.
سرامیکها، از لحاظ سختی دارای قابلیت رقابت با اینگونه مواد هستند، اما بسیار شکنندهاند. نانوبلورهای سرامیکی، بسیار بادوام بوده و قادرند ترکیباتی را که نیاز به سختی، مقاومت فرسایش و اعوجاج گرمایی بالایی دارند، ارتقا بخشند. افزودن نانوذرات اکسید آلومینیم به آلومینیوم، باعث میشود تا مقاومت آن در برابر ساییدگی، مشابه بهترین یاتاقانهای فولادی شود.


● رنگ و پوشش


استفاده از نانوفناوری در رنگ، باعث افزایش کیفیت رنگ و کاهش مصرف آن میشود. نکته مهم در این زمینه، جاذبه رنگ برای جلب توجه مشتری به محصول است. مثالی در این مورد میگوید: «رنگ، باعث فروش تولیدات شما میشود». رنگ، عاملی مهم در جلب توجه مشتری است. استفاده از رنگهای مقاوم در برابر نور خورشید، ساییدگی و همراه با خاصیت صیقلی بالا (جلای زیاد) در خودرو ضروری است. نانوفناوری به دو صورت به این بخش کمک میکند: یکی انتخاب مواد مناسب در رنگ و دیگری روشهای بهینه رنگ کردن.
نانوذرات با اندازههای مختلف، نورهایی با فرکانسهای متفاوت ساطع میکنند. لذا میتوان از آنها برای تولید رنگهای گوناگون استفاده کرد.
کاربرد جالب توجه در این بخش، استفاده از نانولولههای کربنی در رنگ است. فیبریلها، ساختارهای ویژهای هستند که از نانولولههای کربنی ساخته میشوند (استوانههایی متشکل از ۸ لایه گرافیتی که از فاز بخار به عمل میآیند) و خاصیت رسانایی بالایی دارند. فیبریلها از لحاظ شکل ظاهری شبیه به رشتههای ماکارونی در ابعاد میکروسکوپی هستند. قطر خارجی آنها ۱۰ نانومتر و قطر داخلی آنها ۵ نانومتر و طول آنها از ۱ تا ۱۰ میکرون متغیر است.
کاربرد فیبریلها در رنگ، باعث رسانایی آن میشود و میتوان از آن برای رنگ‌کردن خودرو به‌روش قطرههای باردار شده استفاده کرد (روش رنگ الکترواستاتیکی). در این روش، رنگ و قسمتهایی را که قرار است رنگ شوند، باردار میکنند. تا جاذبه الکتریکی بین آنها باعث جذب رنگ شود. به این‌ترتیب، کارایی رنگ، چه از لحاظ کیفیت و چه از لحاظ کمیت (میزان رنگ مصرفی) ارتقا مییابد. در این روش، رنگ بهطور دقیق روی سطح موردنظر مینشیند و از پراکنده شدن آن جلوگیری میشود. لذا کارایی آن بالا رفته و سریع و تمیز و مقرون به‌صرفه میشود. همچنین، این روش باعث کاهش انتشارات سمی (VOC) می­شود (نمودار ۱).
کارایی رنگ الکترواستاتیکی، ۴ برابر بیشتر از رنگ به‌روش اسپری است. در روش الکترواستاتیکی ۸۰ درصد از رنگ روی قسمت موردنظر مینشیند، اما در روشهای دیگر این مقدار به ۲۰ درصد میرسد.
فناوری پوششدهی مبتنی‌بر نانوفناوری، چه از طریق فرایندهای سل – ژل و چه روشهای نانوذرهای، کاربردهایی را ارائه میدهند که در صنعت خودرو دارای جذابیت تجاری هستند. در زمینه پنجرههای فتوکرومیک و الکترومیک یا پنجرههایی که به‌ترتیب تحت تاثیر نور و الکتریسیته تغییر رنگ میدهند، تحقیقاتی صورت گرفته است. با تعداد زیادی از روشهای مبتنی‌بر نانوذرات و فرایند سل – ژل، میتوان اینگونه شیشهها را تولید کرد.
پوششهای سرامیکی نانوذرات، موجب پایداری حرارتی و مقاومت به فرسایش در قطعات موتور میشوند. پوششهای مبتنی بر نانوذرات، ویژگی مواد خود پاککننده را از خود نشان دادهاند (شرکت BMW به‌همراه شرکت Creavis در این زمینه فعال هستند).
آلودگی هوا برای اکثر کشورها بویژه کشورهای اروپایی، معضلی جدی است. در فرانسه، ۳۰ میلیون خودروی آلاینده هوا در حال تردد هستند. از آنجا که به‌ازای ۱۰۰ کیلوگرم کاهش وزن، ۵/۰ لیتر در مصرف سوخت در هر ۱۰۰ کیلومتر صرفهجویی میشود، استفاده از سیلیسیم به معنی کاهش آلودگی است.
استاندارد میزان CO۲ تولید شده توسط خودرو در اروپا تا سال ۲۰۰۸، حداکثر ۱۴۰ گرم بر کیلومتر و تا ۲۰۱۲، حدود ۱۲۰ گرم بر کیلومتر در نظر گرفته شده است.
بخش محیطزیست ساپکو در زمینه بررسی کامپوزیت Al/SiC و کاربردهای مختلف آن در صنعت خودروسازی و تهیه کامپوزیتهای مختلف با درصدهای متفاوت SiC اقدام به تحقیق و تهیه پودر نانو SiC کرده و صحت تشکیل آن توسط دستگاه تفرق اشعه X (XRD) دانشکده متالورژی دانشگاه تهران موردتایید قرار گرفته است.


۲) کاتالیستهای زیست محیطی


از زمینههای دیگر کاربردهای مواد نانوساختاری، استفاده از آنها به‌عنوان کاتالیزورهای زیست‌محیطی به‌منظور تصفیه خروجی اگزوز خودروها و پالایش آب و هواست.
استاندارد مربوط به گازهای خروجی از اگزوز خودروها روزبهروز سختگیرانهتر و دقیقتر میشود. از اینرو نیاز به کاتالیزورهای پیشرفته بیش از پیش احساس میشود. کاتالیزورهای رایج که اغلب دارای پایه پلاتین هستند اگرچه بازده کافی دارند، اما بسیار گرانقیمت هستند. به‌همین جهت، کاتالیزورهای نانوساختاری به‌عنوان جایگزین ارزان‌قیمت کاتالیزورهای فوق بسیار قابل‌توجه قرار گرفتهاند. دو نمونه از این کاتالیزورها عبارتاند از: TMOC، TMC که قابلیت جذب فراوان آلایندههای خروجی از اگزوز را دارند.
مورد استفاده دیگر کاتالیزورهای زیست‌محیطی، کاربرد آنها برای مصارف تصفیه آب و هوا و حذف فلز سنگین توسط فتوکاتالیستهاست. با استفاده از این کاتالیزورهای نوری، ترکیبات سمی مهلک به موادی بیخطر تبدیل میشوند. دیاکسید تیتانیوم مصرفی در این نوع کاتالیزورها، مادهای پایدار، ارزانقیمت، خود احیاء و قابل بازیافت بوده و اثرات سوء‌زیست محیطی ناچیزی دارد.


۳) مقاومت روکشهای سطح خودرو در برابر خراش


روشهای متفاوتی برای بهبود مقاومت در برابر خشپذیری روکشهای سطح خودرو پیشنهاد شده است که از آن جمله میتوان به استفاده از مواد افزودنی اشاره نمود. در این پژوهش، تاثیر نوع و غلظت مواد افزودنی سیلیکونی و اکریلاتی بر روی مقاومت به خشپذیری روکشهای شفاف خودرو بر پایه اکریلیک ایزوسیانات موردبررسی قرار گرفته و از آزمونهای خراشنده و سایش برای ارزیابی مقاومت به خشپذیری و خراش و از طیفسنجی مادون قرمز، اندازهگیری خواص کششی، مقاومت به جامی‌شدن و سختی برای بررسی و ارزیابی نحوه عملکرد مواد افزودنی، استفاده شده است. نتایج نشان میدهند که مواد افزودنی سیلیکونی در مقایسه با اکریلاتی، تاثیر مثبتتری بر روی مقاومت به خراش و خشپذیری روکشهای سطح اکریلیک ایزوسیانات دارند و با کاهش قطبیت مواد افزودنی سیلیکونی این تأثیر محسوستر میشود.


۴) نانوکامپوزیتها


مواد کامپوزیتی، موادی مهندسی هستند که از دو یا چند جزء تشکیل شدهاند، بهگونهای که این مواد مجزا و در مقیاس ماکروسکوپی قابل تشخیص هستند. کامپوزیت از دو قسمت اصلی ماتریکس (زمینه) و تقویتکننده (پرکننده) تشکیل شده است. ماتریکس با احاطه کردن تقویتکننده آن را در محل نسبی خودش نگه میدارد و تقویتکننده موجب بهبود خواص مکانیکی ساختار میشود.
تاکنون یکی از گستردهترین کاربردهای نانوفناوری در صنعت خودرو، ساخت نانوکامپوزیتها بوده است. از آنجا که در نانوکامپوزیتها، ذرات بسیار ریز (نانوذرات)، استحکام و دوام رزین را بسیار بالا میبرند، جایگزین مواد مرسوم مانند میکا و تالک شدهاند، اما علاوه‌بر ویژگیهای فیزیکی بهتر، این کامپوزیتها دارای دو برتری دیگر نیز میباشند: نخست اینکه نانوذرات با ایجاد ماتریکس (زمینه) یکنواخت و هموار بهطور قابل‌توجهی زیبایی بیشتر را فراهم میکنند و بنابراین نانو کامپوزیتها سطح زیباتر و رنگهای شفافتری دارند. همچنین نانو کامپوزیتها به‌دلیل نیاز به مواد تقویتکنندهی کمتر، تا حدود ۲۰ درصد نسبت به کامپوزیت­های رایج سبکترند.

 
۵) اثر نیلوفری و ساخت سطوح خود تمیزشونده


یکی از شناخته‌شدهترین مزیتهای نانوفناوری «اثر نیلوفری» است که سطوح خود تمیزشونده را امکانپذیر میسازد. به سبب ساختار بسیار صاف و یکنواخت سطح گل نیلوفر، قطرات آب و گردوغبار از روی گلبرگها میلغزند بیآنکه اثری روی آنها بر جای بگذارند.
بنابراین اگر سطوح اجسام دارای ساختار بسیار صاف و صیقلی (در مقیاس نانو) باشند، ذرات آلودگی و همچنین آب روی آنها باقی نخواهد ماند. رنگها و پوششهای سقف خودرو که این اصل طبیعی را به‌کار میبرند، امروزه در بازار موجود میباشند. ساختار نانویی این سطوح، از جمع‌شدن ذرات آلودگی و قطرات بسیار ریز آب نیز جلوگیری میکند. همچنین رینگهای خود تمیزشونده نیز با استفاده از این ویژگی در حال تولید هستند.
همچنین پوشش نانویی در حال تولید است که با اضافه‌کردن آن به سطح شیشه خودور (برای مثال به‌روش اسپری کردن)، فرورفتگیهای بسیار ریز سطح شیشه را پر کرده و سطح صاف و بدون پستی و بلندی ایجاد میکند و در نتیجه قطرات ریز آب و گردوغبار روی شیشه باقی نمیماند و بنابراین موجب افزایش دید راننده، استهلاک کمتر برف پاککنها و نیاز کمتر به شستشوی شیشه و همچنین بهبود دید در شب در نتیجه کاهش انعکاس مضر نور میشود.


۶) شیشههای نوین با توانایی بازتاب پرتو فروسرخ


نمونهای دیگر از کاربردهای نانوفناوری در صنعت شیشه خودرو، شیشههایی با قابلیت بازتاب پرتو فروسرخ نور خورشید است؛ به‌این ترتیب که لایهای بسیار نازک بین دو لایهی شیشه قرار گرفتهاند که وظیفه آنها بازتاباندن پرتو فروسرخ خورشید و در نتیجه جلوگیری از گرم شدن زیاد داخل خودرو است.


۷) مبدلهای کاتالیستی


همانطور که میدانید اگر احتراق بهطور کامل و ایدهآل رخ دهد، خروجیهای حاصل از آن، آب، نیتروژن (N۲) و دیاکسیدکربن (CO۲) است و اگر احتراق در شرایط ایدهآل رخ ندهد، مثلاً برای احتراق هوای مناسب وجود نداشته و ... خروجیهای حاصل از احتراق، گازهای زیانآوری همچون مونواکسیدکربن (CO)، گروه گازهای (NOX) و هیدروکربنهای نسوخته (CH) است. وظیفه مبدل کاتالیستی که در مسیر گازهای خروجی از موتور قرار میگیرد، این است که گازهای فوق را به گازهای بیخطر تبدیل کند.
یکی از ویژگیهای نانوذرات استفاده شده در تولید مبدلهای کاتالیستی، عبارت است از: سطح تماس ذرات با کاهش اندازه آنها و افزایش تعدادشان (بهطوری که جرم کلی مجموعه ثابت بماند) افزایش مییابد. یک دسته از واکنشهای شیمیایی روی سطح کاتالیستها رخ میدهند و بنابراین سطح تماس بیشتر، کاتالیست فعالتری را موجب میشود. از اینرو بهکارگیری نانوذرات در مبدلهای کاتالیستی منجر به تولید مبدلهای موثرتر خواهد شد.
● کاربردهای دیگر نانوفناوری در خودروسازی


▪ بهکارگیری لایههای نازک بر روی بلبرینگها و قطعات تحت اصطحکاک به جای استفاده از روانکنندهها
▪ *****های الکتروستاتیک جدید
▪ کاتالیزورهای جدیدی که از مواد بسیار متخلخل و سطوح انتخابگر شیمیایی بهره میبرند.
▪ نانوذرات در افزودنیهای رنگها به‌کار رفته و اثرات رنگی جدید، سختی بیشتر، و دوام بالاتر را موجب میشوند.
▪ مواد نانوساختار
▪ مواد سبک
▪ افزایش استحکام و سختی
▪ افزایش طول عمر
▪ مواد ضدآتش و محافظتکننده دمایی
▪ مواد مهندسی شده
▪ حسگری و پایش
▪ مواد هوشمند
▪ افزایش شفافیت
▪ پنجرههایی با قابلیت کنترل میزان نور و گرمای خورشید
▪ پنجرههای تمیز
▪ محافظت در برابر آلودگی
▪ پلاستیک ضدنشت
▪ مواد فوقالعاده چسبناک
▪ رنگهای دارای کارکرد خاص
▪ خودتمیز شوندگی
▪ ضدخوردگی
● نتیجه گیری
نانوفناوری تاثیرات زیادی در بخشهای مختلف خودرو، از جمله: رنگ، شیشه، بدنه، لاستیک، پیل سوختی و بسیاری از دیگر موارد خواهد داشت.
کشور ما با داشتن منابع غنی معدنی و مخازن عظیم نفتی، باید انگیزه بیشتری برای دستیابی به این فناوری داشته باشد. تأثیرات فناوری نانو بر ارتقای کیفیت مواد بهکار رفته در قسمتهای مختلف خودرو و خصوصیات ویژهای که پیدا میکنند، مهمترین مقولهای است که باید به آن توجه کرد. تأثیر بسزایی که استفاده از این فناوری در محیط زیست میگذارد، قابل توجه است. مواد اولیه موردنیاز برای هر صنعت، نقش مهمی در کیفیت، قیمت و قابلیتهای محصول تولید شده آن صنعت دارد. اگر بتوان از موادی با کیفیت بهتر، قیمت کمتر و کارایی بیشتر در ساخت قطعات خودرو استفاده کرد، خودروهای آینده علاوه‌بر آلودگی کمتر، از قیمت مناسب و قابلیتهایی بیشتر برخوردار خواهند بود.
با توجه به هوشیاری روزافزون جهانی در بخش فناوری نانو و اقدامات صنایع مختلف از جمله صنعت خودروسازی در جهان، ما نیز باید درصدد باشیم که سهمی هر چند اندک از این بازار را در دست بگیریم. با مطالعه کارهای تجاری شرکتهای خودروسازی درمییابیم که شرکتهای بزرگ در این زمینه کارهای تجاری کوچکی را انجام دادهاند، گرچه در زمینهی تحقیقات فعالیت فراوانی کردهاند، اما در تولید تجاری مثلاً با استفاده از فناوری نانو دست به تولید رکاب برای یک خودرو زدهاند (شرکت جنرال موتورز) یا یک قاب آینه (شرکت فورد) که شاید از اهمیت خاصی برخوردار نیست، اما در حقیقت تلاش تجاری آنها به‌منظور در دست گرفتن بازار بوده است تا کارهای تحقیقاتی و آزمایشگاهیشان را با ارزیابیهای تجاری در آینده به‌صورت تولید انبوه درآورند.


 

+ نوشته شده در  سه شنبه هجدهم آبان 1389ساعت 17:28  توسط فائزه ربیعی پناه-مرسده شمس الدین   |