مواد هوشمند: نسل بعدی در علم و مهندسی
تهیه شده در واحد تولید محتوای شرکت روشان روز «مرکز اطلاعات سنگ ایران»
نگارش: سعید نجاتی
مواد هوشمند
در سال های اخیر تحولات شگفت انگیزی در زمینه های مختلف علم مواد اتفاق افتاده است. مواد هوشمند که به عنوان مواد پاسخگو به محرک ها نیز شناخته می شوند، در علم و مهندسی توجهات را به خود جلب کرده اند. مواد هوشمند به شش گروه مختلف تقسیم می‌شوند:
- مواد حافظه دار
- مواد پیزوالکتریک
- مواد مغناطیس کننده
- مایعات الکترورئولوژیکی و مغناطیسی- رئولوژیکی
- مواد خود ترمیم شونده
مواد حافظه دار و خود ترمیم شونده محبوب ترین و مهم ترین انواع مواد هوشمند می باشند. مواد حافظه دار این توانایی را دارند که به محرک های خاصی مانند دما، pH، نور، میدان های مغناطیسی و میدان های الکتریکی واکنش نشان دهند و پس از قرار گرفتن در معرض این محرک ها از شکل موقت به شکل اولیه خود تبدیل شوند. آلیاژهای حافظه دار و پلیمرهای حافظه دار بیشترین اهمیت را پیدا کرده اند و به طور گسترده ای در بین انواع مواد حافظه دار استفاده می شوند. پلیمرهای حافظه دار به دلیل مزایای خاص مانند سرعت بازیابی شکل بالا، وزن سبک، چگالی کم، نسبت استحکام به وزن بالا و تغییر شکل بالا، محبوبیت بیشتری به دست می آورند. مواد خود ترمیم شونده قابلیت ترمیم کامل یا جزئی ویژگی ها و عملکرد خود را پس از آسیب های مکرر دارند. مواد خود ترمیم شونده به دو دسته ذاتی و بیرونی و همچنین خودکار و غیرخودکار تقسیم می شوند. این مواد دارای پتانسیل افزایش طول عمر و در عین حال کاهش هزینه های نگهداری هستند. مواد هوشمند طیف گسترده ای از کاربردها از جمله هوافضا، خودروسازی، زیست پزشکی و ساخت و ساز را دارند.
مواد هوشمند به دلیل کاربردهای بالقوه ی خود در صنایع مختلف مانند معماری، هوافضا و زیست پزشکی مورد توجه و استقبال قرار گرفته اند. نمونه ای از استفاده از مصالح هوشمند در معماری برج Dowa Kasai Phoenix با ارتفاع 145 متر در اوزاکای ژاپن می باشد. مواد هوشمند به کار رفته در ساخت برج، لرزش های ناشی از زلزله و باد را تشخیص داده و بسته به نوع و میزان حرکت، خواص مکانیکی اجزای ساختمان را تغییر می دهد و لرزش ها را به خود جذب می کند. در این حالت کسانی که در ساختمان هستند، لرزش را احساس نمی کنند. سیستم های کاهش نویز در هلیکوپترها و هواپیماها نیز بر اساس فناوری مواد هوشمند ساخته شده اند.
با بررسی محصولات تولید شده در صنعت سنگ تحت عنوان سنگ های هوشمند، گونه ای از سنگ های معرفی می شوند که در حقیقت از انواع سنگ های مصنوعی به شمار می روند. در ترکیب شیمیایی smartstone تنها بیش از 90 درصد کوارتز و سایر افزودنی ها وجود دارد. این محصولات به معنای علمی خود هوشمند یا خود ترمیم شونده محسوب نمی شوند و صرفا در بازار تجاری به این نام شناخته می شوند. از جمله ویژگی های این محصولات می توان به جذب آب و تخلخل کم و همچنین دوام در برابر عوامل مخرب محیطی مانند خراش، یخ زدگی، اشعه فرابنفش نور آفتاب و غیره اشاره نمود. باید توجه داشت که طرح و رنگ این نوع سنگ ها قابل کنترل بوده و مانند سنگ های طبیعی منحصر بفرد و تکرار ناپذیر نیستند.
در ارتباط با سنگ های هوشمند یا خودپالا، تحقیقاتی در مورد بکارگیری انواع باکتری ها، مواد گندزدا، مواد فلورسانس و غیره در سنگ های ساختمانی یا سنگ های مصنوعی انجام گرفته است که همه ی آن در مقیاس آزمایشگاهی بوده و دارای ملاحظات فنی و اقتصادی هستند.
نتیجه گیری و چشم اندازهای آینده
علم مواد در سال های اخیر نقش مهمی در پیشرفت فناوری داشته است. تحولات در فناوری های مواد عمیقاً جوامع را تحت تأثیر قرار داده است و این تأثیر را ادامه خواهد داد. به طور کلی، قرن بیستم با پلاستیک مرتبط است، در حالی که قرن بیست و یکم به دلیل ویژگی های منحصر به فردش، «قرن مواد هوشمند» نامیده می شود. مواد هوشمند در عصر جدید تسلط خواهند داشت.
References
Yildirim, Mert, and Zeki Candan. “Smart materials: The next generation in science and engineering.” Materials Today: Proceedings (2023).
