فناوری‌های صنعت مواد را بشناسید

به گزارش خبرنگار خبرگزاری علم و فناوری آنا، امروزه صد‌ها شرکت دانش‌بنیان استارت‌آپ‌ و اسکیل‌آپ 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 ۱۰ روند اصلی صنعت مواد معرفی می‌شود:

تولید مواد افزودنی

کارخانه‌های تولید افزودنی در حال ظهور، تلاش می‌کنند تا فراتر از ترموپلاستیک‌های سنتی تکامل پیدا کنند و از موادی استفاده کنند که انعطاف پذیری، سفارشی سازی و عملکرد بیشتری را ارائه می‌دهند و در عین حال ضایعات کمتری از خود به جا می‌گذارند. پیشرفت فناوری‌های چاپ سه بعدی به نوبه خود باعث ارتقاء فلزات، آلیاژها، سرامیک ها، الیاف و ترکیبات آنها می‌شود.

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

انفورماتیک مواد

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

مهندسی سطح

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

علاوه بر این، نوآوری‌های مهندسی، امکان اعطای ویژگی‌های آب گریزی، نچسبیدن هیچ چیز به سطح، خود تمیز شوندگی و صاف شدن را به سطوح ارائه می‌دهد. پس از شیوع کووید-۱۹، مهندسان سطح، تلاش می‌کنند سطوح ضد میکروبی بسازند تا محافظت مطمئن تری را در سایت‌های صنعتی و غیر صنعتی فراهم آورند.

مواد پایدار

حجم عظیم زباله‌های تولید شده در طول استفاده و تولید مواد، دولت‌ها را مجبور به تهیه پیش نویس مقررات مختلف زیست محیطی می‌کند. عملا همه صنایع در حالی که فرآیند‌های داخلی خود را از منظر چرخه عمر مواد بازآرایی می‌کنند با چالش‌هایی روبرو می‌شوند.

شرکت‌ها در بخش‌های ساخت و ساز، خودرو، بسته بندی و تولید در حال ادغام مواد پایدار هستند تا ردپای کربن خود را کاهش دهند. در نهایت، این تلاش‌ها با هدف کاهش بار زباله در این سیاره انجام می‌شود. مواد پایدار همچنین باعث تقویت سیستم‌های دایره‌ای می‌شوند و امکان اجرای اقتصاد دایره‌ای را فراهم می‌کنند. محصولات آن به حفظ ذخایر طبیعی و جنگل‌ها کمک کرده و در عین حال مقیاس پذیری و سازگاری را برای فرآیند‌های تولید موجود تضمین می‌کنند.

مواد واکنش‌دهنده و هوشمند

به منظور انطباق با الزامات موارد استفاده صنعتی خاص، مواد جدیدی که در حال حاضر در حال توسعه هستند، ویژگی‌های کاربردی خاصی دارند. پیشرفت‌های صورت گرفته در علم مواد، مواد هوشمند را با ویژگی‌های قابل برنامه ریزی عرضه می‌کند که به محرک‌های خارجی واکنش نشان داده و یا به آنها پاسخ می‌دهد.

استارت‌آپ‌های نوظهور مواد و محصولاتی با کیفیت‌های متنوع طراحی می‌کنند، از ترمو، الکترو، و فتوکرومیسم گرفته تا پیزوالکتریک، حافظه شکل، خود ترمیم شونده و ویژگی‌های تغییر فاز و ویژگی‌های دیگر.

 فناوری نانو

پیشرفت‌ها در فناوری نانو نشان می‌دهد که ویژگی‌های مواد در مقیاس نانو با ویژگی‌های 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 می‌سازد.

این ویژگی‌های بهبود یافته شامل عملکرد تقویت شده محصولات صنعتی است که در سطح اتمی حفظ می‌شود. شرکت‌های مدرن با استفاده از نانومواد، مزیت رقابتی خود را به ویژه در بخش‌های الکترونیک، انرژی، حمل و نقل و تولید تضمین می‌کنند.

کاهش وزن

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

این مواد به صنایع کمک می‌کنند بار‌های زیست محیطی و عملیاتی ناشی از قطعات سنگین خود را کاهش دهند. علاوه بر این، نوآوری‌های کاهنده وزن در صنعت مواد نیز سطوح ایمنی و قابلیت اطمینان را همتراز با معادل‌های سنگین‌تر ارائه می‌دهد.

کامپوزیت‌های پیشرفته

افزایش سریع تعداد کاربرد‌های صنعتی منجر به توسعه انواع مواد کامپوزیت یا ترکیبی می‌شود. در تلاش برای بهبود عملکرد و انطباق با مقررات و همچنین کاهش هزینه‌ها، استارت‌آپ‌های نوظهور برای ساخت کامپوزیت‌های سفارشی، در رزین‌ها، الیاف، بسترها، ماتریس‌ها و پرداخت‌ها دست به نوآوری می‌زنند.

این راه حل‌های ترکیبی، برنامه‌های کاربردی پیشرفته و مختص کاربر را، عمدتا برای زیرساخت ها، انرژی، صنعت ۴.۰ (انقلاب صنعتی چهارم) و بازار‌های حمل و نقل ارائه می‌کنند.

گرافن و مواد ۲ بعدی

پیشرفت در فناوری نانو به شرکت‌های علم مواد اجازه می‌دهد مسیر‌هایی را برای مواد دو بعدی یا تک لایه پیکربندی کنند. مواد دوبعدی با داشتن رسانایی حرارتی ذاتی و استحکام مکانیکی، قابلیت‌های پیشرفته تری را به کاربرد‌های صنعتی می‌بخشند. 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 می‌بخشد. گرافن در بخش‌های مختلفی کاربرد دارد که از آن جمله می‌توان به شامل نمایشگر‌های الکترونیکی، ابرخازن‌ها، خودروسازی، رنگ‌های ساختمانی و تولید پلاستیک اشاره کرد.

 مدیریت مواد انقلاب صنعتی چهارم (۰.۴)

انقلاب صنعتی چهارم اجرای شیوه‌های خود را در مدیریت مواد، جابجایی و پردازش القا می‌کند. بخش مواد که شامل استخراج مستقل و ساخت خودکار پیشرفته تا دستکاری‌های رباتیک و محاسبات ابری می‌شود، 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 فناوری‌های صنعتی صورت می‌گیرد.