کاربردهای نانوفناوری در ساخت هواپیماها
نانوفناوری نقش بسیار مهمی در بهبود مواد مورد استفاده در ساخت هواپیماها دارد. این فناوری به تولید مواد سبک‌تر، مقاوم‌تر و با کارایی بالاتر کمک می‌کند. در ادامه به برخی از کاربردهای نانوفناوری در این زمینه اشاره می‌کنم:
- نانوکامپوزیت‌ها: این مواد از ترکیب نانوذرات با مواد پایه مانند پلیمرها ساخته می‌شوند. نانوکامپوزیت‌ها دارای استحکام بالا و وزن کم هستند که باعث کاهش مصرف سوخت و افزایش کارایی هواپیماها می‌شود.
- نانوذرات فلزی: استفاده از نانوذرات فلزی مانند نانوذرات کبالت می‌تواند استحکام بدنه هواپیما را بهبود بخشد. این مواد می‌توانند تا 100 برابر مستحکم‌تر از مواد معمولی باشند و در نتیجه هواپیماهای سبک‌تر و مقاوم‌تری تولید کنند.
- نانوحسگرها: این حسگرها می‌توانند در بدنه هواپیماها تعبیه شوند و اطلاعات دقیقی درباره وضعیت ساختاری و سلامت هواپیما ارائه دهند. این اطلاعات می‌تواند به کاهش نیاز به بازرسی‌های مکرر و افزایش ایمنی کمک کند.
- نانوپوشش‌ها: این پوشش‌ها می‌توانند مقاومت هواپیماها در برابر خوردگی و سایش را افزایش دهند و عمر مفید آن‌ها را بیشتر کنند.
نانوپوشش ها در نانوفناوری هواپیماها
نانوپوشش‌ها در صنعت هواپیماسازی به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردشان کاربردهای گسترده‌ای دارند. در ادامه به برخی از این کاربردها اشاره می‌کنم:
- مقاومت به خوردگی و سایش: نانوپوشش‌ها می‌توانند مقاومت قطعات هواپیما در برابر خوردگی و سایش را افزایش دهند. این پوشش‌ها به ویژه در بخش‌هایی از هواپیما که در معرض شرایط سخت محیطی قرار دارند، مانند پره‌های توربین و کمپرسورها، بسیار مفید هستند.
- کاهش وزن: استفاده از نانوپوشش‌ها می‌تواند به کاهش وزن قطعات هواپیما کمک کند. این کاهش وزن منجر به بهبود کارایی سوخت و کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود.
- مقاومت به دمای بالا: نانوپوشش‌ها می‌توانند مقاومت قطعات هواپیما در برابر دماهای بالا را افزایش دهند. این ویژگی به ویژه در بخش‌هایی از هواپیما که در معرض حرارت زیاد قرار دارند، مانند موتورهای جت، بسیار مهم است.
- افزایش عمر مفید قطعات: با استفاده از نانوپوشش‌ها، عمر مفید قطعات هواپیما افزایش می‌یابد. این پوشش‌ها می‌توانند از تخریب زودرس قطعات جلوگیری کنند و نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر را کاهش دهند.
- بهبود عملکرد آیرودینامیکی: نانوپوشش‌ها می‌توانند سطح قطعات هواپیما را صاف‌تر کنند و در نتیجه مقاومت هوا را کاهش دهند. این ویژگی به بهبود عملکرد آیرودینامیکی هواپیما کمک می‌کند.
بلورهای گرافن در نانوفناوری هواپیماها
دانشمندان موفق به تولید بلورهای گرافن بزرگ با ویژگی‌های الکتریکی استثنایی شدند. که از منبع اکسیژن برای رشد دادن بلورهای گرافن منفرد به اندازه یک سانتی‌متر بر روی مس استفاده کردند. این بلورها 10 هزار برابر بزرگ‌تر از بزرگ‌ترین بلورهای متعلق به چهار سال پیش هستند.
بلورهای منفرد خیلی بزرگ دارای ویژگی‌های الکتریکی استثنایی هستند و به دنبال (رشد دانه‌های بلوری ریز) و همچنین مهار و کنترل تعداد این هسته‌های ریز و این که کدام یک بزرگ‌تر خواهد شد. اکسیژن در تراکم سطحی درست به معنی آن است که فقط تعداد معدودی از هسته‌ها رشد می‌کنند و برندگان می‌توانند به شکل بلورهای بسیار بزرگ رشد کنند.
گرافن که یکی از محکم‌ترین مواد جهان است، انعطاف‌پذیر بوده و دارای رسانایی گرمایی و الکتریکی بالایی است که آن را به ماده‌ای مناسب برای ابزار الکترونیکی انعطاف‌پذیر، سلول‌های خورشیدی، باتری‌ها و ترانزیستورهای با سرعت بالا تبدیل کرده است.
درک تیم علمی از چگونگی رشد گرافن تحت تاثیر مقادیر مختلف منبع اکسیژن قرار گرفت و آن‌ها گام مهمی به سوی تولید فیلم‌های گرافنی دارای کیفیت بالا در مقیاس صنعتی برداشتند. با افزایش اندازه‌های ناحیه بلور منفرد، ویژگی‌های انتقال الکترونیکی به طور قابل‌توجهی ارتقا خواهد یافت و به کارکردهای جدید در ابزار الکترونیکی خواهد انجامید.
بلورهای گرافن بسیار بزرگ
گرافن همواره در شکل چندبلوری رشد داده شده و از تعداد زیادی از بلورها ساخته شده که با پیوند شیمیایی نامنظم در مرزهای بین بلورها (مرزهای grain) به یکدیگر ملحق می‌شوند. گرافن تک بلوری بزرگ از اهمیت بالایی برخوردار هستند، زیرا مرزهای grain در مواد چند بلوری دارای نارسایی هستند و حذف چنین نارساهایی منجر به تولید مواد بهتری خواهد شد. با کنترل تراکم اکسیژن سطحی، محققان می‌توانند اندازه بلور را از یک میلی‌متر به یک سانتی‌متر افزایش دهند.
به جای تولید بلورهای کوچک‌تر و شش‌ضلعی، افزودن میزان درست اکسیژن سطحی، بلورهای منفرد بسیار بزرگ‌تری را با لبه‌های چندخوشه‌ای و مانند یک دانه برف تولید کرد.
در آینده امکان دستیابی به بلورهای منفرد با طول یک متر وجود دارد. در صورت استحکام در مقیاس‌های متریک مانند بال‌های هواپیما، این ماده دارای کارکردهایی در ساخت هواپیماها و دیگر کاربردهای ساختاری خواهد بود.
از طرفی سیالیت حامل (carrier mobility) الکترون‌ها (سرعت حرکت الکترون‌ها) در فیلم‌های گرافنی که در حضور اکسیژن سطحی رشد داده می‌شوند، به طور استثنایی بالا است. سرعتی که با آن حاملان بار حرکت می‌کنند برای بسیاری از ابزار الکترونیکی مهم است و هر چه سرعت بالاتر باشد، سرعت عملکرد ابزار نیز بالاتر است.
فیلم‌های بلور منفرد می‌توانند همچنین برای سنجش و توسعه انواع جدید ابزار به کار روند و به ابزار امکان سریع‌تر بودن و کارآیی بالاتر را بدهد.