جدیدترین کاربرد های فناوری نانو در صنعت خودرو

نانوتکنولوژی باعث سود بسیاری از جنبه های مختلف صنعت را می شود. صنعت خودرو نیز قطعا از این قاعده مستثنی نیست. مواد تقویت‌شده نانو در حال حاضر به بهبود عملکرد و مقرون‌به‌صرفه در وسایل نقلیه است، و این تأثیر در سال‌های آینده افزایش خواهد یافت، زیرا نانومواد در آینده سخت‌تر، قوی‌تر و سبک‌تر به صورت تجاری در دسترس قرار می‌گیرند.

فولکس واگن Nanospyder پروژه ای از یک وسیله نقلیه کاملاً قابل بازیافت است که برای جهانی ساخته شده است که در آن خودروها فقط پنج سال طول عمر دارند تا استانداردهای ایمنی را رعایت کنند. این دستگاه از میلیاردها نانوماشین ریز استفاده می کند که می توانند وسایل نقلیه را تشکیل دهند و سپس از هم جدا شوند و برای استفاده مجدد در یک وسیله نقلیه جدید آماده شوند.

اگرچه این دیدگاه هنوز با واقعیت فاصله دارد، اما فناوری نانو در حال حاضر به یک فناوری بسیار واقعی و امیدوارکننده برای بهبود خودروها در سال‌های آینده تبدیل شده است.

نانو در لاستیک های مقاوم در برابر سایش

بر اساس برآوردهای شورای جهانی تجارت برای توسعه پایدار، سالانه حدود یک میلیارد لاستیک به پایان عمر خود می رسد. چنین تعداد لاستیک زباله مشکل مهمی برای محیط زیست ایجاد می کند. بنابراین، افزایش مقاومت در برابر سایش تایر برای رفع این مشکل بسیار مهم است.

یکی از عناصری که می تواند خواص لاستیک طبیعی را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد دوده است. اندازه و ساختار ذرات دوده و همچنین اتصال عرضی آنها با مولکول های لاستیک نقش کلیدی در مقاومت به سایش دارد. فرآیند احتراق اصلاح شده منجر به توسعه نانوساختارهای دوده شده است که می تواند برای افزایش مقاومت سایشی کلی تایرها مورد استفاده قرار گیرد.

چسب های تقویت شده نانو

فناوری نانو نیز در حال حاضر نقش مهمی در تولید خودرو ایفا می کند. از دهه 1990، چسب های قوی برای تقویت اتصالات جوشی و بست های مکانیکی استفاده شده است.

اخیراً، چسب‌هایی که با نانوذرات اکسید آهن یا در برخی موارد نانولوله‌های کربنی تقویت شده‌اند، در برخی موارد می‌توانند به طور کلی جایگزین جوش‌ها شده و عملکرد بهتری داشته باشند. آنها همچنین می توانند فلز را به شدت به پانل های پلاستیکی یا کامپوزیت بچسبانند که می تواند وزن و هزینه زیادی را در مقایسه با بدنه فولادی یا آلومینیومی کاهش دهد.

نانو ویندوز و برف پاک کن خوردرو

رویکرد رنگ‌های مقاوم در برابر خاک برای خودروها که از نانوذرات برای ایجاد سطح آبگریز (مقاوم در برابر آب) استفاده می‌کند، روی شیشه‌های خودرو نیز اعمال شده است.

اثر مهره ای برای آب روی سطح به این معنی است که آب بسیار راحت تر می ریزد و دید را در هنگام باران شدید یا اسپری مختل نمی کند. این همچنین باعث کاهش سایش برف پاک‌کن‌های شیشه جلو می‌شود که به سختی مورد نیاز هستند – در بیشتر سرعت‌های جاده، جریان هوا از کنار خودرو برای پاک کردن قطرات آب از شیشه کافی است.

پوشش های نانو در داخل شیشه می توانند از رویکرد مشابهی برای جلوگیری از متراکم شدن بخار آب روی شیشه در شرایط مرطوب استفاده کنند.

فناوری نانو همچنین لعاب پلی کربنات را به واقعیت تبدیل می کند. پلی کربنات (PC) بسیار سبک‌تر از شیشه استاندارد است، ایمن‌تر است و برای طراحی مواد انعطاف‌پذیرتر است، اما محدودیت‌های فیزیکی مانند مقاومت ضعیف در برابر خراش و محافظ کم UV مانع از استفاده گسترده آن شده است. افزودن یک پوشش شفاف و مقاوم در برابر خش حاوی نانوذرات سیلیکا بسیاری از این مشکلات را کاهش می دهد. این امر امکان استفاده سریع‌تر از پنجره‌ها و شیشه‌های جلوی رایانه‌های شخصی را در چند سال آینده فراهم می‌کند – پیش‌بینی می‌شود تا سال 2020، حدود 20 درصد از کل شیشه‌های خودرو از رایانه‌های شخصی پیشرفته‌شده نانو ساخته شود.

نانو درموتور خودرو

مهندسی محصولات نانو خودرو به ما این امکان را داده است که بلوک‌های موتور که قسمت‌های متحرک اصلی مکانیزم را در خود جای می‌دهند، به‌طور سنتی که از چدن ساخته می‌شدند، زیرا تنها ماده کاربردی بود که می‌توانست در برابر دماها و فشارهای بالا که در قلب موتور تولید می‌شد، مقاومت کند. اما مهندسان به زودی دریافتند که درجات خاصی از آلومینیوم – که حدود یک سوم چدن وزن دارد  نیز مناسب هستند.

اما اکنون، مهندسان یاد گرفته‌اند که چگونه آلومینیوم را در سطح اتمی نانومهندسی  دستکاری کنند تا موادی بسازند که هم قوی‌تر و هم سبک‌تر از دسته فعلی آلیاژهای آلومینیوم قوی‌تر باشند. این باعث می‌شود در موتورهای مدرن ، مصرف سوخت بیشتری داشته باشند، در حالی که دوام بیشتری دارند. این یک واقعیت است که یک موتور احتراق داخلی در دماهای بالاتر عملکرد بهتری دارد و کارایی بیشتری دارد، بنابراین این همیشه یک هدف برای طراحان موتور است. ما اکنون روش‌هایی را برای قرار دادن لایه‌های بسیار نازک از سرامیک‌های مهندسی روی بسترهای فلزی تجربه می‌کنیم و سطحی را ایجاد می‌کنیم که قادر به تحمل دماهای بالاتر و شرایط سایش است.

نانو در روغن موتور خوردرو

ما همچنین شاهد پیشرفت‌هایی در روغن‌های موتور بوده‌ایم. دستکاری نانو، نوع جدیدی از روغن ها را ایجاد کرده است که می توانند برای مدت طولانی تری به سطوح داخلی بچسبند، به این معنی که هنگام روشن شدن موتور در محل مناسبی قرار می گیرند، به طوری که از همان ابتدا محافظت می کنند. روغن‌های نانوتکنولوژی همچنین می‌توانند با کاهش تلرانس بین قطعات موتور و نزدیک‌تر شدن به یکدیگر، کاربرد بسیار بیشتری داشته باشند.

جایگزین های فلزی سبک

سازندگان خودرو به طور مداوم به دنبال راه هایی برای کاهش وزن خودروها به عنوان راهی برای افزایش بهره وری سوخت هستند . با این حال، آنها باید این کار را با حفظ یکپارچگی ساختاری و سطوح ایمنی مورد نیاز استانداردهای دولتی انجام دهند.

بسیاری از عناصر فولادی در وسایل نقلیه قبلاً با جایگزین های فلزی سبک وزن و پلاستیک جایگزین شده اند. با این حال، فناوری نانو می‌تواند پیشرفت‌های بیشتری در وزن و همچنین افزایش استحکام قطعات خودرو ارائه دهد.

عملاً این امر با قرار دادن نانوذرات نیترید کربن فلزی در فلزات به عنوان راهی برای افزایش استحکام دائمی فولاد حاصل می شود.

مقاومت در برابر خراش و سایش و کثیفی

این فناوری ها اکنون تجاری می شوند. برخی از محصولات نانو پس از فروش در دسترس هستند که از نانوکامپوزیت‌های پلیمری سخت و ضد آب یا نانوذرات کوارتز استفاده می‌کنند – این باعث می‌شود که پوشش‌ها تمیز باقی بمانند و در برابر خراش و بریدگی محافظت کنند و خوردگی را کاهش دهند، بدون اینکه ظاهر رنگ زیر آن تغییر کند.

رنگ‌هایی نیز موجود هستند که می‌توانند ویژگی‌های انعکاس حرارت خود را بسته به شدت نور خورشید تغییر دهند. این به تنظیم دمای خودرو کمک می کند و کار سیستم تهویه مطبوع را آسان تر می کند و در نتیجه در مصرف سوخت صرفه جویی می کند.

پرکننده‌های نانو اندازه با مولکول‌های پوشش شفاف پیوند می‌یابند و پوشش مقاومی را تشکیل می‌دهند که معمولاً روی رنگ استاندارد خودرو اعمال می‌شود. چنین پوششی از خودرو در برابر آسیب اشعه ماوراء بنفش محافظت می کند و یک سپر سخت برای مقاومت در برابر خراش ارائه می دهد. پیش‌بینی می‌شود که فناوری‌های جدیدتر به عنوان روشی برای خود ترمیمی هرگونه آسیب وارد شده به سطح خودرو عمل کنند. همچنین اعتقاد بر این است که در برابر آلودگی مقاوم می شود.

فناوری‌های در حال توسعه در این زمینه که هنوز به صورت تجاری در دسترس نیستند، شامل پوشش‌هایی می‌شوند که نه تنها در برابر خراش مقاوم‌تر هستند، بلکه در واقع هر آسیب جزئی را که متحمل می‌شوند، التیام می‌بخشند. این امر با تعبیه نانوذرات سرامیکی در یک پلیمر انعطاف‌پذیر به دست می‌آید که می‌تواند روی خود جریان یابد تا ترک‌ها و خراش‌ها را بهبود بخشد و در عین حال قوی باقی بماند.

این نوع فناوری احتمالاً طول عمر وسایل نقلیه را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد و میزان ضایعات تولید شده را در طول عمر خودرو محدود می کند.

عملکرد ضد خوردگی

به دلیل خطرات بهداشتی و مسائل زیست‌محیطی، استفاده از الکترولیت‌های حاوی Chrome-VI در سال 2007 ممنوع شد. جایگزین‌های کنونی Chrome-VI محافظت کوتاه‌مدت داخلی را ارائه می‌کنند. این امر چالشی را در صنعت خودرو برای محافظت طولانی مدت از خودروها در برابر اثرات خوردگی ایجاد کرده است.

با این حال، فناوری نانو راه حلی ارائه می دهد که با موفقیت برای برخی از قسمت های درب خودرو، شاسی و ترمز استفاده می شود. این فناوری مشکل کوتاه مدت کروم-III را با استفاده از نانوذرات سیلیس (SiO2) در الکترولیت باطل می کند.

فناوری پیل سوختی

وسایل نقلیه به طور فزاینده ای به انرژی بیشتری نیاز دارند، هم از نظر سرگرمی در داخل هواپیما و سایر سیستم های عملی و هم از نظر محبوبیت فزاینده وسایل نقلیه الکتریکی.

عرضه مداوم و طولانی مدت این برق به عنوان یک چالش در صنعت خودرو به اثبات رسیده است. نه تنها در مسائل تکنولوژیکی تولید سطوح مورد نیاز الکتریسیته با کاهش وزن، بلکه در هزینه تولید پیل های سوختی بزرگ.

این در درجه اول به دلیل نیاز به پلاتین به عنوان یک کاتالیزور در تولید باتری های سنتی است. فناوری نانو راه حلی برای این امر ارائه می دهد، یا از طریق استفاده از نانوذرات پلاتین یا سایر فلزات، امکان کاهش شدید هزینه تولید باتری وجود دارد. این امر به ویژه برای توسعه خودروهای برقی مقرون به صرفه از طریق کاهش هزینه باتری های برقی هیجان انگیز است.

نانوتکنولوژی‌های مختلف همچنین در ایجاد غشاهای نازک‌تر در باتری‌ها کاربرد دارند که به سلول‌های سبک‌تر و ماندگارتر اجازه می‌دهند.

مطلب پیشنهادی: معرفی انواع محصولات کاربردی نانو برای خودرو

درمان های نانو برای منسوجات خودرو

منسوجات به طور گسترده در اتومبیل ها استفاده می شوند از پوشش صندلی و کمربند ایمنی گرفته تا فیلتر هوا و سیم لاستیک. یک گرایش کلی در طراحی خودرو به سمت جایگزینی بیشتر و بیشتر سطوح سخت داخل وسیله نقلیه با پارچه وجود دارد، زیرا آنها راهی آسان برای کاهش وزن و بهبود قابلیت بازیافت کلی هستند.

پارچه های معمولی به شدت مستعد سایش و پارگی، جمع آوری گرد و غبار و کثیفی هستند و در صورت عدم درمان می توانند خطر آتش سوزی باشند. طیف گسترده‌ای از فناوری‌های نانو را می‌توان برای بهبود عملکرد و طول عمر منسوجات به کار برد، که برخی از آن‌ها در حال حاضر در حال استفاده هستند و برخی از آنها هنوز چندین سال با کاربرد تجاری فاصله دارند.

باتری ها

مهندسان و محققان به دنبال این هستند که چگونه عمر باتری را افزایش دهند و در عین حال عملکرد را افزایش دهند. این منجر به توسعه باتری‌های لیتیوم-سیلیکونی شده است که نویدبخش افزایش عملکرد و افزایش طول عمر است. آخرین پیشرفت‌ها در این حرکت سریع شامل نانوسیم‌های سیلیکونی است که با جذب و دفع یون‌های لیتیوم منبسط و منقبض می‌شوند، و نانوساختارهای کوچک با پوسته‌های کربنی که از هسته‌های سیلیکونی غنی از لیتیوم محافظت می‌کنند. این ترکیب امکان انتقال انرژی کارآمدتر را فراهم می کند، به این معنی که انرژی کمتری به عنوان گرما به محیط زیست تلف می شود و مقدار بیشتری به سیستم عرضه می شود.