فناوری های صنعت مواد را بشناسید

رصد فناوری خارجی؛

دانشمندان در تلاش برای کاوش و توسعه مواد نوآورانه بسیار سریع تری هستند تا زمان عرضه مواد پرطرفدار را از چند دهه به چند سال سرعت بخشند.

به گزارش خبرنگار خبرگزاری علم و فناوری زندگی نیوز، امروزه صد ها شرکت دانش بنیان استارت آپ و اسکیل آپ عمدتا در اروپا و آمریکا و تعدادی در آسیای جنوب شرقی، استرالیا و هند در حال کار بر روی این مواد نوین هستند.

در این گزارش 10 روند اصلی صنعت مواد معرفی می شود:

تولید مواد افزودنی

کارخانه های تولید افزودنی در حال ظهور، تلاش می کنند تا فراتر از ترموپلاستیک های سنتی تکامل پیدا کنند و از موادی استفاده کنند که انعطاف پذیری، سفارشی سازی و عملکرد بیشتری را ارایه می دهند و در عین حال ضایعات کمتری از خود به جا می گذارند. پیشرفت فناوری های چاپ سه بعدی به نوبه خود باعث ارتقاء فلزات، آلیاژها، سرامیک ها، الیاف و ترکیبات آنها می شود.

چاپ سه بعدی همچنین عرضه رشته های پلیمری کاملا جدید و بادوام را با خواص رسانایی بهبود یافته، ذوب شدن و مقاومت شیمیایی و دیگر ویژگی ها امکان پذیر کرده است.

انفورماتیک مواد

امروزه شرکت های بزرگ از رویکرد داده محور برای تولید مواد استفاده می کنند که با اصول انفورماتیک و روش های محاسباتی و همچنین یادگیری ماشینی و هوش مصنوعی تقویت شده است؛ امکانی که داده های مواد را به روشی دقیق مرتب و مدل می کند.
انفورماتیک علاوه بر بهینه سازی توانایی استخراج بینش علمی از داده های پیچیده مواد، زمان بندی تحقیق و توسعه (R&D) را نیز تسریع و در زمان و کار صرفه جویی می کند.

مهندسی سطح

سطوح صنعتی که در معرض سایش و پارگی مداوم، خوردگی، اشعه ماوراء بنفش و سایر عوامل مضر قرار دارند، به پوشش هایی نیاز دارند که دوام بهتری از خود نشان می دهند. چنین پوشش های مقاومی برای حفاظت از تجهیزات خودرویی، صنعتی، کشاورزی، دریایی و تولیدی و همچنین برای افزایش بهره وری ضروری است.

علاوه بر این، نوآوری های مهندسی، امکان اعطای ویژگی های آب گریزی، نچسبیدن هیچ چیز به سطح، خود تمیز شوندگی و صاف شدن را به سطوح ارایه می دهد. پس از شیوع کووید-19، مهندسان سطح، تلاش می کنند سطوح ضد میکروبی بسازند تا محافظت مطمین تری را در سایت های صنعتی و غیر صنعتی فراهم آورند.

مواد پایدار

حجم عظیم زباله های تولید شده در طول استفاده و تولید مواد، دولت ها را مجبور به تهیه پیش نویس مقررات مختلف زیست محیطی می کند. عملا همه صنایع در حالی که فرآیند های داخلی خود را از منظر چرخه عمر مواد بازآرایی می کنند با چالش هایی روبرو می شوند.

شرکت ها در بخش های ساخت و ساز، خودرو، بسته بندی و تولید در حال ادغام مواد پایدار هستند تا ردپای کربن خود را کاهش دهند. در نهایت، این تلاش ها با هدف کاهش بار زباله در این سیاره انجام می شود. مواد پایدار همچنین باعث تقویت سیستم های دایره ای می شوند و امکان اجرای اقتصاد دایره ای را فراهم می کنند. محصولات آن به حفظ ذخایر طبیعی و جنگل ها کمک کرده و در عین حال مقیاس پذیری و سازگاری را برای فرآیند های تولید موجود تضمین می کنند.

مواد واکنش دهنده و هوشمند

به منظور انطباق با الزامات موارد استفاده صنعتی خاص، مواد جدیدی که در حال حاضر در حال توسعه هستند، ویژگی های کاربردی خاصی دارند. پیشرفت های صورت گرفته در علم مواد، مواد هوشمند را با ویژگی های قابل برنامه ریزی عرضه می کند که به محرک های خارجی واکنش نشان داده و یا به آنها پاسخ می دهد.

استارت آپ های نوظهور مواد و محصولاتی با کیفیت های متنوع طراحی می کنند، از ترمو، الکترو، و فتوکرومیسم گرفته تا پیزوالکتریک، حافظه شکل، خود ترمیم شونده و ویژگی های تغییر فاز و ویژگی های دیگر.

 فناوری نانو

پیشرفت ها در فناوری نانو نشان می دهد که ویژگی های مواد در مقیاس نانو با ویژگی های معادل حجیم آنها متفاوت است. تکثیر نانوالیاف، نانولوله ها، آلوتروپ ها، نقاط کوانتومی (QD) و سایر نانومواد، منبع تقریبا بی نهایت ارزش افزوده را ممکن می سازد.

این ویژگی های بهبود یافته شامل عملکرد تقویت شده محصولات صنعتی است که در سطح اتمی حفظ می شود. شرکت های مدرن با استفاده از نانومواد، مزیت رقابتی خود را به ویژه در بخش های الکترونیک، انرژی، حمل و نقل و تولید تضمین می کنند.

کاهش وزن

صنایع مختلف، از هوافضا گرفته تا حمل و نقل، به دنبال راه های نوآورانه برای کاهش وزن اضافی و در نتیجه ارایه بازدهی سوخت و جابجایی بالاتر هستند. این امر باعث تحقیقات در مورد موادی مانند آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم و همچنین پلاستیک های با استحکام بالا و فیبر کربن شده است.

این مواد به صنایع کمک می کنند بار های زیست محیطی و عملیاتی ناشی از قطعات سنگین خود را کاهش دهند. علاوه بر این، نوآوری های کاهنده وزن در صنعت مواد نیز سطوح ایمنی و قابلیت اطمینان را همتراز با معادل های سنگین تر ارایه می دهد.

کامپوزیت های پیشرفته

افزایش سریع تعداد کاربرد های صنعتی منجر به توسعه انواع مواد کامپوزیت یا ترکیبی می شود. در تلاش برای بهبود عملکرد و انطباق با مقررات و همچنین کاهش هزینه ها، استارت آپ های نوظهور برای ساخت کامپوزیت های سفارشی، در رزین ها، الیاف، بسترها، ماتریس ها و پرداخت ها دست به نوآوری می زنند.

 

این راه حل های ترکیبی، برنامه های کاربردی پیشرفته و مختص کاربر را، عمدتا برای زیرساخت ها، انرژی، صنعت 4.0 (انقلاب صنعتی چهارم) و بازار های حمل و نقل ارایه می کنند.

گرافن و مواد 2 بعدی

پیشرفت در فناوری نانو به شرکت های علم مواد اجازه می دهد مسیر هایی را برای مواد دو بعدی یا تک لایه پیکربندی کنند. مواد دوبعدی با داشتن رسانایی حرارتی ذاتی و استحکام مکانیکی، قابلیت های پیشرفته تری را به کاربرد های صنعتی می بخشند. با این حال، اکثر مواد دو بعدی مانند ژرمانن، سیلیسن، استانن و فسفرن، به استثنای گرافن، هنوز در دست توسعه هستند.

گرافن به عنوان اولین ماده دو بعدی که با موفقیت تجاری شد، استحکام کششی، استحکام درون ورقی، دوام سطح، تحرک الکترون، انعطاف پذیری و مقاومت حرارتی را بهبود می بخشد. گرافن در بخش های مختلفی کاربرد دارد که از آن جمله می توان به شامل نمایشگر های الکترونیکی، ابرخازن ها، خودروسازی، رنگ های ساختمانی و تولید پلاستیک اشاره کرد.

 مدیریت مواد انقلاب صنعتی چهارم (0.4)

انقلاب صنعتی چهارم اجرای شیوه های خود را در مدیریت مواد، جابجایی و پردازش القا می کند. بخش مواد که شامل استخراج مستقل و ساخت خودکار پیشرفته تا دستکاری های رباتیک و محاسبات ابری می شود، به سرعت در حال دیجیتالی شدن و به هم پیوستگی است.

در نتیجه، توسعه مواد جدید به موازات انطباق صنعتی آنها از طریق نسل چهارم فناوری های صنعتی صورت می گیرد.

 

فناوری های صنعت مواد را بشناسید