تست عنوان
close
باشگاه نانو | آموزش | 0880
EN ورود به کارتابل افراد ثبت نام افراد ورود نهادهای ترویجی
0880
filereader.php?p1=main_a7f74322de86ec382

موضوع: نانومواد و نانوساختارها

فصل: مواد هوشمند


بخش‌ اول: معرفی مواد هوشمند
بخش دوم: انواع مواد هوشمند
بخش سوم: کاربردهای مواد هوشمند



بخش‌ اول: معرفی مواد هوشمند


نویسنده: صهباء خرمی



بیندیشیم:
  • فرض کنید فرآیندهای فرسایش را بتوان عملا متوقف کرد به طوری که بشود عمل تعمیر و نگهداری پل‌ها و راه‌های آهن را با کسری از هزینه‌های فعلی انجام داد.
  • فرض کنید رنگ‌های محافظ بتوانند چنان با پارچه لباس در آمیزند که در اثر ریختن مثلا سوپ روی آنها مجبور به بردن آنها به خشک شویی نباشیم.
  • فرض کنید شیشه‌های اتومبیل بتوانند به طور خودکار بازتابشان را چنان تنظیم کنند که در دمای بسیار بالای بعدازظهر داغ تابستان، در حالیکه اتومبیل زیر آفتاب متوقف است، دمایش پایین بماند.
  • فرض کنید پارگی در یک پارچه یا چرخ پنچر، خودش به طور خودکار بتواند ترمیم شود.
  • تصور کنید که شیشه‌های جلوی اتومبیل مرطوب نمی‌شدند، به طوریکه هرگز روی آنها یخ تشکیل نمی‌شد و باران نمی‌توانست مانع دید شود.
  • تصور کنید که شیشه‌های جلوی اتومبیل مرطوب نمی‌شدند، به طوری که هرگز روی آن‌ها یخ تشکیل نمی‌شد و باران نمی‌توانست مانع‌ دید شود.
  • فرض کنید کاشی‌های حمام و ملحفه‌های بیمارستانی‌ای تولید شوند که خود به خود تمیز شده و هر گونه باکتری یا ویروس روی آنها از بین بروند. همه اینها مواردی هستند که با استفاده از مواد هوشمند تحققشان امکان‌پذیر است و حتی اکنون برخی از آنها هم تولید شده‌اند.

1- مواد هوشمند چگونه موادی هستند؟

مواد هوشمند موادی هستند که می‌توانند متناسب با شرایط محیط اطرافشان از خود واکنش نشان دهند. در طراحی این مواد اغلب توانایی چند کار خاص در نظر گرفته شده است. در فناوری نانو، قابلیت دستکاری در چینش مواد و شکل دادن ساختارهای آنها ما را قادر می‌سازد تا در سطح اتمی و مولکولی مواد هوشمندی با ویژگی‌های مطلوب خود تولید نماییم.


بیشتر بخوانید:
عملکرد هوشمند در مواد می‌تواند به دو صورت استاتیک و دینامیک باشد. مواد هوشمند استاتیک همواره به یک نحو رفتار می کنند، اما مواد هوشمند دینامیک با تغییر محرک‌هایی بیرونی رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند. مثلا تفلون یک ماده هوشمند است، زیرا طراحی مهندسی آن به نحوی است که هیچ گونه چسبندگی نداشته باشد و یک ماده هوشمند استانیکی است، زیرا با نیروهای خارجی واکنش نمی‌دهد. اما جنگنده‌های ضد رادار را با ماده بسیار هوشمند دینامیکی می‌پوشانند که رنگش را تغییر می‌دهد و برنامه الکترومغناطیسی در پاسخ به شرایط خارجی و دستورالعمل‌های راهنما، حد نهایت استتار را فراهم می‌آورد.

عبارت مواد هوشمند اکثر اوقات بدون تعریف دقیقی از آنچه مورد نظر محققان است و همچنین بدون در نظر گرفتن کاربرد این مواد به کار گرفته می‌شود. از سوی دیگر ارائه تعریف دقیق از آنچه به عنوان مواد هوشمند معرفی می‌شود، اغلب با مشکلات بسیار زیادی همراه خواهد بود. اگر چه از این عبارت به صورت گسترده در خصوص بسیاری از مواد که از ویژگی‌های متفاوتی در مقایسه با نسل گذشته مواد برخوردار هستند، استفاده می‌شود، اما موافقت کلی در ارائه تعریف دقیقی از این واژه وجود ندارد. مواد هوشمند موادی هستند که موقعیت‌ها را به خاطر می‌سپارند و با محرک‌های مشخص می‌توانند به آن موقعیت بازگردند. به عبارت دیگر می‌توان گفت مواد و سازه‌های هوشمند، اشیایی هستند که شرایط محیطی را حس می‌کنند و با پردازش اطلاعات به دست آمده نسبت به محیط واکنش نشان می‌دهند. در تعریف اول وقتی از مواد صحبت می‌کنیم مجموعه‌ای از عناصر، آلیاژها و ترکیب‌ها در ذهن تداعی می‌شود که توسط ساختار مولکولی منحصر به فرد خود قابل شناسایی و اندازه‌گیری هستند. اما در تعریف دوم مواد به صورت مجموعه‌ای از فعالیت‌ها در نظر گرفته می‌شوند، یعنی با مجموعه‌ای از مواد و سیستم‌های مرتبط با آنها مواجه هستیم که قابلیت شناسایی و اندازه‌گیری در آنها کم‌تر خود را نشان می‌دهد. در مواد هوشمند این مواد، همزمان با تاثیر محرک بیرونی شاهد پاسخ‌دهی به آن هستیم. در اکثر موارد این مواد از توانایی پاسخ به بیش از یک شرایط محیطی برخوردار هستند و پاسخ آنها قابل پیش‌بینی است. 


بیشتر بخوانید:
پوست؛ یک ماده هوشمند زیستی تقریبا همه ساختارهای بیولوژیکی (زیستی) مواد هوشمندند. به طور مثال پوست نسبت به مواد خاصی مثل آب و یون‌های محلول تراواست، نسبت به گرما، تماس، و صوت مثابه حسگر عمل می‌کند، خود ترمیم است و همچنین به عنوان سد و مانعی در برابر هوای خارجی و سیالات بیولوژیکی داخل نیز عمل می‌کند. در فناوری نانو تلاش بر این است تا با الهام از این ساختارهای زیستی، مواد هوشمند با کاربردهای مطلوب طراحی و تولید بشوند.

2-چه محرک‌هایی باعث عملکرد هوشمند می‌شوند؟

محرک‌های بیرونی می‌توانند باعث ایجاد تغییرات بازگشت‌پذیر فیزیکی و یا شیمیایی در مواد هوشمند گردد. در صورتی که این تغییرات به صورت نامتناهی برگشت‌پذیر باشند به این مواد کاملا هوشمند و چنانچه محدودیتی در تعداد دفعات برگشت‌پذیری تغییرات وجود داشته باشد، نیمه هوشمند می‌گویند. از جمله محرک‌هایی که می‌توانند باعث ایجاد این تغییرات در مواد هوشمند گردند می‌توان به این موارد اشاره کرد:

  • نور، اشعه UV: بخش فرابنفش و مرئی امواج الکترومغناطیسی
  • دما: تغییرات دمایی که یک سیستم فیزیکی مثل بدن انسان ایجاد می‌نماید
  • فشار: اختلاف فشار ایجاد شده در یک ناحیه
  • میدان الکتریکی: میدان ایجاد شده پیرامون یک بار الکتریکی
  • میدان مغناطیسی: میدان ایجاد شده پیرامون یک آهن‌ربا یا یک بار الکتریکی متحرک
  • محیط شیمیایی: حضور یک عنصر یا ترکیب شیمیایی خاص مثل آب


3- مواد هوشمند چه ویژگی‌هایی دارند؟

ویزگی‌های کلی مواد هوشمند را می‌توان این گونه برشمرد:
1. پاسخ مواد هوشمند به محرک به صورت آنی و همزمان با تاثیر محرک صورت می‌گیرد.
2. این مواد می‌تواند در یک زمان تخت تاثیر یک و یا حتی چند محرک محیطی باشند.
3. عملکرد هوشمند این مواد ناشی از ساختار درونی آنها است.
4. پاسخ این مواد به شرایط محیطی مختلف، مجزا و قابل پیش‌بینی است.
همان طور که گفتیم مواد هوشمند را بسته به نوع عکس‌العملشان در برابر محرک‌های بیرونی می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد. در جلسات بعدی با یکدیگر به بررسی ویژگی‌ها و مثال‌های هر دسته خواهیم پرداخت.






filereader.php?p1=main_bcd1b68617759b1df filereader.php?p1=main_fbaedde498cdead4f





منابع


- Encyclopedia of Smart Materials-Mel M. Schwartz. - Wiley
- Tebyan.net
- Smart Materials – IOM3 booklet