دانلود تحقیق مواد هوشمند مواد حافظه دار

مواد هوشمند و مواد حافظه دار

چکیده

برای رفاه اقتصادی کشور از آنجایی که هزینه ایجاد زیرساختهای شهری بخش اصلی ثروت ملی را تشکیل می دهد ، توسعه مواد ساختمانی و سیستمهای با راندمان بالا ، کم هزینه و با دوام مهم است .

تحقیق و پژوهش درباره مواد هوشمند می تواند قسمتی از مسائل و مشکلات زیرساختهای شهری را حل نماید .

فناوریهای نوین هوا فضا ، پزشکی و مهندسی عمران و شهرسازی در آینده بطور قطع تاثیر زیادی از مواد هوشمند خواهند گرفت .

آلیاژهای حافظه دار یکی از این مواد هستند که با قابلیتهای بی نظیر خود، فصل جدیدی را در صنایع مختلف از جمله در مواد ساختمانی و تاسیسات شهری گشوده اند.

مقدمه

 عصر دانش؛ پیش به سوی انقلاب صنعتی دوم

نوتردیدی نیست که اصلی‌ترین عامل تعیین کننده پیشرفت وتوسعه جامعه در شرایط متحول کنونی جهان، مسأله چگونگی برخورداری از دانش، آموزش و پژوهش و وضعیت نیروی انسانی کارآمد است.

در تحولات شتابان امروز جهان، نقش مزیت بخشی همه عوامل طبیعی، اقتصادی و استراتژیک جای خود را به سرعت به میزان بهره‌مندی از علوم و فنون می‌دهد و در حال حاضر، برتری رقابتی یک کشور، بیش از آنکه به منابع طبیعی به ارث رسیده یا ظرفیت موجود صنعتی متکی باشد به " مزیت رقابتی تکنولوژیک " کشور وابسته است که تجلی آن را می‌توان در عرضه محصولاتی‌نو، با کیفیت، دوام و با قیمتی ارزان مشاهده نمود.

این تأثیر البته حالت تعاملی و متقابل دارد بدین صورت که با توسعه بیشتر جامعه یعنی با افزایش میزان آگاهی، خردمندی و توسعه انسانی و بیشتر شدن اعتماد متقابل، بسط عدالت اقتصادی، اجتماعی و تسهیل تطابق انسان با محیط و به طور اخص رفع نیازهای زندگی، رفع موانع اداری و مالی، رفع محدودیت بودجه وگرفتاریهای آموزشی، رفع تنگناهای فیزیکی، بسط آزادی ومشارکت همگانی، زمینه برای گسترش مؤسسات آموزشی و پژوهشی، افزایش تعداد محققان و بهبود کمی‌ و کیفی تولیدات علمی ‌نیز بیشتر فراهم می‌شود.

این امر در بعد نظری انسانها را آگاهتر و در بعد عملی آنها را در تعیین سرنوشت خویش تواناتر می‌سازد و این خود به توسعه اجتماعی- انسانی بیشتر کمک می‌کند.

اصولاً نظامهای معاصر تولید به فرآیند نوآوری تکنولوژیک، که به علت رقابت و تقسیم شدن بازارهای جهانی تسریع شده، وابسته است.

از اینرو خصیصه اصلی سرمایه گذاریهای ‌نوین، دیگرتقسیم تکنیکی نیروی کار یا تولید انبوه نیست بلکه فرآیند مداوم " نوآوری تکنولوژیک " است که از روشهای" تولید انعطاف پذیر" بدست می‌آید و تقاضا برای آن پیشرفت علم را باعث می‌شود.

لذا توسعه آتی به پیشرفت علم وابسته است و می‌توان به صراحت گفت که علم و تکنولوژی گرچه نمی‌توانند همه مشکلات را حل کنند اما نقش مؤثری در توسعه آینده کشورها ایفا می‌کنند که می‌تواند مورد توجه کشورهای درحال توسعه قرار گیرد.

برای بهره‌برداری از علم و تکنولوژی و هدایت تحولات تولیدی، اتخاذ استراتژیهای چندبعدی بلندمدت ضرورت دارد که بایستی بر تمامی جنبه¬های موجود در روند اختراعات، از آموزش عمومی پایه ای گرفته تا تجربه‌های‌ علمی ‌دانشمندان، مهندسان، ومدیران متمرکز گردد.

البته باید به این مطلب توجه داشت که هر چند نقش اساسی علم و تکنولوژی در توسعه اقتصادی است و به کمک آن می‌توان خطرات ناشی از مصرف شدید منابع، رشد جمعیت، کمبود انرژی و تخریب محیط زیست را بر طرف نمود، تا جائیکه گفته اند «محیط فعالیت بشر محدود است اما این محدودیت تابعی از تکنولوژی است»، لیکن سهم علم و تکنولوژی در توسعه و بهبود زندگی افراد به همین بخش محدود نمی‌گردد و در هر یک از ابعاد ذیل که نیازهای فردی یک جامعه توسعه یافته هستند می‌تواند دخیل باشد یعنی:

- سلامت و صحت فردی و محیطی

- رفاه اجتماعی بر مبنای همامنگی اجتماعی و عدالت

- حقوق سیاسی نظیر آزادی، احترام و موقعیت فردی

- حرمت داشتن ارزشها و باورهای فرهنگی

با در نظر گرفتن این مباحث، طبعاً کشور ما نیز نمی‌تواند از آنچه که امروزه انقلاب جهانی تکنولوژی نامیده می‌شود دور بماند.

روند فوق‌العاده سریع تحولات در عرصه فناوریهای نوین به ویژه بیوتکنولوژی، نانوتکنولوژی، فناوری اطلاعات و انقلاب در مواد نو و ساخت و تولید آنها قطعاً آینده‌ ما را نیز تحت تأثیر قرار خواهد داد و بر همه ارکان کشور و نظام واجب است که هر چه سریعتر تدابیر ویژه و فوق‌العاده‌ای برای هماهنگی با این موج عظیم بیندیشند.

پدیده‌هایی نظیر اصلاح ژنتیک، مشابه‌سازی انسان و دستکاری ژنهای آن، مواد هوشمند، ساخت و تولید چالاک و مولکولی، میکروسیستم‌های یکپارچه، کامپیوترهای در مقیاس نانومتر و غیره را اگر امروز درک نکنیم فردا قطعاً دیر خواهد بود.

همچنین کلان روندهای امروز جهان تکنولوژی که علاوه بر روند سریع تحولات آن به موضوعاتی نظیر تشدید ماهیت چند رشته‌ای تکنولوژی و رقابت بر سر راهبری آن و نیز استمرار جهانگرایی و مسائل امنیتی و دفاعی ناشی از آن می‌پردازند بایستی مورد توجه قرار گیرد.

ظهور نتایج این تحولات، مسائلی را نیز به دنبال خواهد داشت.

همچنان که درک توده مردم از تأثیرات بالقوه این روندها بر فرهنگ و زندگی افزایش می‌یابد، بایسته است که تصمیم‌هایی در مورد مسائل گوناگون اخلاقی، اقتصادی، قانونی، محیطی، ایمنی و دیگر دغدغه‌های اجتماعی اتخاذ شود.

احتمالاً مهمترین این مسائل عبارتند از: حریم خصوصی اشخاص، شکاف اقتصادی، تهدیدها و واکنشهای فرهنگی، اخلاقیات بیولوژیک به ویژه مسائلی همچون "به نژادی"، مشابه‌سازی انسان و اصلاح ژنتیک که شدیدترین واکنش‌های اخلاقی و معنوی را به همراه خواهند داشت.

ماهیت این مسایل بسیار پیچیده است، زیرا از یک سو بر مسیر پیشرفت تکنولوژی و از سوی دیگر مستقیم و غیرمستقیم، بر یکدیگر تأثیر می‌گذارند.

شهروندان و سیاستگذاران نیازمند آنند که درباره تکنولوژی، اطلاعات کاملی کسب کنند تا با تشخیص و تحلیل این تعامل‌های پیچیده بتوانند مناقشاتی را که پیرامون تکنولوژی وجود دارد به درستی بفهمند.

چنین تلاش‌هایی، مانع از اخذ تصمیم‌های ساده‌انگارانه می‌شوند؛ منافع تکنولوژی را با ملاحظه ارزش‌های فردی بیشینه می‌سازند، و نقاط عطفی را در فرآیند تصمیم‌گیری مشخص می‌کنند که در آنها تصمیم‌ها می‌توانند نتایج مطلوبی به بار آورند بدون آنکه مسائل نادیده و تحلیل نشده بتوانند این تصمیم‌ها را خدشه‌دار کنند. 

شهروندان و سیاستگذاران نیازمند آنند که درباره تکنولوژی، اطلاعات کاملی کسب کنند تا با تشخیص و تحلیل این تعامل‌های پیچیده بتوانند منـاقشـاتـی را که پیرامون تکنولوژی وجود دارد به درستـی بفهمند.

چنین تلاش‌هایی، مانع از اخذ تصمیم‌هـای ساده‌انگارانــه می‌شوند؛ منافــع تکنولوژی را با ملاحظه ارزش‌های فــردی بیشینه می‌سازند، و نقاط عطفــی را در فرآیند تصمیم‌گیری مشخص می‌کنند که در آنها تصمیم‌ها می‌توانند نتایج مطلوبــی به بار آورند بدون آنکه مسائل نادیده و تحلیل نشده بتوانند این تصمیم‌ها را خدشـه‌دار کنند.

بشارت‌های امیدبخش تکنولوژی در همین جا است و در آینده بیشتر نیز خواهد بود و سراسر جهان را با تأثیرات گستـرده خود در خواهد نوردید.

با این همه، تأثیرات انقلاب تکنولوژی در گوشه و کنار جهان یکسان نخواهد بود و بسته به آمادگی و پذیرش ملت‌ها و میزان سرمایه‌گذاریها و تصمیم‌هایی که اتخاذ می‌شود شکل‌های متفاوتی پیدا خواهد کرد.

خوب یا بد، راه بازگشتی وجود ندارد، زیرا پاره‌ای از جوامع در مسیر این انقلاب قرار گرفته‌اند و برای بهره‌برداری حداکثر از نتایج و منافع آن آماده شده‌اند.

روند جهانگرایـی نیز محیط زندگی همه جوامع را تغییر خواهد داد.

نقش‌آفرینــی این پیشرفت‌ها در صحنــه جهانـی، سیمای جهان را به کلی متحول خواهد کرد و بایستی ایران ما نیز در متن این تحول قرار گیرد.

که یکی از جدیدترین علوم موادهوشمند می باشد.

مواد هوشمند، مو ادی هستند که با توجه به محرک های محیط پاسخ می دهند به همین دلیل به این مواد "مواد واکنشی" نیز می گویند.

در این مواد تغییرات خواص،ساختار و موقعیت اتم ها رخ می دهد.

مواد هوشمند توانایی فکر کردن دارند و IQ این مواد توسط روش هایی قابل تعیین است.

این مواد به صورت زیر دسته بندی می شود: ١- موادی که در شرایط خاص تغییر رنگ می دهند، مانند: مواد فتو کرومیک مواد ترموکرومیک ٢- موادی که در شرایط خاص از خود نور متصاعد می کنند، مانند: مواد الکترو لامینسنت مواد فلوروسنت مواد فسفوروسنت ٣- موادی که در شرایط خاص از خود حرکت نشان می دهند، مانند: پلیمر های رسانا دی الکتریک های الاستومر مواد پیزو الکتریک ژل های پلیمری آلیاژهای حافظه دار ٤- موادی که در شرایط خاص تغییر دما می دهند، مانند: مواد ترموالکتریک مواد هوشمند کاربردهای زیادی دارند که در زیر به بخشی از آن ها اشاره می شود: موادغذایی مدرن یا هوشمند مواد غذایی طبیعی زیادی هوشمندند و در گرما و نور دارای تغییرات رورسیبلی هستند چنین مشخصات کاری تقریبا همیشه در غذاها به کار گرفته می شود مثل موادی که وقتی گرم می شوند ضخامت آن ها افزایش می یابد، اما وقتی سرد می شوند به شکل اول بر می گردند (پیترا و دسر) از انواع موادغذایی مدرن آنتی اکسید، آنزیم تعدیل کننده، Tvp، Quorn، Tofu است.

پارچه های مدرن یا هوشمند این پارچه ها در لباس های ورزشی و امنیتی کاربرد زیادی دارد.

لباس هایی که به صورت میکرو کپسول در می آید از این نوعند.

پارچه های هوشمند همچنین کاربرد زیادی در پزشکی دارند الیاف کنترل آلرژی برای افرادی که آلرژی دارند و الیاف ضد باکتری و ضد میکروب در جوراب ها و حوله ها از این نوعند.

مواد هوشمند در سیستم های کنترل مثالی از این مواد هوشمند و مدرن پلیمر های رسانا، کریستال های مایع، Colour_Changing و ژل های کنترل حرکت است.

ژل های کنترل حرکت مثل گریس هوشمند حرکت اجزا را کنترل می کند که در لوله های میکروسکوپهای روبشی، مقاومت های متغییر و فنر بازگشتی سی دی درایورها کاربرد دارند.

از انواع مواد هوشمند SMA ها(سیم های هوشمند، فنر های هوشمند)، تکنولوژی کریستال مایع(فیلم ترمودینامیکی)، ژل های کنترل حرکت(گریس هوشمند) است.

پوششهای هوشمند پیشرفت های اخیر در زمینه مهندسی سطح با استفاده از پوشش های هوشمند و تکنولوژی های پوشش دهی کنترل بهتر اصطکاک و سایش را در تماس های سطحی ارائه می دهد.

در برخی از پوشش ها به علت جذب سولفورها و فسفرها باعث کاهش ویسکوزیته شده و خواص روانروی بهتری را در سیال موجب می شوند.

جدید ترین تکنولوژی های در دست انجام منجر به تولید نانوکامپوزیت ها و نانوپوشش های ابرساختار شده است که به افزایش عمر قطعه پوشش داده شده و کاربردهای دیگر تولید خواهد پرداخت.

گاهی این پوشش ها طوری طراحی می شوند که با موادی که به عنوان مثال در لوله های نفت حرکت می کنند واکنش داده و یک لایه مرزی بسیار سخت و متراکم را تشکیل می دهند که هم باعث عدم خوردگی می شود و هم جلوگیری از اصطکاک می کند.

گاهی پوشش هایی که خاصیت روغنکاری در حالت جامد دارند باعث بهبود خواص سطحی می شوند که باعث لغزش آسان روی سطوح پوشش داده می گردند.

در سال های اخیر گونه ای از پوشش های نانوساختار که از فازهای فلزی و سرامیکی تشکیل شده اند، تولید گشته اند.

این پوشش ها معمولاًٌ با روش PVD یا MBE تولید می شوند.

این پوشش ها به علت نانوساختار بودنشان و هموژنیته یکسان آن در طول پوشش به طور قابل توجهی چندکاره می باشند.

این پوشش ها علاوه بر سختی بالا، ضریب اصطکاک پایین را دارا بوده و خواص هدایت الکتریکی یا حرارتی بالایی دارند.

سختی آنها در حد 40 تا 60 گیگاپاسکال و ضریب اصطکاک آنها 4/0 – 3/0 در مقایسه با سطح فولاد می باشد.

برایان بورن و کنث گراهام کوان از شرکت MCDONNELL BOEHNEN HULBERT & BERGHOFF LLP با ترکیب 90% وزنی پودر تنگستن و 10% وزنی پودر بایندر (Binder) که بصورت هرمی شکل داده شده است ، موفق به تولید گلوله هایی((Jet perforator شده اند که برای مشبک سازی لوله های جداری مناسب هستند .

این مواد ساختار کریستالی دارند که اندازه دانه هایشان بین 25 نانو متر تا 1 میکرون است.

ساخت «غبار هوشمند» برای شناسایی عوامل شیمیایی و بیولوژیکی خطرناک  محققان آمریکایی می گویند تولید کریستالهای بسیار ریز «سیلیکون», اولین گام برای خلق «غبار هوشمند» است که عوامل بیولوژیکی یا شیمیایی و یا میکروبهای بیماریزا را شناسایی می کند.به گزارش خبرگزاری رویترز از واشنگتن , یک گروه از محققان دانشگاه کالیفرنیا, سن دیه گو, «دانه های شن هوشمند» خلق کرده اند که می تواند خود را منظم و صف آرایی کند.« میشل سیلر» استاد بخش شیمی و بیوشیمی دانشگاه کالیفرنیا که سرپرستی این گروه تحقیقاتی را برعهده داشته است , می گوید : این یک پیشرفت اساسی است که امکان ساخت روباتهایی به اندازه دانه شن را امکان پذیر می سازد.وی در بیانیه ای اعلام کرد : ایده ما ساخت دستگاههای بسیار ریز مینیاتوری است که بتواند براحتی در یک محیط کوچک همچون یک رگ یا یک شریان به سمت اهداف مشخص حرکت کند , و سپس مواد شیمیایی یا ترکیبات شیمیایی را شناسایی کرده و این اطلاعات را به دنیای خارج گزارش کند.

به گفته سیلر , چنین دستگاههایی برای کنترل خالص بودن آب آشامیدنی یا آب دریا , به منظور شناسایی مواد شیمیایی یا عوامل بیولوژیکی خطرناک در جو یا حتی شناسایی و از بین بردن سلولهای توموردربدن مورد استفاده قرار می گیرد.

سیلر و همکارانش در نشریه «آکادمی ملی علوم» اعلام کردند دانه های بسیار ریز غبار هوشمند از دو آئینه رنگی , یک طرف به رنگ سبز ودیگری قرمز تشکیل شده است .

یک طرف برای یافتن و چسبیدن به آب و دیگری روغن طراحی شده است .

هنگامی که این دانه ها به صورت منظم در یک ردیف قرار گیرند , آئینه ها هم به رنگ قرمز و هم سبز می درخشند.این محققان ابتدا از مواد شیمیایی برای گرآور کردن یک طرف تراشه سیلیکونی استفاد کردند و آن را آئینه مانند و به رنگ سبز درآوردند.

محققان با متصل کردن یک ماده شیمیایی دفع کننده آب آن را دافع آب ساختند.

سپس طرف دیگر تراشه را برای خلق یک آینه قرمز رنگ گراور کردند , بعد آن را در معرض هوا قرار دادند تا نسبت به آب جاذب گردد.

ین دانشمندان بااستفاده از ارتعاشات این تراشه را به قطعات بسیار ریز تقسیم کردند , هر قطعه به اندازه قطر یک تار موی انسان بود.به این ترتیب هر قطعه در واقع به یک سنسور بسیار ریز با یک سطح قرمز رنگ جاذب آب و سطح سبزرنگ جاذب روغن تبدیل شد.

مشاهده هریک از قطعات به علت ریز بودن ممکن نیست , اما هنگامی که گردآوری می شوند , براحتی قابل مشاهده است .سیلر گفت : با متصل ساختن ذرات بسیار ریز تراشه به « عناصر تشخیصی مناسب » می توان به یک ابزار جدید برای تشخیص زیستی یا کاربردهای پزشکی دست یافت .

طراحی لباسهای جدید دارای بافته های هوشمند با به کار گیری نانو تکنولوژی آیا تا به حال در مورد پیراهنی شنیده اید که پارامترهای بدن شما رااندازه گیری کرده و آنها را از طریق یک سیستم ارتباطی بی سیم به یک کامپیوتر می فرستد؟

آیا ورزشکاران مطرحی را دیده اید که به دلیل بافته های (پارچه های)هوشمندی که می پوشند ،عملکرد بهتری از خود نشان می دهند؟

این شگفتی نانو تکنولوژی است!

فناوری عصرجدید که عملکرد ها را بهینه کرده و راه حل های هوشمندانه ای برای آینده فراهم می کند .نانو تکنولوژی ،همان گونه که در مورد پارچه های هوشمند می بینیم، به مفهوم تغییر اندازه و مشخصات مو لکول ها برای ایجاد کارایی بهتر است .زمانی که یک لیوان آبمیوه برروی شلوار شما می ریزد ،پارچه شلوار ،که با فناوری نانو ساخته شده است،قطرات آبمیوه را از خود دفع می کند .

پارچه ساخته شده توسط شرکتی از مولکول های با مهندسی نانو تکنولوژی پوشیده شده است.

این مولکول ها به هم و به پارچه متصل شده و یک مانع نانویی در مقابل لکه های آبمیوه ایجاد می نماید.

شرکت فوق که در امرویل کالیفرنیا واقع شده است ،یکی دیگر از پیشگامان این زمینه است که به دلیل نجات صنایع از طریق تبدیل بافت های آن به بافت های با تکنولوژی بالاشناخته شده است .محصولات شرکت در سوپر مارکت ها و فروشگاه های زنجیره ای موجود است وممکن است به زودی در لباس های سر بازان و افسران پلیس نیز به کار گرفته شود.

تا به حال بیست تا از بزرگترین شرکت های پارچه در دنیا اجازه استفاده از فناوری فوق را به دست آورده اند.این فناوری جدید به تدریج در زندگی روزمره وارد می شود و شما ممکن است به زودی یکی از محصولات آن را بپوشید ،هر چند که این قضیه هنوز برای چشم های معمولی غیر قابل دیدن است.

این شرکت با کار کردن بر روی لباس های افراد نظامی ،پزشکان و کارکنان در مواقع اضطراری ،لباسی به نام "پیراهن هوشمند"طراحی کرده است که دارای سیم های بسیار ریز میکروسکوپی درون بافت پارچه می باشد.

مسائل حیاتی همانند ضربان قلب ،تنفس،دمای بدن ،سوخت و ساز ،چربی بدن و میزان تابش خارجی را می توان از طریق خود این پیراهن به پزشکان منتقل کرد.

فناوری فوق الذکر را می توان بدون اثر گذاشتن بر ظاهر و احساس یکپارچگی پارچه ،در هر پارچه ای(کتان ،پشم ،ابریشم،لیکرا (پارچه کشی ساخته شده از پلی اورتان)و غیره)وارد کرد.

"پیراهن هوشمند" تمام پیشرفت ها را در زمینه مهندسی بافت ،ابزارهای محاسباتی پوشیدنی وسیستم های بی سیم انتقال اطلاعات را جمع بندی کرده و امکان جمع آوری ،انتقال و تجزیه سلامتی فردی و داده های مر بوط به نحوه زندگی را فراهم می آورد .

رابرت کالیک مدیر اجرایی این شرکت می گوید:" ما هنوز انقلاب نانو را شروع نکرده ایم .عدم استفاده از اتصالات بی سیم ،در به کار بردن بافت های هوشمند جهت جمع آوری و انتشارات اطلاعات از طریق ارتباطات بی سیم ،در آینده در سطح جامعه فراگیر خواهد شد".

دان تایس مدیر اجرایی آنجا می گوید :"ظاهرا ما در حال حل کردن مشکلات معمولی اما واقعا بزرگ نظیر مقاومت در برابر مایعات ،چین ،چروک،تعریق و بوی لباس هستیم".

‏ چه عاملی یک ماده مرکب از ذرات نانو (نانو کامپوزیت) را هوشمند می سازد؟

لباسی را تصور کنید که حضور سلاح های شیمیایی را تشخیص دهد, منافذش را به طور خودکار ببندد و سپس خود را تمیز و ضدعفونی کند.

به گزارش سایت مدیکال نیوز ، وزارت دفاع امریکا هزینه تحقیقات در زمینه مواد الیافی را فراهم کرده است که همه این کارها را انجام می دهند و محکم تر ، با دوام تر و سبک تر از یونیفرم های موجود هستند.در حال حاضر دانشمندان در می یابند چگونه طبیعت مولکول ها را برای حضور به خواص ویژه گردهم می آورد.مواد طبیعی خاصی هستند که از طریق محرک های خارجی مانند دما یا قرار گرفتن در محیط اسیدی یا قلیایی پاسخ های هوشمند ارائه می دهند.

پوست مثال خوبی برای موادی است که براساس محرک های خارجی پاسخ های هوشمند می دهند.

منافذ آن بر مبنای دما و رطوبت باز و بسته می شوند و بنابراین به تنظیم دمای داخلی بدن کمک می کنند.

دانشمندان می خواهند بدانند چگونه طبیعت این مولکول ها را برای این گونه واکنش ها و سپس ایجاد فرآیند به طور سنتتیک ، طراحی کرده است.

لذا تحقیق آنها بر مواد پلیمری هوشمند / واکنشی ، کلوئیدهای هوشمند ، لایه های پلیمری با ضخامت کم و دارای ساختار نانو ، تشکیل ریز ذرات و سیم های نانو ، فرآیند چسبندگی ، مرطوب سازی ، قوانین جذب ، وسایل تک مولکولی و روش های ترکیبی در علم مواد ، متمرکز است.

یکی از این پروژه های تحقیقاتی مربوط به الیافی است که به طور خودکار تمیز می شوند.

این مواد از هر الیافی ساخته شوند از یک پوشش ضدآب ، ضد چروک و سازگار با محیط که از جنس نانو پارتیکل های نقره ایجاد شده ، استفاده می کنند.

کاربرد وسیع آنها شامل پوشاک و البسه بیمارستانی و نظامی ، ورزشی و سایبان ها می شود.

تایر های هوشمند در سال‌های اخیر، دکتر جلیلی، استادیار مهندسی مکانیک دانشگاه کلمسون، به همراه تیم تحقیقاتی خود در زمینه تایر‌های هوشمند فعالیت کرده است.

در این تایرها، حسگر‌های الکترونیک بسیار هوشمندی قرار داده می‌شود، که ممکن است روزی منجر به تشخیص تغییرات شرایط جاده و ایجاد پاسخ‌های متناسب با این تغییرات شوند.

هم اکنون ایشان از سرمایه گذاری 3 میلیون دلاری طی پنج سال آینده در مرکز بین المللی تحقیقات خودرو در دانشگاه کلمسون خبر داده است، تیم تحقیقاتی دکتر جلیلی به دنبال فرصت‌های موجود در تایر‌های هوشمند است.

دکتر نادرجلیلی لیسانس و فوق لیسانس مهندسی مکانیک را در دانشگاه شریف به پایان رساند.

و دوره دکتری را در دانشگاه کانکتیکات سپری کرده است.

هدف آن ها از ساخت تایر های هوشمند، ساخت حسگر‌ها و فعال‌کننده‌های بهتر با استفاده از نانومواد برای به کارگیری در تایر و بدنه خودروهاست.

تایرهای هوشمند چگونه کار می کنند؟

تایر‌های هوشمند دارای حسگر‌ها و فعال‌کننده‌های مبتنی بر مواد پیزوالکتریک هستند که می‌توانند به صورت کلاف درون لاستیک تایر قرار داده‌شوند.

حسگرها، هر اتفاقی برای تایر (اعم از نقایص یا کاهش فشار) را حس کرده و اطلاعات لازم را به واحد کنترل موتور اتومبیل ارسال می‌کنند.

سپس فعال کننده‌ها، مواد پیزوالکتریک را فعال کرده و تغییراتی را در تایر به وجود می‌آورند تا مشکل رفع شود.

راننده سیگنالی را مبنی بر تنظیم شرایط تایر‌ها دریافت می‌کند.

این اطلاعات در مرحله تحقیقات است ولی ما انتظار داریم که در آینده، این سیگنال بتواند نوع مشکل را نیز نشان دهد.

این اطلاعات درمبنای کار، از کشف خواص پیزوالکتریک در نانولوله‌ها (اوایل 2000) بوده و ما نشان دادیم که می‌توانیم از این خواص در ساخت حسگر‌ها و فعال کننده‌ها ماکروسکوپی استفاده کنیم.

این حسگر‌ها و فعال‌کننده‌ها قابلیت استفاده در روبات‌های نانومتری آینده و به طور خاص در پمپ‌ها و موتور‌های نانومتری نسل آینده را دارند.کاربرد‌های علمی دیگری همچون کنترل لرزش، مصارف زیست پزشکی و تولید نیرو نیز از جمله موارد کاربرد این فناوری هستند.

تاریخچه : اولین گزارشات درباره اثر حافظه داری مواد در سال 1930 مطرح شد .

در سال 1932 مشاهدات ثبت شده در باره پدیده حافظه داری شکلی توسط دو دانشمند انجام گرفت .

آن ها وارون پذیری حافظه شکلی را در آلیاژ طلا _کادمیوم از طریق مطالعات فلز شناسی و تغییرات مقاومت آلیاژ بررسی کردند .

در سال1956 مطلبی درباره اثر حافظه داری آلیاژ مس روی منتشر شد .

در سال 1962 پدیده اثر حافظه داری شکلی در آلیازی از تیتانیوم _نیکل که که دارای اتم های برابر بودند مورد بررسی قرار گرفت و در این هنگام تحقیق در باره متالورژی و کاربرد های عملی اولیه آن به طور جدی آغاز شد .

از جمله کاربرد های مطرح شده ساخت کوپلینگ برای اتصال لوله های هیدرو لیکی است که در صنایع هوایی و نیروی دریایی ایالت متحده و همچنین در حوزه های نفتی دریای شمال مورد استفاده قرار گرفت .

آلیاژ های حافظه دار جزء جدیدترین مواد مهندسی به شمار می روند که استفاده از تمام ظرفیت آن ها نیازمند مطالعات بیشتر است .

از جمله آلیاژ های حافظه دار می توان به آلیاژ های مس _ آلومینیوم _نیکل ومس _ روی _ آلومینیوم و آهن _ منگنز _سیلیسیوم و آلیاژ های نیکل _ تیتانیوم اشاره کرد .

جدول 1: انواع آلیاژهای حافظه دار مقدمه : یکی از خواص جالبی که در بعضی از آلیاژ ها پدیدار می شود اثر حافظه داری شکلی است .

آلیاژ های حافظه دار دارای رفتار ویژه ای هستند بدین صورت که بعد از اینکه تغییر شکل معینی به آن ها داده شد تحت تاثیر فرایند ترمومکانیکی خاصی به شکل اصلی خود باز می گردند.

این اثر بر اساس استحاله فازی برگشت پذیر از فاز اولیه (آلفا) به فاز مارتنزیت (بتا) در دماهای مختلف است .

بنابراین فقط آلیاژ هایی که از خود استحاله مارتنزیتی نشان می دهند می توانند اثر حافظه داری داشته باشند .

پس مواد حافظه دار به گروهی از مواد که قابلیت برگشت به شکل تعریف شده قبلی و یا سایز اولیه خود را هنگامی که تحت سیکل حرارتی مناسب قرار می گیرند اطلاق می شود در پدیده حافظه داری نمونه در حالت کاملا مارتنزیتی به مقدار معین تغییر فرم داده می شود سپس با گرم کردن نمونه و برگشت آن به حالت آستنیتی شکل نمونه نیز به حالت اولیه خود بر می گردد.

بررسی بر روی تغییر حالت متالورژیکی نشان می دهد که تغییر آرایش اتم ها بدون هیچ گونه تغییری در ترکیب شیمیایی فاز زمینه صورت گرفته است .

این تغییر آرایش منجر به ایجاد ساختار کریستالی جدید و پایدار می شود .

پیشرفت تغییر حالت بدون نیاز به حرکت و جابجایی اتم ها به صورت مجزا است و آن را می توان مستقل از زمان دانست و به همین دلیل میتوان وابستگی دما را به عنوان تنها عامل پیشرفت این تغییر نشان داد .

تغییر حالت مارتنزیتی و پدیده حافظه دار شدن : تغییر حالت متالورژیکی جامدات از دو طریقه زیر امکانپذیر است : 1_حرکت و جابجایی اتم ها وابسته به درجه حرارت و زمان است با ایجاد تغییر در ترکیب شیمیایی فاز جدید نسبت به زمینه قبلی 2_ تغییر آرایش اتمی به صورت هما هنگ وابسته به دما و بدون وابستگی به زمان و بدون هیچ گونه تغییر در ترکیب شیمیایی فاز جدید نسبت به فاز قبلی تغییر حالت مارتنزیتی به طریقه دوم مربوط است و دارای مشخصات زیر است : 1_ تغییر مکان به صورت شبه برشی است و در آن اتم ها به صورت هماهنگ و گروهی جابجا می شوند .

2_ دیفوزیون اتمی در آن اتفاق نمی افتد.

رفتار حافظه دار بودن فقط به مشخصه اول مرتبط بوده و نظم اتم های آلیاژ نباید به هم بخورد .

کریستالوگرافی مارتنزیتی: اساسی ترین اثر حافظه داری مواد این است که آلیاژ خواصی را ارائه می دهد که باعث تغییراتی در ساختار کریستالی آن ها می شود .

ساختار آستنیت به صورت مکعبی است و اتم ها با جابجایی جزئی و هماهنگ باعث ایجاد ساختاری جهت دار به صورت متوازی الاضلاع می شود .

در ساختار مارتنزیتی شده نوار های موربی وجود دارند که در حین اعمال تنش با هم هماهنگ می شوند و یکدیگر را حذف می کنند و یک نوار واحد در کل واحد شبکه قرار می گیرد بعد از حرارت دادن کریستال مارتنزیت تبدیل به آستنیت می شود و کرنش هایی که در حجم ایجاد شده بودند دوباره برگشت داده می شوند و نمونه شکل اولیه خود را باز می یابد .

شکل 2 شکل 1 رفتار ترمومکانیکی: آلیاژ های حافظه دار در درجه حرارت های مختلف دارای خصوصیات مکانیکی بسیاری هستند .

شکل زیر منحنی ساده تنش کرنش را برای آلیاژ نیکل _ تیتانیوم نشان می دهد که نمونه در دما های پایین و متوسط و بالای دمای استحاله مورد آزمایش قرار گرفته است .

نمودار1 مارتنزیت با تنش های نسبتا کم به راحتی و در حدود چند درصد کرنش پیدا می کند .

در حالی که آستنیت در درجه حرارت های بالا نیاز به تنش نسبتا زیادی برای تغیییر شکل دارد .

در مورد مارتنزیت به محض برداشتن تنش و گرم کردن نمونه شکل اولیه خود را باز می یابد ولی در آستنیت با برداشتن تنش و گرم کردن نمونه امکان برگشت پذیری وجود ندارد .

خاصیت ارتجاعی کاذب : در دماهای متوسط پس از حرارت دادن به نمونه به نمونه در فاز مارتنزیت تنش وارد می شود .

با افزایش مقدار تنش تغییر شکل نیز به صورت یکنواخت زیاد می شود .

در این هنگام رفتار تنش و تغییر شکل پایداری مشاهده می شود .

با کاهش تنش مارتنزیت به آستنیت تبدیل می شود .

برگشت پذیری به خاطر تغییر حرارت نمونه نیست و دلیل آن کاهش فشار است .این پدیده را که باعث می شود نمونه خاصیت کشسانی نامحدود پیدا کند را خاصیت ارتجاعی کاذب گویند .

اثر حافظه داری یک طرفه : در صورتی که اثر حافظه داری فقط بعد از تغییر شکل در حالت مارتنزیتی و سپس در سیکل گرم کردن مشاهده می شود و به آن اثر حافظه داری یک طرفه گویند .

یعنی در این حالت تغییر شکل ایجاد شده فقط با گرم کردن به حالت اولیه باز می گردد و چنانچه جسم را دوباره سرد کنیم تغییری در شکل آن حاصل نمی شود .

اثر حافظه داری دو طرفه : برگشت پذیری آلیاژ را به حالت اولیه خود را در اثر سرد و گرم کردن آلیاژ در بازه معینی از دما را اثر حافظه داری دو طرفه گویند .

برای اینکه آلیاژ حافظه دار اثر حافظه داری دو طرفه از خود نشان دهد نیاز به انجام عملیات ترمومکانیکی خاصی است .

باید توجه کرد که در آلیاژ ها با اثر حافظه داری دو طرفه تغییر شکل آلیاژ فقط با تغییر متناوبی دما و بدون اعمال تنش های خارجی صورت می گیرد .

حداکثر تغییر شکلی که در آلیاژ های دو طرفه رخ می دهد در مقایسه با اثر حافظه داری یک طرفه همیشه کمتراست ساخت آلیاژ های حافظه دار : ساخت آلیاژهای حافظه دار به دو طریق صورت می گیرد : 1_ به طریقه ذوب و ریخته گری با استفاده از کوره های القایی و کوره های مقاومتی که در تناژ های بالا و تجارتی مورد استفاده قرار می گیرد.

2_ ساخت آلیاژ به طریقه متالورژی پودر کاربرد مواد حافظه دار: 1_ استفاده در آنتن ها : که آلیاژ قابلیت تحمل تنش های اعمالی از طریق جو را با تغییر شکل خود نشان می دهد .

2_ استفاده در فرم عینک : که تغییر شکل احتمالی ایجاد شده در فرم از طریق گرفتن حرارت از بدن به حالت تولیه خود بر می گردد .

3_فیلترلخته گیر خون : نصب فیلتر در داخل بدن اشخاص با به کار گیریی از تأثیرات آلیاژهای حافظه دار امکان پذیر است برای این منظور فیلتر رابا تغییر شکل برروی سوند قرار می دهند.جریان محلول نمکی در داخل سوند موجب تثبیت دمای فیلتر با درجه حرارت معمولی می شود و زمانی که فیلتر در محل تعیین شده قرار گرفت با توقف جریان محلول نمکی در داخل سوند درجه حرارت بالا می رود و فیلتر تغییر شکل داده شده به شکل اصلی (اولیه) خود بر می گردد در این زمان فیلتر از نوک سوند نیز جدا شده است.

4_مسدودکننده سوراخ دیواره دهلیزی: از این وسیله برای مسدود کردن سوراخ دیواره دهلیزی که بین دو دهلیز چپ و راست ایجاد می شود استفاده می گردد این وسیله از سیم هایی با خاصیت حافظه داری و فیلم ضد آب که روی آن نصب شده است، تشکیل می شود.

برای نصب این وسیله در داخل قلب ابتدا نیمه اول آن وارد بطن چپ شده وبه شکل اولیه خود بر می گردد و در ادامه نیمه دوم که در بطن راست قرار می گیرد تغییر شکل یافته ، به شکل اولیه خود بر می گردد.

در انتها هر دو نیمه به دیواره بطنی متصل شده اند .

به طوری که از ورود جریان خون از دو بطن به یکدیگر جلوگیری می شود.

5_کاربرد برای حفظ قطر داخلی رگ ها :در حفظ قطر داخلی رگ های تنگ شده و کاهش قطر و بسته شدن آنها کاربرد دارد .

برای این منظور استوانه های توری ساخته می شوند و متناسب بانوع و محل کاربرد دارا اقطار متفاوتی می باشند .

6_استفاده به عنوان فضاگیر بین ستون مهره ها 7_ترمیم و بهبود شکستگی استخوان : بست به صورت باز در محل شکستگی یا ترک معمولا پیچ می شود به کمک گرما بست ها به گونه ای تغییر شکل پیدا می کنند که دو طرف ترک را به هم نزدیک کرده و می فشارند .گرمای ایجاد شده را می توان از طریق منبع خارجی به آلیاژ منتقل کرد .

8_کاربرد در فیزیو تراپی : استفاده در دستکش ها برای تقویت عضلات ضعیف 9_استفاده در ابزارهای جراحی :به عنوان مثال سبد حافظه دار برای خارج کردن سنگ مثانه و یا صفرا و استفاده در انبرک ها و پنس های جراحی