ریپورتر
29th November 2009, 05:59 PM
فناوري نانو و كاربرد ان در صنايع هوافضا
صنعت هوافضا محيط مناسبي براي رشد و توسعه فناوري‌هاي نوظهور و علوم مربوط به آنها ميباشد اگر چه هنوز نانوفناوري در آغاز حيات خود قرار دارد، ولي در همين چند سال اخير اميدهاي زيادي را در بين دانشمندان براي دستيابي به مواد با قابليت‌هاي بالا و ساخت محصولات با عمر و كيفيت بالا ايجاد کرده است و باعث شده است كه تحقيقات در زمينه نانو به‌عنوان يك چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد.
نانوفناوري به معناي توسعه، ساخت، طراحي و استفاده از محصولاتي است كه اندازه يكي از ابعاد آنها در بازة 1 تا 100 نانومتر قرار دارند. در حقيقت نانوفناوري يك فناوري جديد نيست، بلكه يك مقياس جديد در فناوري‌ها و رويکردي جديد در تمام رشته‌ها است كه اين توانايي را به بشر مي‌دهد تا بتواند دخالت خود را در ساختار مواد گسترش دهد و در ابعاد بسيار ريز 9-10متر، به ساخت و طراحي دست بزند. اين توانايي در آينده در تمامي فنآوري‌هايي كه بشر تاکنون به آن دست يافته است، اثرگذار خواهد بود و باعث خلق فناوري‌هاي جديدي هم خواهد شد.
فناوري نانو هنوز در مراحل اوليه رشد خويش ميباشد. گرچه هم اکنون برخي از محصولات اين فناوري در بازار موجود است، ولي اين دانش بايستي قبل از تجاري شدن هم از جنبه‌هاي توليدي و هم از جنبه‌هاي علمي پيشرفت نمايد. فناوري نانو يكي از بازيگران اصلي در عرصه فناوري‌هاي نو ميباشد كه انتظار مي‌رود در سال‌هاي آتي تاثير زيادي بر كيفيت زندگي انسان بگذارد.
اين مسئله كه کاربردهاي نانوفناوري همراه با هزينه کمتر، دوام و عمر بيشتر، مصرف انرژي پايين‌تر، هزينه نگهداري کمتر و خواص فيزيكي بهتر است، از جمله دلايل جذابيت نانوفناوري براي صنايع هوافضا در حوزه‌هاي مختلف از جمله هوانوردي تجاري، حمل ونقل هوايي، هواپيماهاي نظامي، بالگردها، ماموريت‌هاي فضايي، هواپيماهاي بدون سرنشين و غيره ميباشد. به همين دليل رويکرد جديد و اولويت بسياري از مراكز تحقيقاتي در ارتباط با فناوري نانو است.
نانولولهها
نانولولهها همان چيدن ملكول‌ها به صورت ساختاري لوله‌مانند است كه باعث بوجود آمدن خواص فوق‌العاده‌اي از لحاظ فيزيكي در مواد تهيه‌شده با اين مواد ميشود. اين مواد در ميان‌مدت اثرات خود را در بازار خواهند گذاشت. اين ارتقا بيشتر در نانوكمپوزيتها در صنايع مرتبط با آنها از جمله هوافضا خواهند بود. توليد نانولولهها تاكنون كم بوده است ولي در 5 تا 10 سال آينده نانولولهها كمكم كاربردي خواهند شد. برخلاف نانوكامپوزيتهاي سيليكاتي كه نسبت استحكام به وزن را 20 الي 30 درصد افزايش ميدهند نانولولهها اين نسبت را براحتي 100 درصد و حتي بيشتر افزايش ميدهند. با كاهش قيمت اين مواد در آينده بكارگيري آنها در صنعت هوافضا حتمي خواهدبود و به علت اهميت پرامتر وزن و نقش اقتصادي آن در صنايع هوافضا استفاده از اين مواد در صنعت هوافضا سريعتر از ديگر صنايع خواهد بود. تحقيقات بر روي نانولولهها هنوز در مراحل ابتدايي خود قرار دارد. روش ساخت نانولولههاي خالص در مقادير بالا از جمله اهداف اين تحقيقات ميباشد. براي توليد نانولولهها از مواد مختلفي استفاده ميشود نانولولههاي كربني و نانولولههاي نيتريدبور از انواع اين مواد هستند. نانولولههاي كربني توانايي تحمل دماهاي بالا را ندارند در حاليكه نانولولههاي نيتريدبور مقاومت بسيار بالاتري به دما دارند.
http://gallery.military.ir/albums/userpics/image019.png
http://gallery.military.ir/albums/userpics/image021.jpg
http://gallery.military.ir/albums/userpics/image023.png
نانولولههاي كربني
نانولولههاي كربني مقاومتر از فولاد و سبكتر از آلومينيوم هر صنعتي را كه نيازمند پارامتر استحكام و وزن است را مجذوب مينمايد.
هم‌اكنون صنعت هوافضا به سمت استفاده از نانولولهها در طراحي بدنه هواپيماها پيش مي‌رود استفاده از چنين مواد مقاوم و سبكي صنعت
هوافضا را در آينده متحول خواهد نمود. استفاده از كامپوزيتهاي پليمري كه توسط نانولولههاي كربني تقويت شدهاند [1] يكي از كاربردهاي
نانولولههاي كربني خواهد بود. اين مواد جديد به علت استحكام بيشتر و سبكي قادر خواهند بود به صورت بهتري شكل مورد نظر طراحان ايروفويل
را تأمين كنند به اين ترتيب با كاهش نيروي پسآي هواپيما، هواپيما راندمان بهتري خواهد داشت مصرف سوخت كاهش يافته و برد افزايش مييابد.
هواپيما در زمان كوتاهتري از زمين بلند ميشود و هزينه تعمير نگهداري نيز كاهش مييابد.
كامپوزيتهاي پليمري تقويت شده توسط نانولولههاي كربني 50 درصد سبكتر و 6 برابر مقاومتر از كامپوزيتهاي فيبركربني كنوني خواهد بود.
در زير مقايسه‌اي از چند ماده مورد استفاده در صنعت هوافضا با مواد جديدي كه توسط نانولولهها تقويت شدهاند را مشاهده مي‌نماييد.
ماده چگالي (gr/cc) ضريب استحكام (Gpa) استحكام (MPa)
استيل با كربن بالا 6.7 207 676
تيتانيوم 5.4 83 241
آلومينيوم 2024 8.2 70 486
كامپوزيتهاي فيبر كربني 7.2 140 2505
كامپوزيتهاي پليمري
تقويت شده با نانولولههاي كربني 2.1 147 15220
سراميكها:
كاربرد سراميكهاي توليد شده توسط فناوري نانو را ميتوان به دو دسته تقسيم نمود. دسته اول: سراميكهاي در ابعاد نانو يا نانوپودرهاي سراميكي هستند. دسته دوم: سراميكهايي هستند كه ابعاد دانهبندي آنها در حد نانو ميباشد.
يكي از مشكلات سراميكها شكنندگي آنهاست كه در تحقيقات انجام شده براي حل اين تمركز ويژهاي بر روي دانهبندي سراميكها شده است تا به اين ترتيب خواص ترمومكانيكي اين مواد بهبوديافته و سراميكي‌هايي با قابليت شكل‌پذيري بهتر توليد گردد.
با استفاده از نانوپودرها دماي ذوب كاهش يافته و زمان تثبيت مواد سراميكي نيز كاهش مييابد به اين ترتيب هزينه توليد اين مواد كاهش مييابد. بهبود خواص ترمومكانيكي تكنيكهاي ساخت جديدي مانند پردازش فلز و سراميك با هم را ممكن ميسازد كه اين موضوع نيز در كاهش هزينههاي توليد مؤثر خواهد بود. در توليد نانوپودرهاي سراميكي از فرآيندهاي فاز مايع و گاز استفاده ميشود و با روشهاي موجود ميتوان نانوپودرهاي سراميكي با خلوص شيميايي بالا و مقادير قابل توجه توليد نمود. البته يكي از مشكلات سراميكهاي كنوني شكل‌دهي و نحوه اتصال آنها به اجزاي ديگر است كه تحقيقات جديد اميدهايي را براي حل اين مشكل ايجاد كرده است.
در كاربردهاي هوافضايي سراميكها در حفاظت حرارتي و شيميايي مورد استفاده قرار ميگيرند. به عنوان مثال براي پوششدهي كامپوزيتها تقويت شده با نيتريدبور به عنوان حافظ شيميايي بكار برده ميشود. كاربرد سراميكهاي ساخته شده با فناوري نانو در سنسورها، الكترونيك نوري و سازههاي فضايي در حال گسترش است.
يكي از موضوعات مورد توجه ساخت سراميكهاي بزرگ شفاف و با استحكام بالا ميباشد. از ديگر كاربردهاي سراميك استفادة اين مواد در سنبادهها ميباشد مؤسسه فرانهوفرIKTS روشي را براي توليد سراميكهاي سنباده با ساختارهاي كوچكتر از ميكرون را دنبال ميكند. سنبادههايي با استفاده از اكسيدآلومينيومAl2O3 با مقاومت بالا (MPa 900-600) توليد شدهاند كه در مقابل خراش و شفافيت بسيار مقاوم هستند.
روشهاي كنترل رشد دانه در طول فرآيند توليد اين امكان را بوجود آورده است كه بافتهايي چگال و بدون تخلخل توليد شود كه تضمينكننده استحكام خواهند بود اين سراميكها در سطوح خارجي شفاف و پوسته فضاپيماها مورد استفاده قرار ميگيرند
http://gallery.military.ir/albums/userpics/image042.jpg
http://gallery.military.ir/albums/userpics/59872ATLANTIS%2520SHUTTLE.jpg
دانشجويان اوكراين.
صنعت هوافضا محيط مناسبي براي رشد و توسعه فناوري‌هاي نوظهور و علوم مربوط به آنها ميباشد اگر چه هنوز نانوفناوري در آغاز حيات خود قرار دارد، ولي در همين چند سال اخير اميدهاي زيادي را در بين دانشمندان براي دستيابي به مواد با قابليت‌هاي بالا و ساخت محصولات با عمر و كيفيت بالا ايجاد کرده است و باعث شده است كه تحقيقات در زمينه نانو به‌عنوان يك چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد.
نانوفناوري به معناي توسعه، ساخت، طراحي و استفاده از محصولاتي است كه اندازه يكي از ابعاد آنها در بازة 1 تا 100 نانومتر قرار دارند. در حقيقت نانوفناوري يك فناوري جديد نيست، بلكه يك مقياس جديد در فناوري‌ها و رويکردي جديد در تمام رشته‌ها است كه اين توانايي را به بشر مي‌دهد تا بتواند دخالت خود را در ساختار مواد گسترش دهد و در ابعاد بسيار ريز 9-10متر، به ساخت و طراحي دست بزند. اين توانايي در آينده در تمامي فنآوري‌هايي كه بشر تاکنون به آن دست يافته است، اثرگذار خواهد بود و باعث خلق فناوري‌هاي جديدي هم خواهد شد.
فناوري نانو هنوز در مراحل اوليه رشد خويش ميباشد. گرچه هم اکنون برخي از محصولات اين فناوري در بازار موجود است، ولي اين دانش بايستي قبل از تجاري شدن هم از جنبه‌هاي توليدي و هم از جنبه‌هاي علمي پيشرفت نمايد. فناوري نانو يكي از بازيگران اصلي در عرصه فناوري‌هاي نو ميباشد كه انتظار مي‌رود در سال‌هاي آتي تاثير زيادي بر كيفيت زندگي انسان بگذارد.
اين مسئله كه کاربردهاي نانوفناوري همراه با هزينه کمتر، دوام و عمر بيشتر، مصرف انرژي پايين‌تر، هزينه نگهداري کمتر و خواص فيزيكي بهتر است، از جمله دلايل جذابيت نانوفناوري براي صنايع هوافضا در حوزه‌هاي مختلف از جمله هوانوردي تجاري، حمل ونقل هوايي، هواپيماهاي نظامي، بالگردها، ماموريت‌هاي فضايي، هواپيماهاي بدون سرنشين و غيره ميباشد. به همين دليل رويکرد جديد و اولويت بسياري از مراكز تحقيقاتي در ارتباط با فناوري نانو است.
نانولولهها
نانولولهها همان چيدن ملكول‌ها به صورت ساختاري لوله‌مانند است كه باعث بوجود آمدن خواص فوق‌العاده‌اي از لحاظ فيزيكي در مواد تهيه‌شده با اين مواد ميشود. اين مواد در ميان‌مدت اثرات خود را در بازار خواهند گذاشت. اين ارتقا بيشتر در نانوكمپوزيتها در صنايع مرتبط با آنها از جمله هوافضا خواهند بود. توليد نانولولهها تاكنون كم بوده است ولي در 5 تا 10 سال آينده نانولولهها كمكم كاربردي خواهند شد. برخلاف نانوكامپوزيتهاي سيليكاتي كه نسبت استحكام به وزن را 20 الي 30 درصد افزايش ميدهند نانولولهها اين نسبت را براحتي 100 درصد و حتي بيشتر افزايش ميدهند. با كاهش قيمت اين مواد در آينده بكارگيري آنها در صنعت هوافضا حتمي خواهدبود و به علت اهميت پرامتر وزن و نقش اقتصادي آن در صنايع هوافضا استفاده از اين مواد در صنعت هوافضا سريعتر از ديگر صنايع خواهد بود. تحقيقات بر روي نانولولهها هنوز در مراحل ابتدايي خود قرار دارد. روش ساخت نانولولههاي خالص در مقادير بالا از جمله اهداف اين تحقيقات ميباشد. براي توليد نانولولهها از مواد مختلفي استفاده ميشود نانولولههاي كربني و نانولولههاي نيتريدبور از انواع اين مواد هستند. نانولولههاي كربني توانايي تحمل دماهاي بالا را ندارند در حاليكه نانولولههاي نيتريدبور مقاومت بسيار بالاتري به دما دارند.
http://gallery.military.ir/albums/userpics/image019.png
http://gallery.military.ir/albums/userpics/image021.jpg
http://gallery.military.ir/albums/userpics/image023.png
نانولولههاي كربني
نانولولههاي كربني مقاومتر از فولاد و سبكتر از آلومينيوم هر صنعتي را كه نيازمند پارامتر استحكام و وزن است را مجذوب مينمايد.
هم‌اكنون صنعت هوافضا به سمت استفاده از نانولولهها در طراحي بدنه هواپيماها پيش مي‌رود استفاده از چنين مواد مقاوم و سبكي صنعت
هوافضا را در آينده متحول خواهد نمود. استفاده از كامپوزيتهاي پليمري كه توسط نانولولههاي كربني تقويت شدهاند [1] يكي از كاربردهاي
نانولولههاي كربني خواهد بود. اين مواد جديد به علت استحكام بيشتر و سبكي قادر خواهند بود به صورت بهتري شكل مورد نظر طراحان ايروفويل
را تأمين كنند به اين ترتيب با كاهش نيروي پسآي هواپيما، هواپيما راندمان بهتري خواهد داشت مصرف سوخت كاهش يافته و برد افزايش مييابد.
هواپيما در زمان كوتاهتري از زمين بلند ميشود و هزينه تعمير نگهداري نيز كاهش مييابد.
كامپوزيتهاي پليمري تقويت شده توسط نانولولههاي كربني 50 درصد سبكتر و 6 برابر مقاومتر از كامپوزيتهاي فيبركربني كنوني خواهد بود.
در زير مقايسه‌اي از چند ماده مورد استفاده در صنعت هوافضا با مواد جديدي كه توسط نانولولهها تقويت شدهاند را مشاهده مي‌نماييد.
ماده چگالي (gr/cc) ضريب استحكام (Gpa) استحكام (MPa)
استيل با كربن بالا 6.7 207 676
تيتانيوم 5.4 83 241
آلومينيوم 2024 8.2 70 486
كامپوزيتهاي فيبر كربني 7.2 140 2505
كامپوزيتهاي پليمري
تقويت شده با نانولولههاي كربني 2.1 147 15220
سراميكها:
كاربرد سراميكهاي توليد شده توسط فناوري نانو را ميتوان به دو دسته تقسيم نمود. دسته اول: سراميكهاي در ابعاد نانو يا نانوپودرهاي سراميكي هستند. دسته دوم: سراميكهايي هستند كه ابعاد دانهبندي آنها در حد نانو ميباشد.
يكي از مشكلات سراميكها شكنندگي آنهاست كه در تحقيقات انجام شده براي حل اين تمركز ويژهاي بر روي دانهبندي سراميكها شده است تا به اين ترتيب خواص ترمومكانيكي اين مواد بهبوديافته و سراميكي‌هايي با قابليت شكل‌پذيري بهتر توليد گردد.
با استفاده از نانوپودرها دماي ذوب كاهش يافته و زمان تثبيت مواد سراميكي نيز كاهش مييابد به اين ترتيب هزينه توليد اين مواد كاهش مييابد. بهبود خواص ترمومكانيكي تكنيكهاي ساخت جديدي مانند پردازش فلز و سراميك با هم را ممكن ميسازد كه اين موضوع نيز در كاهش هزينههاي توليد مؤثر خواهد بود. در توليد نانوپودرهاي سراميكي از فرآيندهاي فاز مايع و گاز استفاده ميشود و با روشهاي موجود ميتوان نانوپودرهاي سراميكي با خلوص شيميايي بالا و مقادير قابل توجه توليد نمود. البته يكي از مشكلات سراميكهاي كنوني شكل‌دهي و نحوه اتصال آنها به اجزاي ديگر است كه تحقيقات جديد اميدهايي را براي حل اين مشكل ايجاد كرده است.
در كاربردهاي هوافضايي سراميكها در حفاظت حرارتي و شيميايي مورد استفاده قرار ميگيرند. به عنوان مثال براي پوششدهي كامپوزيتها تقويت شده با نيتريدبور به عنوان حافظ شيميايي بكار برده ميشود. كاربرد سراميكهاي ساخته شده با فناوري نانو در سنسورها، الكترونيك نوري و سازههاي فضايي در حال گسترش است.
يكي از موضوعات مورد توجه ساخت سراميكهاي بزرگ شفاف و با استحكام بالا ميباشد. از ديگر كاربردهاي سراميك استفادة اين مواد در سنبادهها ميباشد مؤسسه فرانهوفرIKTS روشي را براي توليد سراميكهاي سنباده با ساختارهاي كوچكتر از ميكرون را دنبال ميكند. سنبادههايي با استفاده از اكسيدآلومينيومAl2O3 با مقاومت بالا (MPa 900-600) توليد شدهاند كه در مقابل خراش و شفافيت بسيار مقاوم هستند.
روشهاي كنترل رشد دانه در طول فرآيند توليد اين امكان را بوجود آورده است كه بافتهايي چگال و بدون تخلخل توليد شود كه تضمينكننده استحكام خواهند بود اين سراميكها در سطوح خارجي شفاف و پوسته فضاپيماها مورد استفاده قرار ميگيرند
http://gallery.military.ir/albums/userpics/image042.jpg
http://gallery.military.ir/albums/userpics/59872ATLANTIS%2520SHUTTLE.jpg
دانشجويان اوكراين.