سراميکهاي ساختاري

در اين بخش مي‌توانيد در مورد فیزیک نسبیت و فیزیک کوانتوم و ... به بحث بپردازيد

مدیر انجمن: شوراي نظارت

ارسال پست
Captain
Captain
نمایه کاربر
پست: 1106
تاریخ عضویت: چهار شنبه 29 شهریور 1385, 11:12 am
سپاس‌های ارسالی: 176 بار
سپاس‌های دریافتی: 468 بار
تماس:

سراميکهاي ساختاري

پست توسط Mehdi2224 » چهار شنبه 25 بهمن 1385, 4:42 am

سراميکهاي ساختاري

تصویر
سراميکهاي ساختاري (structuralceramics) دستهاي از سراميکهاي پيشرفته هستند که امروزه استفاده وسيعي از جمله کاربردهاي مکانيکي، نظامي، شيميايي، حرارتي و غيره يافته‌اند و طبق پيش­بينيهاي اعلام شده، بازار آنها رو به گسترش است. مقالة زير، به معرفي ويژگيها، کاربردها و بازار جهاني سراميکهاي ساختاري ميپردازد:

براساس تقسيم‌بندي کلي، سراميک‌ها را مي‌توان به سه دسته سراميک‌هاي "عامل"، "ساختاري" و "ترکيبي" تقسيم‌بندي نمود. در اين نوشتار سعي بر آن شده است که ابعاد مختلف نظير تقسيم‌بندي، خواص، کاربرد و بازار جهاني سراميک‌هاي ساختاري به اختصار تبيين شود.

تقسيم بندي سراميکهاي ساختاري

سراميک‌هاي ساختاري را مي‌توان بر اساس مواد بکار رفته در آنها تقسيم‌بندي نمود:

1) سرمت‌ها يا کامپوزيت‌هاي سراميک – فلز

2) سراميک‌هاي اکسيدي (برليم، آلومينات‌ها، اکسيد منيزيم، زيرکونات‌ها)

3) سراميک‌هاي پرطاقتشده (PSZ, TZP, ZTA, ZTM)

4) سراميک‌هاي نيتريد سيليسيم Si3N4

5) سراميک‌هاي کاربيد سيليسيم SiC

علاوه بر تقسيم‌بندي فوق، تقسيم‌بندي‌هاي ديگري نيز وجود دارد که در کتاب‌هاي مرجع مي‌توان يافت.

تصویر
خواص ممتاز سراميکهاي ساختاري پيشرفته

خواص ممتاز سراميک‌هاي ساختاري پيشرفته عبارتند از:

1) مقاومت مکانيکي بسيار بالا

2) سختي قابل توجه

3) مدول‌ الاستيسيته بالا

4) پايداري ابعاد خوب

5) مقاومت زياد در مقابل خوردگي و اکسيداسيون

6) دوام زياد در مقابل سايش

7) دوام زياد در مقابل تشعشعات

8) پايداري حرارتي بالا

9) دانسيته جرمي بالا

10) ضريب اصطکاک کم

11) ضريب انبساط حرارتي کم

کاربردهاي سراميکهاي ساختاري پيشرفته

تصویر
سراميکهاي ساختاري به‌عنوان اجزاي تحمل‌کنندة تنش يا پوشش در قسمتهايي که تحت تنش هستند بهکار برده مي‌شوند. به علاوه، مقاومت اين سراميکها در برابر خوردگي، سايش و دماي بالا، اين مواد را براي کاربرد در تجهيزات صنعتي زيادي مناسب ساخته است. افزايش بازده و کاهش مصرف انرژي، محرک تحقيقات بر روي سراميکهاي ساختاري پيشرفته هستند. (مآخذ2)

بر اساس خواص ويژه‌اي که سراميک‌هاي ساختاري پيشرفته دارند، اين‌گونه سراميک‌ها امروزه استفاده‌هاي فراواني در زمينه‌هاي مختلف از زندگي روزمره گرفته تا کاربردهاي نظامي ‌دارند. برخي از کاربردهاي سراميک‌هاي ساختاري پيشرفته در جدول زير آورده شده است. اين کاربردها گوياي اين مطلب است که مواد پيشرفته از جمله سراميک‌هاي نوين از مواد اساسي و ضروري براي دنياي صنعتي امروز است. (مآخذ1)

تصویر

بهصور کلي 43 درصد از سراميکهاي ساختاري براي قطعات مقاوم به سايش در کشتي‌ها و هواپيماها، قرقره‌ها، قالب‌ها، نازل‌ها، سوپاپ‌ها، درزگيرها، ميلة استوپر، ياتاقان‌ها و اجزاي لازم براي ساخت خمير کاغذ استفاده مي‌شوند. اگر چه سراميکهاي ساختاري با شدت زيادي در حال تجاري‌شدن هستند اما در بعضي از اين قطعات، قيمت آنها به‌عنوان يک مانع فراروي توسعة بازار آنها عمل مي‌کند.

از ديگر کاربردهاي مهم اين قطعات، استفاده از آنها در ساخت تجهيزات نيمه‌هادي و لباس‌هاي ضدگلوله است که باعث مشارکت بخش دفاعي آمريکا در بازار اين مواد است.

بعد از سراميک‌هاي مقاوم به سايش، بيوسراميکها با 20 درصد از سهم بازار سراميك‌هاي ساختاري در مرتبة دوم قرار دارند. موارد استفاده بيوسراميکها در ايمپلنت‌هاي سراميکي و شيشه‌سراميکي، شيشه‌سراميکهاي روکش دندان و مواد کپلي (posteriorMaterial) است.

سراميک‌هاي مورد استفاده در ابزارهاي برش نيز 17 درصد از بازار سراميکهاي ساختاري را تشکيل مي‌دهند که شامل آلومينا (Alco3)، Al2O3/TiC، آلوميناي تقويت‌شده با SiCو سيالن‌نيتريدسيليکون (مادة پيوندي در زمينه ديرگدازهاي کربورسيلسيمي) ميباشند. (مآخذ3)

بازار سراميکهاي ساختاري در جهان

در سال 2005 شاهد بازار جهاني 4.5 ميليارد دلاري براي سراميکهاي ساختاري خواهيم بود و رشد خوبي در بازار اجزاي مقاوم به سايش، ياتاقانها، درزگيرها، تجهيزات فرآيندها و پوششهاي سراميکي محقق مي‌شود. (مآخذ2)

بازار سراميکهاي ساختاري پيشرفته در آمريکا از 541 ميليون دلار در سال 2000 به 736 ميليون دلار در سال 2005 خواهد رسيد و بالاترين نرخ رشد متوسط ساليانه را براي چند سال آينده در مقايسه با بازار سراميک‌هاي پيشرفته ديگر خواهد داشت. (شکل1)

همچنين در گزارشهاي ديگر، بازار سراميک‌هاي ساختاري آمريکا از 425 ميليون دلار در سال 1998 به 640 ميليون دلار در سال 2003 خواهد رسيد که متوسط نرخ رشد ساليانه سراميک‌هاي ساختاري در اين 5 سال حدود 8.2 خواهد بود. (مآخذ4)

مآخذ:

1) مقاله "کاربردهاي سراميک‌هاي سازه‌اي" نوشته توسط دکتر يوسفي، اولين سمينار خودکفايي صنعت سراميک کشور

2) [لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

3) [لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

4) [لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

منبع
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
به قلم حسن علم خواه

Captain
Captain
نمایه کاربر
پست: 1106
تاریخ عضویت: چهار شنبه 29 شهریور 1385, 11:12 am
سپاس‌های ارسالی: 176 بار
سپاس‌های دریافتی: 468 بار
تماس:

پيزوسراميکها

پست توسط Mehdi2224 » چهار شنبه 25 بهمن 1385, 4:58 am

پيزوسراميکها

تصویر
پيزوسراميکها دستهايي از مواد سراميکي هستند که با اعمال ولتاژ، تغيير طول ميدهند. در خبر زير که برگرفته از خبرنامه نانوتکنولوژي، شماره 37 است به تحولي در عرصه پيزوالکتريکها پرداخته شده است:

محققين آلماني و اتريشي موفق به ساخت فلزي نانوحفره‌اي شده‌اند که رفتاري همانند سراميک از خود نشان مي‌دهد. اين فلز، مشابه يک پيزوسراميک با اعمال ولتاژ خارجي، حدود 0.15 درصد افزايش طول مي‌يابد.

ويب مولر، يکي از اين محققين ابراز داشت: "با تزريق يا تخليه الکترونها، باندهاي اتمي سطح ماده منبسط يا منقبض مي‌شوند و از آنجا که سطح اين ماده بسيار زياد است، اين کار منجر به انبساط ماکروسکوپي ماده مي‌گردد. به طوريکه نتيجه آن در برخي از نمونه‌ها با چشم غيرمسلح نيز قابل مشاهده است."

اين گروه تحقيقاتي، نوعي پلاتين نانوحفره‌اي را با استفاده از پلاتين سياه با اندازه‌ دانه‌هاي 6 نانومتر ساختند. آنها ولتاژ خارجي را در حضور يک الکتروليت آبي مانند اسيد سولفوريک، اسيد کلريدريک يا محلول هيدورکسيد پتاسيم اعمال نمودند. محلول هيدورکسيدپتاسيم، بيشترين کشش را در نمونه‌ها ايجاد نمود.

به گفته اين محققين، پيزوسراميکها بهطور گسترده بهعنوان مواد راه‌انداز در چاپگرهاي جوهرافشان و در نازلهاي تزريق سوخت در اتومبيل‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. مزيت اين ماده جديد اين است که با اعمال ولتاژ کمتر، به اندازه پيزوسراميکها کش مي‌آيد. قابليت عمليات اين ماده جديد در ولتاژ پايين (حدود يک ولت، در مقايسه با صدها يا هزاران ولت براي پيزوسراميکها) و نيز امکان استفاده از آن در محيط آبي، امکان کاربرد آن در ادوات ميکروسيالاتي همچون شيرهاي عملياتي را فراهم مي‌آورد.

حتي اين محققين احتمال مي‌دهند که بتوان از اين ماده جهت کاربرد در تماس مستقيم با سيالات زيستي در سيستمهاي زنده نيز استفاده نمود.
تصویر
طبق نظر اين محققين، اثر اعمال ولتاژ بر روي اين ماده با سراميکهاي معمولي، پليمرها و نانولوله‌ها از چند جهت متفاوت است: اول اينکه اين پديده يک اثر سطحي است در حاليکه در ديگر موارد، ولتاژ اعمال شده به حجم مواد اعمال مي‌شود. دوم اينکه کشش اين ماده در تمامي جهات يکسان است و اين اثر موجب تغيير حجم مي‌شود.

مولر بيان داشت: "تغيير حجم در نمونه‌هاي ما (بيش از 45 درصد) بسيار بيشتر از سراميکها است. زيرا جهت کشش در سراميکها بسته به جهتهاي کريستالوگرافي، تغيير مي‌کند و اين امر موجب مي‌شود تغيير حجم کلي در آنها به حدود صفر برسد."

اما توليد فلزاتي که رفتارشان همانند سراميکها باشد تازه شروع شده است و بنا به ادعاي اين محققين، اين روش مي‌تواند دريچه‌اي به دسته جديدي از مواد با خواص اپتيکي و مغناطيسي قابل تنظيم بگشايد.

مولر در تشريح اين پديده چنين بيان مي‌دارد:" اتمهايي با عدد اتمي بالا، تعداد الکترونهاي بسيار زيادي دارند و همين امر موجب تنوع خواص در آنها مي‌شود. تاکنون اين خواص کمابيش ثابت در نظر گرفته مي‌شد. با اين کار جديد مي‌توان بهسادگي با افزودن يا حذف الکترونبه اتمها (با اعمال ولتاژ) موقعيت آنها را در جدول تناوبي به چپ يا راست منتقل نمود."

منبع
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
به قلم حسن علمخواه

Captain
Captain
نمایه کاربر
پست: 1106
تاریخ عضویت: چهار شنبه 29 شهریور 1385, 11:12 am
سپاس‌های ارسالی: 176 بار
سپاس‌های دریافتی: 468 بار
تماس:

کاربردهاي پزشکي سراميک�ها

پست توسط Mehdi2224 » چهار شنبه 25 بهمن 1385, 5:22 am

کاربردهاي پزشکي سراميک�ها

متن زير از مقالهاي تحت عنوان "کاربرد سراميکها در علم پزشکي" انتخاب شده است. اين مقاله توسط خانم مهندس توللي در اولين سمينار هسته خودکفايي و تحقيقاتي صنعت سراميک ارائه شده بود:

سراميکها، اين مواد دست‌ساختة بشر، از ابتداي تاريخ تمدن تا به امروز توانسته‌اند مواد بسيار مفيدي را در اختيار انسانها قرار دهند. از سفالينه‌هاي هزاران سال قبل تا راکتورهاي هسته‌اي و اخيراً نيز محافظ سفينه‌هاي فضايي و غيره.

يکي از کاربردهاي مواد سراميکي که در ارتباط نزديک با زندگي بشر است، شامل بکارگيري قطعات سراميکي در بدن انسان مي‌باشد. به اين دسته از سراميکها "بيوسراميک (Bio-ceramic)" گويند. اين دسته از سراميکها اهميت فراواني در زندگي روزمره يافتهاند. البته استفاده از مواد مختلف بعنوان "ايمپلانت (implant)" به دورة قبل از ميلاد مسيح بر ميگردد. اما از اواخر قرن نوزدهم، در اثر پيشرفت و افزايش اطلاعات پزشکي در اين مورد کوششهاي جدي انجام گرفت.

اولين مواد مصرفي بعنوان ايمپلانت، ترکيبي از برنج و مس بود که بدليل خوردگي شديد اين مواد در بدن، استفاده آنها با شکست مواجه شده است. از آنجايي که در پزشکي مدرن ضرورت استفاده از مواد مختلف به منظور ترميم عيوب بدن انسان احساس مي‌شد، پليمريستها گسترة وسيعي از اين مواد را براي استفاده به جامعه پزشکي معرفي کردند و متالورژها نيز با استفاده از آلياژهاي جديد و متفاوت، قطعات ارتوپديک بسياري براي بدن ساختند. اما حتي اين مواد نيز بعلت خوردگي شيميايي در بدن ايجاد عارضه ميکرد؛ حال آنكه بسياري از ايمپلانتها، مانند اتصال مصنوعي در مفاصل ران، بايستي براي هميشه در بدن انسان باقي مي‌ماند. از اين رو، پژوهشگران براي دستيابي به موادي با مشخصات بهتر به دنياي سراميک راه پيدا کردند.

هيچ ماده‌اي که در بدن انسان جايگذاري شود کاملاً خنثي نيست. با اين وجود، خوردگي سراميکها بدليل ماهيت ذاتيشان خيلي کمتر از فلزات است. پيشرفتهاي وسيع در علم سراميک منجر به دستيابي به موادي با خواص شيميايي، فيزيکي و مکانيکي متفاوت و متنوع شد که مي‌توانند خواص خود را براي مدت زمان طولاني در بدن موجود زنده حفظ کنند. بعضي از اين مواد عبارتند از: آلومينا، کربن پيروليتيک و زجاجي، فسفاتهاي کلسيم و سديم و غيره.

خصوصياتي که يک ايمپلانت دايمي سراميکي بايد داشته باشد بطور خلاصه در زير آمده است:

1- سازگاري بيولوژيکي: عموماً مواد ايمپلانت بايد با بافتهاي بدن سازگاري داشته باشند و ايجاد حساسيت و مسموميت نکنند.

2-عدم خوردگي: در بدن موجود زنده خوردگي بيولوژيکي روي ندهد.

3- کارايي در عملکرد: بايد بتواند به نحو مطلوب وظيفه‌اي را که در هر نقطه از بدن بر عهده آن قرار ميدهند بخوبي انجام دهد.

4- قابليت استريليزه شدن: قابليت استريل و ضدعفوني شدن را داشته باشد، بدون اينکه تغييري در ترکيب آن ايجاد کند. يا باعث تغيير خواص فيزيکي و شيميايي شود.

5-قابليت دسترسي: قابل دسترس بوده و براحتي توليد شود.

امتياز سراميکها بعنوان مواد زيستي بدليل سازگاري آنها با محيط فيزيولوژيکي است و اين سازگاري بدليل وجود يونهايي مشابه با يونهاي موجود در آن محيط، مثل کلسيم، پتاسيم، منيزيم و سديم است.

تحقيقات انجام شده در آزمايشگاه و روي بدن موجود زنده روي مواد زير متمرکز شده است: کربن، اکسيدآلومينيم، هيدروکسيد آپاتيت، فسفات تريکلسيم، ترکيبات شيشه‌اي و غيره که جالب‌ توجه‌ترين اين مواد عبارتنداز: دريچه‌هاي قلبي مصنوعي، زانوي ارتوپديک (استخوان و مفاصل)، موادي که براي ترميم و بازسازي جاي دندان در فک بکار ميروند، موادي که بهوسيله آنها از راه پوست مي‌توان با داخل بدن ارتباط پيدا کرد، مفصل ران پروستتيک، پيهاي مصنوعي و غيره.

اين مواد با توجه به نوع فعاليتشان در محيط به 3 دسته تقسيم مي‌شوند:

1- مواد سراميکي خنثي: مانند آلومينا و کربن

2- مواد سراميکي با سطح فعال: مانند هيدروکسيد آپاتيت و بيوگلاسها

3- مواد سراميکي قابل جذب: مانند فسفات کلسيم.

منبع
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
به قلم حسن علمخواه

Captain
Captain
نمایه کاربر
پست: 1106
تاریخ عضویت: چهار شنبه 29 شهریور 1385, 11:12 am
سپاس‌های ارسالی: 176 بار
سپاس‌های دریافتی: 468 بار
تماس:

پست توسط Mehdi2224 » چهار شنبه 25 بهمن 1385, 5:30 am

استفاده از نانولوله‌هاي کربني در سراميکهاي نسل جديد

خبر زير که از شمارة 32 خبرنامة نانوتکنولوژي کميتة مطالعات سياست نانوتکنولوژي وابسته به دفتر همکاريهاي فناوري رياست جمهوري اقتباص شده است، به استفاده از نانولولههاي کربني براي افزايش مقاومت به شکست در سراميکها اشاره دارد. در پايان آن، تحليل كوتاهي نيز ارائه شده است:

خبر (مأخذ: خبرنامه نانوتكنولوژي، شماره 32)

سراميکها موادي سخت اما شکننده‌اند. اکنون محققين دريافته‌اند که افزودن نانولوله‌هاي کربني به مواد سراميکي مي‌تواند موجب افزايش مقاومت به شکست آنها شود.

از زمان کشف نانولوله‌هاي کربني تاکنون، محققين علوم سراميک در پي استفاده از خواص بي‌نظير اين ساختارهاي کربني در ساخت سراميکهاي بسيار مقاوم به شکست بو‌ده‌اند. بنا به اظهارات دکتر کانت از دانشگاه کاليفرنيا-ديويس، چنين مواد بادوامي را مي‌توان جايگزين سراميکهاي معمولي نمود. مثلاً از اين مواد مي‌توان در ساخت دنده‌ها و ساير قسمتهاي راکتورها و تجهيزات صنايع غذايي و غيره استفاده نمود.

اين محقق به همراه همکارانش در تحقيقات جديدشان قصد مقاوم ساختن سراميکي را دارد که از نانوکريستالهاي آلومينا ساخته شده است. اين سراميکهاي نانوکريستالي، نسبتاً سخت اما شکننده‌اند.

محققان ديگر در تحقيقات قبلي، نانولوله‌هاي کربني را در طي فرآوري آلومينا به آن افزوده بودند. در بهترين شرايط، مقاومت به شکست ما‌دة کامپوزيت حاصل فقط 24 درصد افزايش يافته بود. در اين تحقيقات از نانولوله‌هاي چندجداره استفاده شده بود.

محققين دانشگاه کاليفرنيا-ديويس احتمال مي‌دهند که دماي فرآوري بالا موجب تخريب ساختار بسياري از نانولوله‌هاي افزوده شده به آلومينا شود. آنها همچنين پيش‌بيني مي‌کنند که افزودن نانولوله‌هاي تک‌ديواره نتايج بهتري نسبت به انواع چند جداره به دنبال داشته باشد.

اين محققين در تحقيقات اخير خود، پودر آلومينا را با نانولوله‌هاي تک‌ديواره مخلوط کرده و ذرات حاصل را تحت فشار، حرارت و پالس­هاي جريان الکتريکي قرار دادند.

اين فرآيند در دماي پايين‌تري نسبت به فنون معمولي پخت کامپوزيتهاي سراميک-نانولوله انجام مي‌شود.

در اين کار تحقيقاتي، با افزودن 5.7 در‌صد نانولوله به مادة سراميکي، مقاومت به شکست محصول 200 درصد افزايش يافت و با رسيدن ميزان نانولوله در محصول به 10 در‌صد، مقاومت به شکست آن به سه برابر سراميک معمولي رسيد. نتايج اين تحقيقات در شمارة ژانويه 2003 مجلة Nature Materials منتشر شد.

ريچارد سيگل از مؤسسة پلي‌تکنيک رنسلار که در زمينة افزايش مقاومت به شکست سراميکهاي آلومينا–نانولوله کار مي‌کند اظهار مي‌دارد: "استفاده از نانولوله‌هاي تک‌ديواره و نيز بهره‌گيري از روشهاي پخت سريع سراميک، نکته اصلي در رسيدن به چنين نتايجي است."

وي همچنين به قيمت بالاي نانولوله‌هاي تک‌جداره‌ اشاره و بيان داشت قيمت نانولوله‌ها، دومين اصل در استفاده از اين مواد در تجهيزات فضايي و ادوات پزشکي است. (پايان نقل قول از خبرنامه نانوتكنولوژي شماره 32)

تحليل

ضعف عمده در مواد سراميکي عدم انعطاف‌پذيري آنها ميباشد که باعث ايجاد محدوديت در کاربرد آنها شده است. چنانچه قبلاً نيز اشاره شد به کمک نانوتکنولوژي مي‌توان اين ضعف مهم را برطرف کرد (توليد مواد سراميكي انعطاف‌پذير به كمك نانوتكنولوژي). اما خبر فوق به اين موضوع اشاره دارد که مي­توان با نانولولههاي کربني تکديواره، نيز مقاومت به شکست اين مواد را افزايش داد که اين موضوع در کاربردهاي فعلي اين مواد تاثيرات شگرفي ايجاد خواهدکرد و قابليتهاي آنها را افزايش خواهد داد. شايد واقع‌بينانه باشد که بگوييم مواد سراميکي در آينده و با توسعة نانوتکنولوژي و تجاريشدن آن، محدودة وسيعي از کاربردها را به خود اختصاص خواهدداد. زيرا علاوه بر خواص ذاتي سراميکها مانند کارايي در دماي بالا، سبکي، مقاومت به خوردگي و خواص مطلوب الکتريکي، وقتي انعطاف پذيري و مقاومت به شکست زياد نيز به اين مزيتها اضافه شود از سراميکها موادي ساخته خواهد شد که تقريباً در اکثر شرايط محيطي کارايي خوبي داشته باشند و بتوانند در آينده جايگاه مهمي را به خود اختصاص دهند.

با توجه به توسعة خوبي که در کشور حداقل در زمينة سراميکهاي سنتي ايجاد شده است، توجه به نانوتکنولوژي ميتواند در اين زمينه پيشرفتهاي وسيعي در آينده در اين صنايع ايجاد كند.

منبع
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
به قلم حسين صالحي وزيري

Captain
Captain
نمایه کاربر
پست: 1106
تاریخ عضویت: چهار شنبه 29 شهریور 1385, 11:12 am
سپاس‌های ارسالی: 176 بار
سپاس‌های دریافتی: 468 بار
تماس:

پست توسط Mehdi2224 » چهار شنبه 25 بهمن 1385, 6:15 am

سراميکهاي مغناطيسي چيستند و چه کاربردهايي دارند

مواد مغناطيسي از جمله مواد مهندسي بسيار مهمي هستند كه كاربردهاي مختلفي را به خود اختصاص دادهاند. به طور مثال ميتوان به كاربرد آنها درسيستمهاي الكترونيكي اشاره كرد كه هر روزه از آنها استفاده ميكنيم. متن زير كه از خبرنامة انجمن سراميك ايران (شمارة 10) نقل شده است، به معرفي و كاربرد مواد مغناطيسي پرداخته است:

به طور كلي مواد مغناطيسي به دو دسته سختمغناطيس (نظير آهنرباهاي دائم) و نرممغناطيس (نظير مواد مغناطيسي با پسماند مغناطيسي كم) تقسيمبندي ميشوند:
1- آهنرباهاي دائم سراميكي

مواد مغناطيسي دائم به دستهاي از مواد اطلاق ميشود كه خاصيت مغناطيسي خود را پس از حذف ميدان مغناطيسي خارجي حفظ ميكنند و كاربردهاي وسيعي را به خود اختصاص دادهاند. به عنوان مثال ميتوان از كاربرد آنها در يخچالها، موتورهاي جريان مستقيم، نگهدارندهها، دستگاههاي سنجش، بلندگوها و بسياري موارد ديگر نام برد.

اكثر آهنرباهاي دائمي تجارتي، از فريتهاي سختمغناطيس سراميكي تشكيل شدهاند كه حاوي اكسيدهاي مختلفي ميباشند. البته قيمت مواد اوليه فريتهاي سختمغناطيس، در مقايسه با مواد مورد نياز براي آهنرباهاي فلزي نظير آلياژ AlNiCo و يا تركيبات آلياژهاي كمياب خاكي، كمتر ميباشد. همچنين لازم به ذكر است كه فريتهاي سختمغناطيس سراميكي، به لحاظ دارا بودن ميدانهاي پسماندزداي (Hc) قويتر در مقايسه با آهنرباهاي فلزي نظيرAlNiCo، ميتوانند در ابعاد كوچكتري، بدون اينكه مواجه با خطر ميدانهاي آهنربازدا باشند، تهيه شوند.

فريتهاي سختمغناطيس سراميكي از نوع هگزاگونال، يك بخش از خانواده اكسيدهاي كمپلكس با فرمول عمومي MO.6Fe2O3 ميباشند كه MO معرف اكسيدهاي: باريم، استرانسيم، سرب و يا تركيبي از اين عناصر ميباشند. از مواد مهم تجارتي در اين گروه ميتوان به فريتهاي باريم با فرمول BaO.6Fe2O3 و فريت استرانسيم با فرمول SrO.6Fe2O3 اشاره كرد.

در اين راستا از افزودنيهاي مختلفي نظير Sio2 يا AL2O3 بمنظور افزايش ميدان پسماندزداي (Hc) و كمك زينتر، استفاده ميگردد. سراميكهاي مغناطيسي همچنين بر مبناي ميزان نظم ريزساختارشان كه درپروسه توليد قابل كنترل ميباشد، به دو گروه تقسيم ميشوند:

نوع اول مگنتهاي آنيزوتروپ(جهتدار)، كه داراي يك محور ترجيهي مغناطيسي ميباشند و نوع دوم مگنتهاي ايزوتروپ (غيرجهت­دار)، كه داراي يك بافت ريزساختاري جهتدار نميباشند و خواص مشابهي را در جهات مختلف از خود نشان ميدهند. همچنين در مگنتهاي جهتدار آنيزوتروپ بخاطر وجود يك محور يكسان، انرژي مغناطيسي ماكزيمم ميباشد.

كاربرد مواد مغناطيسي دائم بر پاية عملكرد ويژه مغناطيسيشان ميباشد و در سيستمهاي فضانوردي، كامپيوتر، الكترونيك، پزشكي، صنعت خودروسازي، صنايع نظامي، وسايل انتقال اطلاعات و غيره مشاهده ميشوند. در واقع فريتهاي سخت مغناطيس سراميكي در بسياري از موارد مورد استفاده قرار ميگيرند: از اسباببازيهاي ساده و قفلهاي كابينت گرفته تا موتورهاي الكتريكي DC.

آهنرباهاي بزرگ در سپراتورهاي مغناطيسي براي تغليظ مينرالها و ف_ * ل*_ ت ر آبي و آهنرباهاي كوچك در صفحات نمايشگر اطلاعات مورد استفاده قرار ميگيرند. در صنعت، آهنرباهاي دائم سراميكي به چندين گروه تقسيم ميشوند: سراميكهاي مغناطيسي مشهور به گروه 1، از مواد ارزان قيمت ساخته ميشوند و كاربردهايي نظير: قفلهاي ساده، كوپلهاي مغناطيسي هممحور براي كنتورهاي آب و ياتاقانهاي بدون اصطكاك در كنتورهاي برق را به خود اختصاص دادهاند.

سراميكهاي مغناطيسي مشهور به گروه 2، در موتورهاي DC مورد استفاده در خودروها، موتورهاي پلهاي (Stepper Motors ) وكوپلهاي مغناطيسي هممحور مورد استفاده قرار ميگيرند.

سراميكهاي مغناطيسي مشهور به گروه 5 ، بصورت آهنرباهاي حلقهاي شكل در بلندگوها و جداكنندهاي مغناطيسي و ديسكهاي مورد استفاده در كوپلهاي مغناطيسي، مورد مصرف قرار ميگيرند.

سراميكهاي مغناطيسي مشهور به گروه 7 و 8، در موتورهاي DC ، موتورهاي Brushiess DC و ژنراتورها و محركهاي القايي خطي استفاده ميشوند.
2- فريتهاي نرممغناطيس

مواد نرممغناطيس بطور كلي با اعمال ميدانهاي ضعيف مغناطيسي، خاصيت مغناطيسي از خود نشان ميدهند. وقتي نيروي اعمالي حذف ميشود، خاصيت مغناطيسي باقيمانده در آنها تضعيف ميگردد. اهميت نرممغناطيسها در بسياري از سيستمهاي الكتريكي و الكترونيكي مشهود است.

مواد نرممغناطيس در سيستمهاي توزيع نيرو، تغيير انرژي الكتريكي به مكانيكي و ارتباطات مايكروويو مورد استفاده قرار ميگيرند. آنها همچنين به عنوان مبدلهاي الكتريكي و مواد فعال جهت ذخيرهسازي اطلاعات در بسياري ازسيستمهاي اطلاعرساني عمل ميكنند. بسياري از كاربردهاي جديد آنها در اثر بهبود خواص و ويژگيهاي اين مواد بوده است.

مواد اولية فريتهاي نرممغناطيس، اكسيدهاي سراميكي هموژني هستند كه اكسيد آهن به عنوان جزء اصلي آنها ميباشد. فريتها مي­توانند ساختارهاي كريستالي متفاوتي را دارا باشند.

بطور كلي 3 ساختار كريستالي براي فريتهاي تجاري امروزي شناخته شده است:

اولين كلاس داراي ساختار مگنتوپلامبايت هگزاگونالي است (مثل: BaFe12O19).

دومين كلاس داراي ساختار گارنت ميباشد كه به گارنت مغناطيسي يا فريتهاي مايكروويو نيز شهرت دارد. فرمول عمومي اين گروه بصورت 3M2O3.5FeO3 يا M3Fe5O12 ميباشد. يونهاي فلزي در اين تركيب، در مقايسه با دو كلاس ديگر سه ظرفيتي هستند. در گارنتهاي مغناطيسيM، معمولاً ايتريم (Y)+3 يا يكي از يونهاي كمياب خاكيها نظير Gd+3 بصورت (Gd3Fe5O12) مي­باشد.

سومين كلاس داراي ساختار اسپينلي ميباشد. در اينجا، اكسيدهاي آهن يا فلزاتي نظير: نيكل، منگنز، روي، منيزيم و كبالت بصورت منفرد يا تركيبي وجود دارند. كلاس اسپينلي نام خود را از مينرال غير مغناطيسي MgAl2o4 يا MgAl2o3 گرفته است و داراي ساختار مكعبي پيچيدهاي ميباشد. در اسپينلهاي مغناطيسي، يون دوظرفيتي Mg2+ ميتواند توسط Cu2+، Co2+، Fe2+، Zn2+، Li2+ ، Mn2+، Ni2+، و يا در بيشتر مواقع با تركيبي از اين يونها جايگزين گردد. يون Al3+ نيز ميتواند جانشين Fe3+ گردد.

اسپينلهاي مغناطيسي داراي فرمول عمومي MFe2O4 يا MO.Fe2O3 ميباشند.

نرممغناطيسها همچنين بر اساس محدوده فركانسي نيز تقسيم بندي ميشوند:

فريتهاي غير مايكروويو براي فركانسهايي از محدوده شنوايي تا 500MHz

فريتهاي مايكروويو براي فركانسهايي در محدوده 100MHz-500GHz

فريتهاي غير مايكروويو خود به دو بخش زير تقسيمميشوند:

فريتها با حلقه هيستريزيس مستطيلي شكل براي حافظههاي كامپيوتري

فريتهاي خطي(مركب از فريتهاي منگنز- روي و نيكل- روي) براي مبدل­ها و سلفها در ف_ * ل*_ ت ر

فريتهاي مايكروويو، فراهم كننده يك محيط غيرفعال با تلفات كم مي­باشند كه اجازه انتشار امواج را با تلفات ناچيز فراهم ميكنند. در حقيقت با توجه به اينكه امواج الكترومغناطيس از دو مولفه الكتريكي و مغناطيسي تشكيل شدهاند، با برهمكنش مولفه مغناطيسي موج با ممانهاي مغناطيسي ماده و مولفه الكتريكي موج با مولفه دي الكتريكي فريت، رفتار موج الكترومغناطيس تحت تاثير پارامترهايي نظير قابليت نفوذ مغناطيسي، قابليت نفوذ ديالكتريكي و آهنربايش ماده قرار مي­گيرد. با به كار بردن يك ميدان مغناطيسي DC خارجي، واكنشي بين سينگال مايكروويو و محيط انتشار موج( فريت) صورت ميپذيرد كه امكان كنترل آن را فراهم ميسازد.

بيش از 100 نوع تركيبات فريتي به عنوان فريتهاي مايكروويو براي توليد تجهيزات مخابراتي معرفي شدهاند. مواد فريتي نرممغناطيس در وسايلي نظير: مبدلها، موتورها، ژنراتورها، سولونوئيدها، رلههايDC و حفاظهاي مغناطيسي بكار برده ميشوند. با وجود مقاومت الكتريكي بالا و خواص مغناطيسي خوب، از اين فريتها به عنوان يك هسته عالي براي ف_ * ل*_ ت ر در محدوده فركانسي 50 - 450KHz استفاده ميشود.

با گسترش صنعت توليد تلويزيون در سال 1950، اهميت صنايع توليد فريتها بيشتر نمود پيدا كرد. هستههاي فريتي در سيستم تقارب اشعه الكترونيكي لامپ تصوير تلويزيون و ترانسهايولتاژ، مورد استفاده قرار گرفتند. همچنين از فريتهاي نرم در منابع تغذيه از نوع (Switch Mode) كه كاربردهاي وسيعي، در كامپيوتر و مخابرات دارد، استفاده ميگردد.

در سال 1970 هستههاي فريتي بطور گستردهاي براي ف_ * ل*_ ت ر در وسايل مربوط به سيستمهاي مخابراتي مورد استفاده قرار گرفتند. در سال 1980 از هستههاي فريتي در منابع تغذيه فركانس بالا استفاده گرديد. اكثر فريتهاي اسپينلي رايج، يكي از انواع فريتهاي منگنز-روي و نيكل– روي ميباشند كه در ترانسفورماتورها، سلفها و هدهاي ضبط صوت يا ويدئو به كار ميروند.

عملكرد فريت منگنز- روي ترجيحاً براي فركانسهايي تا 1MHz ميباشد. بقيه فريتهاي اسپينيلي نظير منيزيم- منگنز، نيكل- روي و فريتهاي ليتيمي در تجهيزات مايكروويو، مورد استفاده قرار ميگيرند. بقيه كاربردهاي مربوط به فريتهاي نرممغناطيس شامل هستههاي حافظه، سنسورهاي دمايي، اجزاء موتورهاي الكتريكي، هستههاي ترانسفورماتورها و حذفكنندهاي نويز الكتريكي مي­باشند.

از ميان فريتهايي كه به آنها در اين مقوله اشاره شده است، فريتهاي هگزاگونالي خواص ويژهاي دارند كه آنها رابراي استفاده در فركانسهاي بالا (>100MHz) مناسب كرده است.

فريتهاي نيكل- روي براي فركانسهاي بالاتر از فركانس كاربردي فريتهاي منگنز- روي ترجيح داده ميشوند، زيرا داراي هدايت الكتريكي پائينتري ميباشند. از فريتها معمولاً به عنوان آنتنهاي گيرنده در راديوها استفاده ميشود و به جر‌‌أت ميتوان گفت تقريباً تمام گيرندههاي راديويي AM از اين آنتنها استفاده ميكنند.

نكته قابل ذكر ديگر اينكه، شكل هستههاي فريتي با توجه به خواص مكانيكي و مغناطيسي ويژه طراحي ميشود. به عنوان مثال اشكال مختلفي از هسته براي سلفهاي داراي ضريب كيفيت بالا (Q-Factor) و اتلاف پايين مورد نياز ميباشد.

توسعه بازار مربوط به فريتهاي مايكروويو، وابسته به توسعه سيستمها و تجهيزات مخابراتي و نظامي نظير رادار و غيره ميباشد. فريتهاي مايكروويو نظير گارنت ايتريم-آهن به عنوان هدايتكنندههاي امواج براي انتشار امواج الكترومغناطيس و جابجاكنندهاي فازي (Phase Shiftr) استفاده ميشوند. از ديگر كاربردهاي فريتهاي مايكروويو ميتوان به ايزولاتورها، سيركلاتورها، اسيلاتورها، سوئيچها و ف_ * ل*_ ت ر اشاره كرد.

منبع
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
به قلم حسین صالحی وزیری

Captain
Captain
نمایه کاربر
پست: 1106
تاریخ عضویت: چهار شنبه 29 شهریور 1385, 11:12 am
سپاس‌های ارسالی: 176 بار
سپاس‌های دریافتی: 468 بار
تماس:

پست توسط Mehdi2224 » چهار شنبه 25 بهمن 1385, 6:19 am

سراميكهاي پيزوالكتريك وكاربردهاي آن

پيزوالكتريكها گروهي از سراميكهاي پيشرفته هستند كه كاربردهاي وسيعي در صنايع الكترونيك، صنايع مصرفي، پزشكي و صنايع نظامي دارند. كاربرد سنسورهاي پيزوالكتريكي در صنايع مختلف از جمله صنايع غذايي، دارويي، لوازم برقي و خودرو در حال پيشرفت است. در زير گزارشي از كاربرد، مقياس بازار و مسائل فني اين مواد نقل شده و سپس تحليلي راجع به وضعيت اين تكنولوژي در كشور ارائه شده است:

گزارش فني اقتصادي (مأخذ: خبرنامة انجمن سراميك ايران، شمارة 7 ، صفحات 12و13)

پيزوالكتريسيته توسط پيروژاك كوري در سال 1892 كشف گرديد و از واژه يوناني Piezin بهمعني "فشار" مشتق ميشود. اعمال فشار به برخي كريستالها مانند كوارتز يا برخي سراميكها الكتريسيته توليد ميكند. فشار يا تنش مكانيكي وارد شده به برخي كريستالها باعث جابهجايي دو قطبيهاي ايجاد شده و پديد آمدن ميدان الكتريكي ميشود. آرايش يونهاي مثبت و منفي، تعيينكننده ايجاد يا عدم ايجاد اثر پيزوالكتريسيته است. به همين دليل اثر پيزوالكتريسيته يا ايجاد جريان الكتريسيته القايي توسط وارد كردن فشار، در مواد كريستالي اَنيزوتروپ رخ ميدهد؛ يعني در آن دسته از كريستالهايي كه مركز تقارن ندارند. زيرا در كريستالهاي متقارن هيچ تركيبي از تنشهاي يكنواخت نميتواند سبب جدا شدن بارهاي الكتريكي شود.

اگر يك ماده به عنوان مثال يك سراميك، پيزوالكتريك باشد، وقتي تحت تاثير فشار قرار ميگيرد در سطح آن بار الكتريكي توليد مي­شود؛ يا وقتي در ميدان الكتريكي قرار ميگيرد تغيير شكل مكانيكي مييابد. ميزان بار الكتريكي يا تغيير شكل مكانيكي به تركيب ماده بستگي دارد. در ساختمان اين سراميكها موادي نظير: اكسيد سرب، تيتانيا، زيركونيا و غيره وجود دارند كه بسته به نوع كاربرد اين مواد با نسبتهاي مختلف با هم مخلوط ميشوند. با تغيير تركيب و ابعاد قطعات ميتوان پيزوسراميكها را براي كاربردهاي مختلف طراحي كرد.

كاربردها

موادي كه فشار را به انرژي الكتريكي و انرژي الكتريكي را به انرژي حركتي تبديل ميكنند در موارد مختلفي از جمله در مبدلهاي پيزوالكتريك استفاده ميشوند. حسگرهاي (Sensor) كوچك، كم خرج، حساس و كارآمد با رشد قابل توجهي امروزه در صنعت خودرو اهميت يافتهاند. مدلهاي جديد خودرو بين 18 تا 30 سنسور دارند كه شامل سنسورهاي فشار براي كنترل ميزان فشار وارده به صندليها، سنسورهاي دما براي كنترل ميزان گرما و شرايط جوي، سنسورهاي جريان براي ورودي هواي خودرو و سنسورهاي شتاب براي سيستم ضد قفل ترمزي(ABS) ميباشند. در صنايع پيشرفته نيز به طور وسيعي از اين سنسورها استفاده ميشود؛ مثلاً صنايع نفت، غذايي و آشاميدني و دارويي همگي از اين سنسورها براي كنترل سطح جريان سيال (flow and level monitoring) استفاده ميكنند. سنسورهاي جريان سيال و سطح و مبدلهاي دوپلر، تخليه اتوماتيك مخازن نفت و خطوط لوله را كنترل ميكنند.

صنايع ديگر از سنسورها براي تستهاي غير مخرب استفاده ميكنند؛ مانند تستهاي غير مخرب تيرهاي فولادي، خطوط راهآهن و بدنه هواپيما. در بخش مراقبتهاي پزشكي نيز از پيزوسراميكها در مبدل تصويرگرهاي تشخيصي و مونيتورهاي fetal heart استفاده ميشود كه هزينه پايين و ايمني بالا نشان كارايي اين فراورده است. كاربردهاي ديگر، شامل تفنگهاي ليزري براي درمان آب مرواريد چشم، چاقوهاي كوچك جراحي و كالبدشكافي، متهها و پاككننده‌هاي دنداني، پمپهاي IV و پمپهاي قلب ميشود. مبدلهاي كوچك كه در مجاري خون جهت ثبت تغييرات متناوب ضربان قلب بيمار قرار داده ميشوند نيز ازسنسورهاي پيزوالكتريك ساخته ميشوند.

توليدكنندگان فراوردههاي مصرفي نيز از استفاده كنندگان سنسورها هستند. در ماشين­هاي لباسشويي از سه سنسور براي كنترل ميزان بار و ميزان سطح آب و كنترل چرخش استفاده ميشود. سنسورهاي پيروالكتريكي (توليد بار الكتريكي در سطح يك بلور در اثر گرما را پيروالكتريسيته گويند كه تمامي مواد پيروالكتريك، پيزوالكتريك نيز هستند) در فرهاي مايكروويو شرايط غذا را كنترل ميكنند و در يخچالها از سنسورهاي برفك استفاده ميشود. به علاوه از آنها در ترانسفورماتورهاي اولتراسونيك در مرطوب كنندهها، اتمايزرها، فندكهاي اجاق گاز، زنگ خطر آژيرهاي خطر، دستگاه ناقل صدا در گيتارهاي اكوستيك و ضبط صوتهاي داراي ديسك فشرده نيز استفاده ميشود.

يك استفاده مهم سراميك پيزوالكتريك در ايجاد و دريافت كردن امواج صوتي است. گستره كاربرد اين مواد از ابزارها و تجهيزات اولتراسونيكي براي عمقيابي در دريا و پيدا كردن محل تجمع ماهيها تا تجهيزات ردياب زيردرياييها ميباشد. مثلاً دردماغه زيردريايي(Trident) از 5 تن مواد پيزوسراميك كه همگي به صورت ديسكهايي با قطر 4 اينچ و ضخامت 0.25 اينچ هستند استفاده شده است كه اين تكنولوژي، زيردريايي را به حركت سريع، آرام و بي صدا در ميان آب قادر مي­سازد. كاربردهاي ديگر اثر پيزوالكترسيته در برشكاري و جوشكاري و عيبيابي در داخل قطعات فلزي صنعتي است. جديدترين كاربردهاي اين مواد در پرينترهاي ink-jet است. از مواد فعالكننده نويز تا ايستگاههاي فضايي (مثلRaytheon)، پيزوسراميكها اجزا كليدي مورد نياز براي ساخت قطعات پيشرفته و سيستمهاي كارآمد را تشكيل خواهند داد.

فرايند توليد

فرايند ساخت پيزوسراميكها شامل 16 مرحله است كه با وزن كردن، مخلوط كردن و آسياب كردن موادي مانند زيركونيا، اكسيد سرب، تيتانيا، نيوبيا و اكسيد استرانسيم و غيره شروع ميشوند. سپس مواد مخلوط شده كلسينه شده و واكنش انجام ميدهند تا تركيب تيتانات-زيركونات سرب تشكيل شود. تركيب تيتانات-زيركونات سرب تشكيل شده كه داراي مقداري رطوبت است به اندازه ذرات خيلي ريز آسياب ميشود. سپس چسبها و روانسازها افزوده ميشوند و ماده به دستآمده در اسپريدراير خشك ميشود تا يك پودر آماده براي تراكم حاصل شود.

بعد از آماده سازي مواد اوليه، فرايندي كه براي شكل دادن سراميك به كار گرفته ميشود، استفاده از پرس خشك يا ايزواستاتيك با فشار اعمالي بين 6 تا 100 تن است. اجزا شكل داده شده در دماي 1300 درجه فارنهايت در شرايط كنترلشده اتمسفري پخت بيسكويت ميشوند تا چسبها و روانكنندههاي لازم براي عمل شكلدهي در اين مرحله سوخته و خارج شود. قطعات بيسكويت در بوتههاي مخصوص "آلومينا بالا" قرار داده شده و براي پخت در دماي بالا در داخل كوره قرار داده ميشوند. كوره الكتريكي تا حدود دماي 2300 درجه فانهايت گرم ميشود و به مدت سه ساعت در اين دما نگه داشته ميشود (قطعات سراميكي براي كنترل تبخير احتمالي اكسيد سرب در خلال فرايند پخت در دماي بالا در بوتههاي آلومينا بالا قرار داده ميشوند).

سپس سراميك پختهشده با دقت زيادي به اندازههاي معين ماشينكاري ميشود. بعد از مرحله اندازهبندي، قطعات سراميك متاليزه ميشود؛ يعني يك پوشش فلزي روي سطح آنها نشانده ميشود. اين كار به كمك تكنيك "silk screening" انجام ميشود و از الكترودهاي نقره، طلا، نيكل يا پلاتينيوم-پالاديوم استفاده ميشود. الكترودهاي متاليزه شده روي يك شبكه توري شكل كه از سيم­هاي فلزي نسوز تشكيل شده است قرار گرفته و به داخل كوره حمل ميشوند و در دمايي در حدود 700 درجه سانتيگراد پخته ميشوند.

بعد از اين مرحله، نوبت به عمل قطبيكردن قطعههاي سراميكي ميرسد. در عمل قطبيكردن ولتاژ جريان مستقيم(DC) به سراميكي كه در يك روغن ديالكتريك گرمشده و مقاوم قرار دارد، اعمال ميشود تا دوقطبيهاي آن در يك سمت جهتگيري كنند. قطعات سراميكي قطبيشده اكنون پيزوالكتريك هستند. بعد از قطبي كردن، نوبت به كنترل كيفي خواص ميرسد. قطعات جهت تضمين و تامين كردن خواص الكتريكي متناسب با نوع كاربردشان، آزمايش و بررسي ميشوند. قطعات آزموده شده آماده بستهبندي و ارسال و استفاده هستند.

مقياس بازار

بهعلت كاربردهاي وسيع پيزوسراميكها ميزان عرضه آنها بسيار وسيع است. از نظر جهاني بازار اين مواد تقريباً 11 ميليارد دلار است و در ايالات متحده در حدود 1.5 ميليارد دلار تخمين زده ميشود. كارشناسان صنعت پيشبيني ميكنند كه بازار اين مواد از رشدي به ميزان 20 تا 25 درصد در سه تا پنج سال آينده برخوردار خواهد بود. بهعنوان مثال تا پنج سال پيش صنعت خودرو مصرف‌كننده عمدهاي براي پيزوسراميك نبود اما امروز در خودروهاي جديد بالغ بر 30 قطعه پيزوسراميكي استفاده ميشود.

تحليل:

اگر قبول كنيم توليد محصولات سراميكهاي پيشرفته امري ضروري است (رجوع شود به سخنان دكتر مارقوسيان)، طبيعتاً بايد با راهكارهاي مشخص و با تعيين اولويتها پا به عرصة اين تكنولوژي گذاشت. با توجه به اينكه سراميكهاي پيشرفته شامل چند شاخه است، ابتدا بايد وارد شاخههايي شد كه علاوه بر قابل دستيابي بودن دانش فني و سهولت در انتقال تكنولوژي از بازار بزرگي در آينده برخوردار باشند.

پيزوالكتريكها همچنان كه در متن آمده است حدود 17 درصد بازار سراميكهاي پيشرفته را به خود اختصاص دادهاند ضمن اينكه داراي رشد بازار بسيار خوبي نيز ميباشند. در حال حاضر به صورت محدود در صنايع الكترونيك شيراز اين محصول توليد ميشود كه نشان دهندة وجود دانش فني و فناوري توليد هر چند به صورت محدود در كشور است. بنابراين با توجه به زمينههاي موجود و بازار رو به رشد اين تكنولوژي، پرداختن به آن در كشور داراي اولويت به نظر ميرسد.

منبع
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
به قلم حسین صالحی وزیری

Captain
Captain
نمایه کاربر
پست: 1106
تاریخ عضویت: چهار شنبه 29 شهریور 1385, 11:12 am
سپاس‌های ارسالی: 176 بار
سپاس‌های دریافتی: 468 بار
تماس:

پست توسط Mehdi2224 » چهار شنبه 25 بهمن 1385, 6:27 am

توليد مواد سراميكي انعطاف پذير به كمك نانوتكنولوژي

ضعف عمدة مواد سراميكي در كاربردهاي مهندسي، ترد بودن و عدم انعطافپذيري اين مواد است. خبر زير بيانگر پيشرفتي با كمك نانوتكنولوژي است كه به وسيلة آن ضعف سراميكها از لحاظ انعطاف­پذيري تا حد زيادي بر طرف ميشود:

خبر: مأخذ: [لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

محققان دانشگاه كُرنل با استفاده از نانوشيمي، گروهي جديد از مواد تركيبي را توليد كرده و به نام "سراميكهاي انعطاف‌پذير" نام­گذاري كرده‌اند. اين مواد كاربردهاي گسترده‌اي، از قطعات ميكروالكترونيكي گرفته تا جداسازي مولكولهاي بزرگ، مانند پروتئينها خواهند داشت.

آنچه در اين زمينه، حتي براي خود محققان، بيشتر جلب توجه مي‌كند آن است كه ساختمان مولكولي مادة جديد در زير ميكروسكوپ الكتروني (TEM) به صورت ساختمان مكعبي است كه با پيشگوييهاي رياضيدانان قرن گذشته مطابقت مي‌كند. اولريش ويسنر، استاد علوم و مهندسي مواد دانشگاه كُرنل، مي‌گويد: "ما اكنون در تحقيقات پليمري به ساختمانهايي برخورد مي‌كنيم كه رياضيدانها مدتها قبل وجود آنها را از نظر تئوري اثبات كرده‌اند."

ويسنر در گردهمايي سالانة جامعة فيزيك آمريكا در مركز گردهمايي اينديانا، در مورد سراميكهاي انعطاف‌پذير جديد ‌گفت: "رفتار فاز كوپليمر، موجب جهتدهي تركيب­هاي نانوساختاري آلي/معدني مي‌شود." به عقيدة وي، اين ماده يك زمينة تحقيقاتي مهيج و ضروري است كه نتايج علمي و تكنولوژيكي بسيار زيادي از آن بدست مي‌آيد.

گروه تحقيقاتي ويسنر از طريق شكلهاي كاملاً هندسي كه در طبيعت يافت مي‌شوند، به طرف نانوشيمي هدايت شد. محققان دانشگاه كُرنل تصديق كرده‌اند كه ساده‌ترين راه تقليد از طبيعت، استفاده از پليمرهاي آلي ‌مخصوصاً موادي موسوم به كوپليمرهاي دي‌بلاك است زيرا اين مواد مي‌توانند به‌طور شيميايي به صورت نانوساختارهاي با اَشكال هندسي مختلف ساماندهي شوند. اگر پليمر بتواند به طريقي با مواد غيرآلي (معدني) مثلاً ‌يك سراميك، خصوصاً يك ماده از نوع سيليكاتي تركيب شود، مادة حاصل، تركيبي از خواص زير را خواهد داشت:

1) انعطاف‌پذيري و كنترل ساختار (از پليمر)

2) عملكرد بالا (از سراميك)

ويسنر مي‌گويد: "خواص مواد حاصل، فقط جمع سادة خواص پليمرها و سراميك نبوده، حتي ممكن است اين مواد خواص كاملاً جديدي نيز داشته ‌باشند." محققان دانشگاه كُرنل تاكنون فقط تكه‌هاي كوچكي از سراميك انعطاف‌پذير، با وزن چند گرم را ساخته‌اند كه البته براي آزمايش خواص مواد، كافي است. مادة حاصل، شفاف و قابل خم‌كردن است، در عين حال مقاومت قابل توجهي داشته و بر خلاف سراميك خالص خُرد نمي‌شود.

در بعضي موارد، اين ماده، يك هادي يوني بوده و قابليت كاربرد به صورت الكتروليت‌ باتريهاي با كارآيي بالا را دارد. همچنين مادة جديد ممكن است در پيلهاي سوختي بكار برود.

ساختار متخلخل سراميكهاي انعطاف‌پذير وقتي شكل مي‌گيرد كه ماده در دماهاي بالا عمليات حرارتي شود. به عقيدة ويسنر، اين در حقيقت اولين ماده با چنين هندسه و توزيع كم اندازة حفره‌هاست. چون ماده فقط حفره‌هاي 10 تا 20 نانومتري دارد. محققين دانشگاه كُرنل، در تلاشند تا دريابند كه "آيا اين مواد مي‌توانند براي جداسازي پروتئينهاي زنده استفاده شوند؟"

ويسنر عقيده دارد كه به‌ خاطر قابليت خودساماندهي اين مواد، مي‌توان آنها را به صورت ناپيوسته و در مقياس زياد توليد كرد. او مي‌گويد: "ما مي‌توانيم ساختار را كاملاً كنترل كنيم. ما مي‌توانيم با كنترل خيلي خوبي اين ماده را به مقياس نانو برسانيم. ما حالا مي‌دانيم كه چگونه مجموعه‌ا‌ي از ساختارهاي با شكل و اندازه حفره‌هاي يكسان بسازيم."

محققان دانشگاه كُرنل اين عمل را با كنترل "فازها" و يا با معماري مولكولي ماده بوسيلة كنترل‌كردن مخلوطي از پليمر و سراميك انجام مي‌دهند. ماده از چند مرحلة انتقالي عبور مي‌كند؛ از مكعبي به 6 وجهي و سپس به ‌نازك و مسطح و بعد به 6 وجهي وارونه و مكعبي وارونه ميرسد. ماده پس از مرحلة مسطح و قبل از مرحلة 6 وجهي وارونه، به صورت ساختمان مكعبي دوگانه موسوم به Plamber’s nightmare مي‌باشد كه قبلاً در سيستمهاي پليمري يافت نشده‌ بود. اين ساختمان اولين ساختار با چنين قابليت انعطاف بالايي است كه بوسيلة تركيب خاصي از پليمرها و سراميكها توليد مي‌شود. ويسنر مي‌گويد: "اين شانس وجود دارد كه ما به مجموعه‌ا‌ي از ساختارهاي دوگانة ديگر كه در پليمرها وجود دارد و ديگران چيزي در مورد آنها نمي‌دانند، دست پيدا كنيم. ما راه را براي يافتن هرچه بيشتر چنين ساختارهايي باز كرده‌ايم."

اين تحقيقات بوسيلة بنياد ملي علوم، انجمن ماكس پلانك و مركز تحقيقات مواد دانشگاه كُرنل، پشتيباني شده‌است.

تحليل:

نانوتكنولوژي با تواناييهايي كه به بشر در فرايندهاي ساخت داده است، اين امكان را فراهم آورده تا بتوان در نحوة چينش اتمها دخالت كرد و با تغيير دادن نحوة چينش و نوع پيوندها بتوان خواص مورد نظر را در محصول نهايي بوجود آورد. آنچه در خبر فوق آمده است پيشرفتي در ساخت سراميكها با استفاده از فرايندهاي نانو است كه خواص ويژهاي به اين مواد ميدهد. چنانچه گفته شد، ضعف عمدة سراميكها تردي و عدم انعطافپذيري است كه كاربرد آنها را در ساخت قطعاتي كه در معرض تنشهاي مختلف هستند محدود ميكند. با اين فناوري محدودة كاربرد وسيعتري براي اين مواد بوجود ميآيد.

با توجه به ادعاي آقاي ويسنر كه توليد انبوه اين ماده را تاييد ميكند, ميتوان به تجاري شدن اين محصول در آينده نزديك و ورود آن به بازار رقابت اميدوار بود.

منبع
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
به قلم حسین صالحی وزیری

Captain
Captain
نمایه کاربر
پست: 1106
تاریخ عضویت: چهار شنبه 29 شهریور 1385, 11:12 am
سپاس‌های ارسالی: 176 بار
سپاس‌های دریافتی: 468 بار
تماس:

پست توسط Mehdi2224 » شنبه 28 بهمن 1385, 2:05 am

استفاده از نانوتكنولوژي براي تصفية آب آشاميدني در چي

يكي از كاربردهاي مهم نانوتكنولوژي، ف_ * ل*_ ت ر مي­باشد. اين تكنولوژي امكان جداسازي ذرات در مقياس نانو از آب را فراهم مي­كند. در زير، خبري از كاربرد نانوتكنولوژي در تصفية آب آشاميدني در چين نقل شده است:

خبر: (مأخذ: English.cri.com.cn)

فناوري­هاي جديد، امكان توليد آب ف_ * ل*_ ت ر شده را در مقياس انبوه فراهم مي‌كند. بنا به اظهارات يك كارشناس علوم محيطي در چين، آب تصفيه‌شده به توسط ف_ * ل*_ ت ر در دانشگاه تيانجين، به اندازة آب‌معدني تصفيه‌شده ارزش دارد.

با استفاده از ف_ * ل*_ ت ر، مواد معدني لازم براي سلامتي انسان در آب باقي مانده و مواد سمي و مضر، از آن حذف مي‌گردد.

با توجه به اينكه 50 درصد آب­هاي زيرزميني شهرهاي چين آلوده و 78 درصد آب در رودخانه‌هاي مناطق شهري غيرقابل شرب مي‌باشد، اين فناوري جديد در تصفية آب، طرفداران زيادي دارد. درحال حاضر 10 مركز تصفية آب با استفاده از ف_ * ل*_ ت ر در چين، به كار مشغولند.

تحقيقات نشان مي‌دهد كه با مصرف آب حاصل از ف_ * ل*_ ت ر، در مدت طولاني، شيوع بيماري­هاي قلبي و عروقي و سرطان به ترتيب به ميزان 40 درصد و 20 درصد كاهش مي‌يابد.

تحليل:

تصور اوليه در مورد نانوتكنولوژي اينست كه كاربردهاي آن در صنايع خاص و عمدتاً پيچيده مي‌باشد. ولي خبر فوق نشانگر اينست كه نانوتكنولوژي مي‌تواند بشر را در حل عمومي‌ترين مشكلات زندگي روزمره نيز ياري كند. استفاده از نانوتكنولوژي در تصفيه آب در كشوري مثل چين نشان مي‌دهد كه حتي كشورهايي كه شروع كننده نانوتكنولوژي نبوده و بودجه‌هاي چندصد ميليون دلاري صرف تحقيقات آن ننموده‌اند، مي‌توانند در بعضي زمينه‌ها موفق باشند. مهم اينست كه پتانسيل و لوازم نانوتكنولوژي را به خوبي بشناسيم و سعي كنيم با توجه به توانمندي‌هاي موجود كشور و با اهداف و جهت‌گيري مشخص‌، از ظرفيت‌هاي نانوتكنولوژي بيشترين استفاده را ببريم.

ارسال پست

بازگشت به “فيزيک”