کاربری تکنولوژی نانو در خودرو

کاربری تکنولوژی نانو در خودرو

تکنولوژی نانو

تکنولوژی نانو به سه سطح قابل تقسیم است: مواد، ابزارها و سیستم ها. موادی که در سطح نانو در این تکنولوژی به کار می رود، را نانو مواد می گویند. ماده ی نانو ساختار، به هر ماده ای که حداقل یکی از ابعاد آن در مقیاس نانومتری (پایین ۱۰۰ نانومتر) باشد اطلاق می شود. این تعریف به روشنی انواع بسیار فراوانی از ساختارها، اعم از ساخته دست بشر یا طبیعت را شامل می شود. منظور از یک ماده ی نانو ساختار، جامدی است که در تمامی بدنه آن انتظام اتمی، کریستال های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در مقیاس چند نانومتری گسترده شده باشند. در حقیقت این مواد تشکیل شده از کریستال ها یا دانه های نانومتری هستند که هر یک از آنها امکان دارد از جهت ساختار اتمی، جهات کریستالوگرافی یا ترکیب شیمیایی با یکدیگر دارای اختلاف باشند.

نانوکامپوزیت ها

http://automan.ir/wp-content/uploads/2017/05/3692__0.jpg

مواد کامپوزیتی مواد مهندسی ای هستند که از دو یا چند جزء تشکیل شده اند به شکلی که این مواد جداگانه و در مقیاس ماکروسکوپی قابل تشخیص هستند. کامپوزیت از دو قسمت اصلی ماتریکس(عرصه) و تقویت کننده(پرکننده) تشکیل شده است. ماتریکس با احاطه کردن تقویت کننده آن را در محل نسبی خودش نگه می دارد و تقویت کننده باعث افزایش خواص مکانیکی ساختار می گردد.

یکی از گسترده ترین کاربردهای تکنولوژی نانو در صنعت خودرو تا به این لحظه تولید نانو کامپوزیت ها بوده است. به دلیل آنکه در نانوکامپوزیت ها، ذرات بسیار ریز (نانوذرات)، استحکام و تداوم رزین را بسیار بالا می برند، جانشین مواد مرسوم مانند میکا و تالک شده اند. با اینحال غیر از خصوصیت های فیزیکی بهتر، این کامپوزیت ها حاوی دو بهتری دیگر نیز می باشند:

در ابتدا اینکه نانوذرات با بهره برداری از ماتریکس (عرصه) یکنواخت و هموار به طرز زیادی زیبایی بیشتر را ممکن می کنند و از این جهت نانو کامپوزیت ها سطح دلچسب تر و رنگ های شفاف تری دارند.

به علاوه از طرف دیگر نانوکامپوزیت ها به دلیل نیاز به مواد تقویت کننده ی کمتر، تا حدود بیست درصد درمقایسه با کامپوزیت های رایج سبک ترند.

نانولایه ها:

در جهان حال حاضر تفاوت سطحی به یک روش مهم و بنیادی مبدل شده است. پیرامون این مثال شیوه هایی شامل ایجاد لایه های نازک یا پوشش ها بر روی سطوح، گسترش کارآیی و نگهداری سطوح را در جستجوی دارد. رسوب یک لایه نازکنانولایه برای پوشش دهی در اکثر صنایع مکان مهمی یافته است. نانولایه ها حاوی یک ساختار نانو ذره ای می باشند که این ساختار یا از توزیع نانوذرات در لایه ایجاد می شود و یا به وسیله یک روش کنترل شده، یک نانو ساختار در لحظه رسوب ایجاد می شود.  فیلم های نانویی لایه نازک، که بر روی سطح یک پایین پایه نشانده می شوند کاربردهای عمدتاً الکترونیکی دارند. مثل زیرلایه ها، خازن ها، قطعات حافظه، آشکارسازهای مادون قرمز و راهنماهای موجی.

کاربری تکنولوژی نانو در خودرو ها

  • ۱- پیل سوختی
  • ذخیره هیدروژن به وسیله نانولوله های کربنی
  • سوخت ماشین هایی که با پیل سوختی کار می کنند، هیدروژن است. هیدروژن از هیدرولیز آب تهیه می شود. هیدروژن در آند پیل به هیدروژن با بار مثبت و الکترون مبدل می شود. هیدروژن با بار مثبت از غشای پلیمری نانومتری که تنها هیدروژن با بار مثبت را با زده بالا از خود عبور می دهد، می گذرد. الکترون نیز در مدار دلیل حرکت ماشین می گردد. در کاتد هیدروژن با بار مثبت عبوری با الکترون و اکسیژن موجود در هوا واکنش می دهد و بخار آب تشکیل می شود که از روش لوله اگزوز ماشین خارج می شود.
  • در ماشین مخازن ذخیره هیدروژن جاسازی می شود که در صورت بهره برداری از نانولوله های کربنی در این مخازن می توان مقدار فراوانی هیدروژن را در محیط کم ذخیره نمود.
  • بهره برداری از نانولوله های کربنی در الکترودهای پیل امکان تبادل الکترون بیشتری را ممکن می آورد.

مزیت های بهره برداری از تکنولوژی پیل سوختی:

  • عدم بهره برداری از سوخت های نفتی که تجدیدناپذیرند.
  • عدم آلودگی هوا و با این وجود زیان نرسیدن به محیط زیست

شیشه ضد آب در خودرو

  • یکی از مشهور ترین مزیت های تکنولوژی نانو اثر نیلوفری ست که سطوح خود تمیز شونده را امکان پذیر می سازد. به باعث ساختار بسیار صاف و یکنواخت سطح گل نیلوفر، قطرات آب و گرد غبار از روی گلبرگ ها می لغزند بی آنکه اثری روی آنها به جای گذارند.
  • از این جهت اگر سطوح اجسام حاوی ساختار بسیار صاف و صیقلی (در مقیاس نانو) باشند، ذرات آلودگی و به علاوه از طرف دیگر آب روی آنها باقی نخواهد ماند.
  • رنگ ها و پوشش های سقف خودرو که این اصل طبیعی را به کار می برند امروزه در مارکت موجود می باشند. ساختار نانویی این سطوح، از جمع شدن ذرات آلودگی و قطرات بسیار ریز آب نیز محافظت می کند.. به علاوه از طرف دیگر رینگ های خود تمیز شونده نیز با بهره برداری از این خصوصیت در حال تولید هستند.
  • به علاوه از طرف دیگر پوشش نانویی در حال تولید است که با اضافه کردن آن به سطح شیشه خودرو (برای نمونه به شیوه اسپری کردن)،فرورفتگی های بسیار ریز سطح شیشه را گرفته و سطح صاف و بدون پستی و بلندی ایجاد می کند و با این وجود قطرات ریز آب و گرد و غبار روی شیشه باقی نمی ماند و از این جهت باعث گسترش دید راننده، استهلاک کمتر برف پاکن ها و نیاز کمتر به شستشوی شیشه و به علاوه از طرف دیگر افزایش دید در شب با این وجود کاهش انعکاس مضر نور می شود.

 

رنگ خودرو

  • بهره برداری از نانو تکنولوژی در رنگ دلیل گسترش کیفیت رنگ و کاهش مصرف آن می گردد . نانوتکنولوژی به دو صورت به این بخش کمک می کند ، یکی در انتخاب مواد خوب در رنگ و دیگری در شیوه های بهینه رنگ کردن . نانو ذرات با اندازه های مختلف ، نورهایی با فرکانس های دارای اختلاف ساطع می کند که می تواند برای تولید رنگ های گوناگون مورد بهره برداری واقع شوند .
    امروزه با گسترش تکنولوژی نانو، رنگ های پایه آبی نیز از این امر متأثر گشته اند ،  مزایای محشر این نوع رنگ ها با اعمال این تکنولوژی دو چندان شده است . این رنگها از رزین های دیسپرس شونده در آب با ابعاد نانو و نیز از نانو پیگمنت ها و افزودنی هایی در اندازه نانو استفاده می شودکه دلیل کیفیت بهتر رنگهای معمولی پایه آبی گردیده است .

از نمونه ویژگیهای این تولیدات می توان به موارد ذیل اشاره نمود :

  • -حاوی خواص مکانیکی مخصوصی هستند .
    –   حاوی خواص ضد خوردگی مخصوصی هستند .
    –   بهره برداری از نانو پیگمنت ها دلیل گسترش نفوذ این نوع پوششها به درون شکافها و منافذ بسیارریز موجود در سطح فلز میگردد .
    –   با بهره برداری از رنگهای نانو چسبندگی روی سطح هفتاد مرتبه بیشتر می شود .
    –   ضخامت اعمال سیستم پوششی نانو تنها ۳۰ میکرون می باشد که در مقایسه با ضخامت رنگهای معمولی بسیار پایین می باشد و باعث صرفه جویی در مصرف رنگ می شود .
    –   به دلیل پایین بودن درصد حلالهای فرار با محیط زیست سازگارند .
    –   از جهت ظاهری فیلم حاصله بسیار صاف و براق است .
  • از دیگر تأثیرات نانو در صنعت رنگ ، تولید رنگهایی در مقیاس نانو است که دود را می بلعند . در این نوع رنگ نانو ذرات کروی شکل دی اکسید تیتانیوم و کلسیم کربنات با قطر حدود ۳۰ نانومتر بایک پلیمر پایه سیلیکونی (پلی سیلواکسان) مخلوط می شوند ، این پلیمر متخلخل است و همین مزیت باعث میگردد که گازهای NOx  با نامهای کلی نیتریک اکساید و نیتروژن دی اکساید ، بطور کلیً جذب آن گردد . سپس گازها به ذرات تیتانیوم دی اکساید می چسبند ، اشعه ماوراء بنفش نور خورشید جذب ذرات می‌شود و با بهره برداری از این انرژی NOx در یک واکنش شیمیایی به اسید نیتریک مبدل می شود و اسید حاصله یا با باران شسته می شود و یا بوسیله کلسیم کربنات بازی خنثی می گردد .به دلیل ریز بودن ذرات رنگ حاصله بسیار شفاف و روشن است برای حاصل شدن رنگ دلخواه می توان از رنگدانه های خوب استفاده کرد ، اولین کالایی که به مارکت توزیع خواهد شد سفید می باشد .عمر مفید این رنگ با استناد به تداوم کربنات کلسیم  تقریبا پنج سال می باشد .
  • از دیگر کاربردهای جالب توجه بهره برداری از نانو لوله های کربنی در رنگ می باشد . فیبریل ها ساختارهای مخصوصی می باشند که از نانو لوله های کربنی ساخته می شوند و خاصیت رسانایی بالایی دارند . فیبریل ها از جهت شکل ظاهر شبیه به به رشته های 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 می باشد .
    کاربری فیبریل ها در رنگ دلیل رسانایی آن می گردد و می توان از آن برای رنگ کردن خودرو به طریق قطره های باردار شده استفاده نمود .
  •  در این شیوه (الکترواستاتیکی)رنگ و قسمت هایی را که برنامه ریزی شده است رنگ شوند ، باردار می کنند تا جاذبه الکتریکی بین آن دو دلیل جذب رنگ به وسیله آن قسمت شود و بدین ترتیب کارایی رنگ چه از جهت کیفیت و چه از جهت کمیـّت ( میزان رنگ مصرفی ) پیشرفت می یابد . در این شیوه رنگ بطور دقیق روی سطح مورد نظر می نشیند و از پراکنده شدن آن جلوگیری می شود و با این وجود کارایی آن بالا رفته و سریع و تمیز و اقتصادی می‌شود . به علاوه از طرف دیگر این شیوه دلیل کاهش انتشارات سمی
    فرار می‌شود .
    کارایی رنگ الکترواستاتیکی چهار برابر بیشتر از رنگ به شیوه اسپری می باشد . به این معنی که ۸۰% از رنگ در شیوه الکترواستاتیکی روی قسمت مورد نظر می نشیند در صورتیکه این مقداردر شیوه‌های معمول ۲۰% می باشد .
  • تکنولوژی پوشش دهی بنا شده بر نانو تکنولوژی ،چه از روش روش های سل- ژل و چه شیوه‌های نانو ذره ای کاربردهایی را معرفی می دهند که در صنعت خودرو حاوی جذابیت تجاری می باشند .
    در عرصه پنجره های فتوکرومیک و الکترومیک ( پنجره هایی که به ترتیب تحت تأثیر نور و الکتریسیته تغییر رنگ می دهند ) بررسی صورت گرفته است و با تعداد فراوانی از شیوه های بنا شده بر نانو ذرات و روش سل- ژل می توان آنها را تولید کرد .

بهره برداری از رنگ نانو در خودرو

 

 

روغن ‌ها و روان کننده ها

  • برخی از نانومواد معدنی فولرین، می توانند با اسم روان کننده استفاده شوند. این روغن‌ها درمقایسه با روغن های پرکاربردی که حاوی افزودنی های روان کننده هستند، خاصیت روان کنندگی بسیار موثرتری دارند. به این معنی که نانو مواد معدنی فولرین‌مانند(Ifs) درمقایسه با روغن های قدیمی خوردگی و فرسایش کمتری را در سطح رابطه قطعات ایجاد می کنند. این نانومواد از راههای متفاوتی سنتز شده و به روش خالص به دست می‌آیند. با این وجود یافتن روش سنتز خوب جهت تولید به مقدار فراوانی از کالا باهزینه پایین اولویت برنامه دانش پژوهان است چرا که با تولید انبوه و ارزان این کالا می توان آن را به روش صنعتی به مارکت معرفی داد. به مجرد این که برای بار نخست فولرین ها و نانولوله های کربنی کشف و معرفی شدند، نانومواد فولرین‌شکل بدون کربن از WS2( دی سولفید تنگستن) و نانولوله های WS2 نیز در سال ۱۹۹۲توسط Tenne و همکارانش معرفی شد. این دسته از مواد با ساختاری که توصیف شد مواد معدنی فولرین‌مانندWS2 اسم گذاری شدند.
  • از میان Ifs ها، آن گروه که حاوی سولفید فلزات واسطه است(Ifs- WS2 ) به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی خاص خود، بیش از دیگران مورد استقبال دانش پژوهان قرارگرفته است. همراه با خاصیت روان کنندگی محشر این مواد، Ifs ها برای مصارف مختلف دیگری نیز به کارگرفته می شوند که از آن جمله می توان به استفاده آنها در ادوات الکترونی، کاتالیست‌ها، ابزارهای ذخیره هیدروژن بصورت الکتروشیمیایی، جاذب ها، فیلم های حساس به نور و نوکهای(Tip) محشر حساس برای پیمایش میکروسکوپی اشاره نمود.
  • به دلیل همین کاربردهای متنوع و خواص جالب توجه Ifs ها، محققان شدیدا علاقمند به یافتن راههای تازه ای برای سنتز اقتصادی تر این دسته از مواد هستند. پروفسور Haibin Yang who و دکتر Shikai liu نویسنده گزارش مرتبط به این خبر، معتقد هستند که آتی تجاری نانومواد فولرین‌مانند مانند Ifs- WS2 درخشان است، با این وجود منوط به این که روند سنتز آنها نیزمقرون به‌صرفه باشد. پروفسور Yang در گفتگو با Nanowerk شرح داد که آنها توانسته‌اند با بهره برداری از یک شیوه ساده، نانومواد Ifs- WS2 را سنتز کنند. این سنتز از روش واکنش پودر گوگرد (S) با نانوذرات تری اکسید تنگستن در اتمسفر هیدروژن و دمای ۵۰۰ تا ۶۵۰ درجه سانتی گراد انجام شده است. کنترل این روند بسیار ساده بوده و از روش آن می توان Ifs- WS2 ها را بصورت خالص و با هزینه کم به تولید انبوه رساند.

 

لاستیک

  • موارد بهره برداری از تکنولوژی نانو در لاستیک عبارت از نانو فیلرها و نانو کامپوزیت ها می باشد . این مواد به لاستیک ها خواص مخصوصی می بخشد . با استناد به محاسبه BSF مارکت نانو کامپوزیت در سال ۲۰۰۵ به میزان ۲۰۰ بیلیون یورو و در سال ۲۰۱۵ به میزان۱۲۰۰بیلیون یورو پیش بینی شده است . با استناد به بررسی ها بعمل آمده چهار ماده نانومتری در صنعت لاستیک سازی کاربری فراوانی یافته اند . این چهار ماده عبارتند از :
    –   اکسید روی نانومتری
    –   نانو کربنات کلسیم
    –   الماس نانومتری
    –   ذرات نانومتری خاک رس
  • با اضافه کردن این مواد به ترکیبات لاستیک به دلیل رابطه هایی که در مقیاس اتمی بین این مواد و ترکیبات لاستیک صورت می گیرد ، غیر از افزایش خواص فیزیکی دلیل گسترش مقاومت سایشی ، گسترش استحکام ، افزایش خاصیت مکانیکی ، گسترش حد پارگی و حد شکستگی نیز می گردد .
    در زیبائی ظاهری لاستیک نیز تأثیر قرار داده و دلیل لطافت ، همواری ، صافی و ظرافت شکل ظاهری لاستیک می گردد .

استفاده نانو در لاستیک خودرو

مبدل های کاتالیستی

  • با شرایطی که می دانید اگر احتراق به طرز کامل و فرضیه آل رخ دهد خروجیهای حاصل از آن، آب، نیتروژن (N2) و دی اکسید کربن (CO2) می باشد و اگر احتراق در شرایط فرضیه آل رخ ندهد مثلا برای احتراق هوای خوب وجود نداشته و…. در اینصورت خروجیهای حاصل از احتراق، گازهای زیان آوری از قبیل مونو اکسید کربن (CO)، گروه گازهای (NOx) و هیدروکربنهای نسوخته (CH) می باشند. وظیفه مبدل کاتالیستی که در مسیر گازهای خروجی از موتور قرار می گیرد این است که گازهای فوق را به گازهای بی اخطار مبدل کند.
  • یکی از خصوصیت های نانوذرات که در تولید مبدل های کاتالیستی استفاده شده چنین است: سطح رابطه ذرات با کاهش اندازه آنها و گسترش تعدادشان (به طوری که جرم کلی سری ثابت بماند) گسترش می یابد. یک دسته از واکنش های شیمیایی روی سطح کاتالیست ها رخ می دهند و از این جهت سطح رابطه بیشتر، کاتالیست اکتیو تری را باعث می شود. بدین خاطر به کارگیری نانوذرات در مبدل های کاتالیستی منجر به تولید مبدل های موثر تر خواهد شد.

 

گردآورنده :مهندس علی عبدالهی (مشهد مقدس ۱۳۸۸)

منبع

دسته‌بندی‌ها: دانستنی های خودرو

برچسب‌ها: ,,,,,,,