فوايد کاربردي فناوري هاي نانو در خودروها

فناوري هاي نانو بواسطه اثرات و فوايد خود تقريبا مي توانند در تمامي صنايع و تکنولوژي ها مورد استفاده قرار بگيرند. ظرفيت میان کارکرد این فناوری ها، نانوتکنولوژي را بصورت ويژه در مهندسي خودرو مهم کرده است. کاربردپذيري مواد نانو در محصولات و فرآيندهايي که تاکنون کشف و شناسايي شده اند يک دسترسي کاربردگرا را در زمینه نانو براي شرکت ها به ارمغان آورده است. اين نمود بیانگر لزوم ایجاد ارتباطی تنگاتنگ بین کارکرد موثر محصولات که منجر به برآورده ساختن درخواست مورد انتظار مشتري می شود و فناوری نانو در مهندسي خودرو می باشد.

کاربرد هاي مربوطه در زمينه مهندسي خودرو بشرح ذيل توضيح داده می شود :

کاربردهای  مکانيکي:

از خصوصيات مکانيکي و اساسي بهبود يافته از طريق تولید مواد جامد نانوساختار شده می توان به سختي بالاتر، افزايش استحکام گسیختگی، بهبود توانايي جذب انرژي در مقابل شکست(چقرمگي) در دماهاي پايين و يا قابليت ارتجايي بسيار بالا در دماهاي بالا اشاره کرد. کاهش اندازه دانه ها به ابعادي که مکانيزم هاي تغيير فرم نتوانند در خود دانه اتفاق بي افتند متضمن وقوع اين اثرات مي باشد. اين امر نتايج مفيدي از قبيل طولاني تر شدن عمر مفيد ابزارهاي توليد و افزایش تاثیر سيستم هاي رونکاري و امکان استفاده از مواد سبک بهينه شده را به همراه خواهد داشت.

اثرات هندسي:

واکنش هاي مهم بين گازي يا واکنش هاي مواد مايع و جامد در محدوده نانو اغلب در سطوح تماسي رخ مي دهد. فعل وانفعالات با اينچنين محيطي انتظارات فيزيکي و شيميايي ويژه اي را بروي سطح ذرات، منافذ، الیاف، محصولات واسط و محصولات نهایی ايجاد مي کند. در رابطه با کارکردهاي حفاظت قطعات اين انتظارات شامل مقاومت در برابر خوردگي، اکسيداسيون و سايش مکانيکي در دماهاي بالا مي شود. به دلیل ابعاد بسیار کوچک نانوساختارها، نسبت سطح به حجم در این مواد اهمیت بالایی می یابد. بنابراين سطح ويژه وسيع و خصوصيات سطحي مواد نانوساختار شده بر واکنش پذيري شيميايي تاثير خواهد گذاشت. بعنوان مثال در يک ماده با خلل و فرج و در مقياس نانو اثرات جديدي که مي توانند در ساخت نانوفيلتر ها مورد استفاده قرار گیرند تا حدي بصورت کامل آشکار می شوند.

کاربرد هاي الکترونيکي و مغناطيسي:

در محدوده نانو اثرات کوانتومي اي اتفاق مي افتد که اين اثرات در مقياس بزرگ تر قابل مشاهده نيستند. تحرک حامل های بار که تقریبا می توانند آزادانه در حجم مواد جامد حرکت کنند، توسط اجزای نانو شدیدا  تحت تاثیر قرار می گیرد. اين رفتار مي تواند در يک ماده با ابعاد درشت شامل نانوبلورهایی که توسط مرزدانه ها جدا شده اند نيز مشاهده شود. پراکندگي حامل های بار بر روي سطوح مرزي چندين خصوصيت الکتريکي را تحت تاثير قرار مي دهد. بنابراین در مقايسه با يک ماده شامل کريستال هايی با ابعاد ميکرومتر یک افزايش در مقاومت الکتريکي ویژه و تغيير در وابستگي دمايي مقاومت قابل رویت می باشد. دستکاري اندازه دانه در اين چنين ماده اي به ما اجازه تنظيم و تطبيق خصوصيات الکتريکي بر حسب نياز را خواهد داد. پارامغناطيسم و فرومغناطيسم از جمله خصوصيات مغناطيسي ماده جامد هستند. با کاسته شدن حوزه هاي مغناطيسي، خصوصيات مغناطيسي قابل مشاهده(بعنوان مثال مغناطيسيته اشباع و مغناطش پسماند) مي توانند تحت تاثير قرار بگيرند. اثر ابَرمغنامقاومتی یا ابَرمغناطیسی-مقاومتی یا جی.ام.آر در حسگر های میدان مغناطیسی و ابزار های ذخیره کننده مغناطیسی و یا در چسب های اصلاح شده توسط ذرات نانو که خاصیت چسبندگی آنها قابل تغییر است استفاده می شود.

کاربردهاي نوری:

از آنجايي که نانوذرات به میزان قابل ملاحظه اي کوچکتر از طول موج نور مرئي هستند از آنها بازتابي رخ نمي دهد. نانوذرات همچنين مي توانند باعث ایجاد اثرات تفرق در جايي که طول موج هاي کوتاه تر بيش از طول موج هاي بلندتر منحرف شده اند شوند که اين امر نيز باعث ایجاد اثرات رنگي مي شود. با همسان سازي اندازه نانوذرات، محدوده طول موج مناسب مي تواند قابل تنظیم باشد بويژه درجايي که ماده نور را جذب و يا ساطع مي کند. از اين ویژگی می توان برای انتشار شفاف در نانوذرات يا در سطوح کاربردي نوري بعنوان مثال براي سلول هاي خورشيدي و يا در زمينه آناليز نوري و انتقال اطلاعات همینطور در ساخت ليزرهايي که طول موج در آنها مي تواند برطبق اندازه نقاط تنظیم شود، استفاده کرد.

کاربرد هاي شيميايي:

کاربرد شيميايي اجزاي نانو بر اساس ساختار سطحي آنها بنا شده است. مواد نانوساختار شده سهم اعظمی از اتم هاي سطح را تحت اختيار دارند. اين اتم ها تمايلات واکنشي بالايي را بدليل پيوندهاي اشباع نشده خود دارند. کرنش شبکه بلوری منجر به افزایش مشخص انرژی سطحی می شود که اين مي تواند براي سطوحي با رفتار ترشدگيِ سفارشي، چيدمان گروه هاي کاربردي، واکنش پذيري شيميايي بالا و همينطور پايداري شيميايي در فرآیند های شيميايي مختلف مورد استفاده قرار گيرد. از این نتایج می توان برای سطوحی با رفتار ترشوندگی منحصر بفرد استفاده شود.

ارتقای ایمنی خودرو ها:

فناوری نانو می تواند در بخش های مختلفی که مربوط به ایمنی خودرو می شوند مورد کاربرد قرار گیرد. کاربردهایی از جمله استحکام بدنه، افزودن حسگر ها و کنترل کننده ها برای عملکرد مناسب خودرو در هنگام بروز حادثه، طراحی انواع لوازم کمکی برای افزایش دقت راننده و ایجاد محیطی راحت در خودروها. در بسیاری از خودرو ها تعبیه وسایلی مانند کیسه هوا یا انواع سرعت سنج ها برای رعایت موارد ایمنی الزامی است. امروزه در ساخت این وسایل نیز از فناوری بهره گرفته اند. انواع مختلفی از حسگرها و نمایشگرهای مبتنی بر فناوری نانو می توانند در این حوزه مورد استفاده قرار گیرند. استفاده از پوشش های نانو متری در خودرو و شیشه های جلو می تواند از بخارگرفتگی و بازتابش نور از آینه وسط و در شب جلوگیری کند. برای این کار از پوشش های آبدوست حاوی نانو ذرات TiO₂ که در پلیمر مناسب پخش شده اند استفاده می شود. با کاربرد این پوشش قطرات مایع بصورت لایه نازک درآمده و حالت بخارگرفتگی و کاهش دید ایجاد نمی کند. استفاده از سطوح ضدباکتری در داخل خودرو که عمدتا با نانو کامپوزیت های دارای نانوفیلر ها یا نانوپرکننده های نقره ساخته می شوند می توانند به بهداشت در خودرو ها بویژه وسائط نقلیه عمومی کمک کند.

کاهش آلاینده های زیست محیطی:

گازهای خروجی خودرو ها از مهم ترین انواع آلاینده ها در شهر ها به شمار می روند. روش هایی برای کاهش میزان این آلاینده ها وجود دارد. از جمله افزایش بازدهی موتور، استفاده از افزودنی های سوخت و استفاده از مبدل های کاتالیزُری. فناوری نانو در این زمینه نیز کمک های شایانی کرده است. بعنوان مثال یکی از عوامل عدم کاربرد کاتالیزرهای اگزُز قیمت بالای آنها می باشد در حالی که با استفاده از فناوری نانو می توان مبدل های کارامد تر با مصرف مواد اولیه بسیار کمتر و بازدهی بالاتر ساخت. در صورت استفاده از نانوکاتالیزر ها می توان حجم آلاینده ها را به مقدار چشمگیری کاهش داد.هرچند نباید تاثیر فناوری نانو را در ساخت خودرو های دورگه یا خودرو های با نیروی محرکه پیل سوختی نادیده گرفت اما تا فراگیر شدن استفاده از این خودرو ها راه زیادی باقی مانده است.

جدول زير خلاصه اي کوتاه از زمينه هاي کاربردی فناوري هاي کاربردپذير نانو در مهندسي خودرو را نمايش مي دهد. در آينده قادر خواهيم بود بر شمار زيادي از کاربردهايي که با تمامي شاخه هاي صنعت خودرو و مقاطعه کارهاي فرعي آن درگيراند تکيه کنيم.

نمایش زمينه هاي کاربردی فناوري هاي نانو / کاربردهاي درحال استفاده و کاربردهاي مقدور در آينده.

براساس يک مطالعه توسط دفتر برآورد اثر تکنولوژي در مجلس آلمان بهره گیری از فناوری های نانو در مهندسي خودرو براي بقاي رقابت بين المللي بین تولید کنندگان امری حياتي مي باشد. در قلمرو فناوري سطوح، بعنوان مثال استفاده از سطوح نانوساختار شده ميزان چسبندگي رنگ را بهبود بخشيده است. قابليت خودتمیزشوندگی شيشه ها و بدنه خودروها مشروط به اينکه چالش هاي تکنولوژيکي جاري بصورت موفقيت آميز رفع شوند بصورت استاندارد در خواهد آمد. استفاده از رنگ هاي خودترمیم شونده و پايدار در برابر خراشيدگي و نیز مقاوم در برابر لکه يا آلودگي از جمله کاربردهايي هستند که پيش از اين مرسوم بوده و يا در حال توسعه اند. علاوه بر رنگ، بهره گیری از پوشش هايی با ضخامت بسيار بسيار کم براي آينه ها و بازتاب دهنده ها و نيز سیستم های عایق از جمله کاربردهاي فناوري نانو در بدنه اتومبيل مي باشد. بخصوص راه حل های بیشماری در زمینه سیستم های عایق کاری و مراقبت پیش از این نیز در بازار در دسترس بوده اند. کاربردهاي معرفي شده در این بخش به تشریح وضعيت کنوني توسعه کاربردهاي فناوري نانو در بدنه خودرو  با ذکر مثال هاي منتخب می پردازند.

ترجمه: حمید رضا احمدی
منبع: Nanotechnologies in Automobiles , Innovation Potentials in Hesse for the Automotive Industry and its Subcontractors \ Hessen-Nanotech series of publications \ Volume 3 \ December 2008