تکنیک های پوشش الهام گرفته از Bio نشان دهنده یک تغییر پارادایم در مهندسی مواد، ترسیم از میلیاردها سال اصلاح تکاملی طبیعت است.با تکرار ساختارهای میکرو و نانو که در ارگانیسم هایی مانند mollusks، سوسک ها، و گیاهان یافت می شود، مهندسان در حال توسعه پوشش هایی هستند که سبک تر، قوی تر، و بادوام تر از همتایان معمولی خود هستند.این روش ها یک مسیر برای بهبود چشمگیر از عملکرد زیست محیطی، و کاهش مزایای زیست محیطی فعلی آن ارائه می دهند.

تکنیک های ضد عرق کردن چیست؟

پوشش الهام بخش Bio شامل تقلید عمدی از ساختارهای بیولوژیکی و فرآیندهای برای ایجاد پوشش های مصنوعی است. طبیعت یک کتابخانه غنی از طرح های بهینه سازی شده را فراهم می کند: ساختار بسیار سفارش داده شده آجر و ملاتار از لایه گرد (مادر از پوشش خود را به سختی فوق العاده ای انتقال می دهد؛ میکرو لایه ها بر روی پوست کوسه کاهش و مقاومت در برابر کثیف؛ بسیاری از برگ های زنجیره ای و ابر تمیز کننده ترکیبی مانند بخار، و ابر رندر شیمیایی ترکیبی از این ترکیبات شیمیایی ترکیب شده است.

به عنوان مثال، پوشش های طبیعی توسط لایه های متناوب مواد معدنی سخت (به عنوان مثال، کربنات کلسیم) و پلیمرهای آلی نرم، ایجاد یک کامپوزیت که انرژی را جذب می کند و مقاومت در برابر گسترش کرک ذرات ساخته شده با استفاده از میکرو مولکول یا لیزر، الگوهای نادر که باعث کاهش بهره وری مایع سنتی در بیش از 150٪ از تجزیه و تحلیل های رسوب طبیعی می شود، تولید می شوند.

برنامه های کاربردی در مهندسی

سازگاری تکنیک های پوشش الهام گرفته از زیست منجر به پذیرش آنها در حوزه های مهندسی متنوع، هر یک از استفاده از طرح های طبیعی خاص برای حل مشکلات خاص صنعت است.

فضا- Aerospace

در هوافضا، کاهش وزن و نسبت های بالا به وزن بسیار مهم است. [۱] پوشش های الهام گرفته از BioLT ساختار اسکلت حشرات و استخوان های پرنده را تقلید می کنند - ترکیب پوسته خارجی سخت با یک سیم روشن، پوشش های مایع داخلی، ساختار چند لایه ای را که به آلیاژهای آلومینیوم اعمال می شود، مقاومت و خستگی را بهبود می بخشد در حالی که اضافه کردن توده، پوشش های کم عمقی از سوخت های برشی که منجر به کاهش ۱ لایه های برش فشرده شده است.

زیست پزشکی

پوشش الهام گرفته از Bio-S، ایمپلنت های ارتوپدی و دندانپزشکی را انقلابی کرده است. ( Mimicking متخلخل، معماری معدنی استخوان باعث ارتقاء osseo ادغام می شود – اتصال ساختاری و عملکردی مستقیم بین استخوان زنده و سطح ایمپلنت به طور موثر تجزیه و تحلیل مواد ضد میکروبی را نشان می دهد که با استفاده از لایه های ضد قلب مانند پوشش که هر دو سازگار و مکانیکی هستند، علاوه بر این، به طور موثر، باکتری های ضد باکتری های حاوی اسید های ضد باکتری برای کاهش می شوند.

دریایی

محیط های دریایی دارای خوردگی شدید و چالش های بیوفی هستند.آشوار الهام گرفته از سطوح لغزنده ماهی های متخلخل مانند loach (که یک لایه باریک را پنهان می کند) و شیمی رنگ آمیزی انبار را از پوست متخلخل به طور فزاینده ای تحت پوشش های ضدعفونی کننده قرار می دهد. Superhydrophobic بر اساس برگ های زیاد، تماس آب را کاهش می دهد و در نتیجه مانع از یک میکروارگانیسم های پایدار می شود که جلبک های ضد روغن مایع شده اند (که از پوشش روغن مایع جدا شده اند که به طور منظم استفاده می کنند).

ماشین خودرو

مهندسی خودرو از پوشش های الهام گرفته از بیو بهره می برد که مقاومت سایش و کاهش اصطکاک را افزایش می دهد.[۱] برای مثال، خشن بودن دوگانه الهام گرفته از پوسته سوسک بیابان باعث می شود سطوح آب را از مه جذب کند، یک مفهوم سازگار برای خود روانکاری سطوح نگهداری از پوست، پوشش های کربن مانند کراکر را با ساختار سلسله مراتب مانند استفاده شده برای پیستون و ابزار کاهش می دهد تا مخلوط شدن با لایه های برش پوست را افزایش دهد.

مزایای بیو-Inspired Plaing

هنگامی که در برابر روش های معمول پوشش اندازه گیری می شود، رویکردهای الهام گرفته از زیست محیطی چندین مزیت کلیدی را ارائه می دهند که با نیازهای مهندسی مدرن برای عملکرد، پایداری و کارآیی هزینه سازگار هستند.

  • دوام: چند لایه های چند لایه و مکانیسم های خود شفا بخش زندگی خدمات اجزای فراتر از آنچه که با پوشش های تکلیتیک قابل دستیابی است گسترش می یابد. ساختار سلسله مراتبی استرس و رشد ترک را پراکنده می کند، ارائه سخت بودن برتر.
  • مواد سبک وزن: با استفاده از معماری متخلخل الهام گرفته از استخوان یا پر از پرندگان، مهندسان می توانند وزن را 20 تا 40٪ کاهش دهند در حالی که حفظ یکپارچگی ساختاری حیاتی در بخش های هوافضا و خودرو است که در آن هر کیلوگرم صرفه جویی مصرف انرژی را کاهش می دهد.
  • مقاومت بهبود یافته: سوپر هیدروفوبیک و سطوح تزریق مایع به شدت خوردگی و بیوفی را کاهش می دهد.در کاربردهای دریایی، آنها نیاز به بیوکوید سمی را کاهش می دهند؛ در استفاده های زیست پزشکی، آنها عمل ضد میکروبی غیر شیمیایی را ارائه می دهند.
  • فرایندهای سازگار با Eco: بسیاری از تکنیک های الهام گرفته از زیست محیطی از فلزات سنگین، ترکیبات آلی فرار و دماهای بالا جلوگیری می کنند.به عنوان مثال، فرآیندهای سونار مبتنی بر آب برای پوشش های بسیاری از اثرات استفاده از نانوذرات سیلیس و سیلین، کاهش اثرات افزودنی های زیست محیطی از پوشش ها همچنین مواد زائد در مقایسه با روش های کاهش می دهد.
  • چند کارکرده: یک پوشش منفرد الهام گرفته از بیولوژیکی می تواند کاهش کشیدن، فعالیت ضد باکتری و خود شفا را ادغام کند، در حالی که پوشش های معمولی به طور معمول نیاز به لایه های جداگانه برای هر ملک دارند.

چالش ها و مسیرهای آینده

علی رغم وعده های آنها، تکنیک های پوشش الهام گرفته از زیست هنوز هم جریان اصلی نیست.چندین مانع برای دستیابی به پذیرش گسترده صنعتی باید برطرف شود.

شتاب پذیری: بسیاری از نانوساختارهای پیچیده موجود در طبیعت دشوار است که در مناطق بزرگ با نفوذ بالا بازتولید شود.ساخت لایه های طبیعی نیاز به کنترل دقیق نرخ های رسوب و دمای بستر دارد، که گران و کند است، لیزر برای کوسه ها دور ریخته می شود، اما پردازش های کوچک به اندازه های خود و مقیاسی محدود است.

Cost: تجهیزات و مواد تخصصی مانند میکروcapsuleهای پلیمر برای خود شفا یا نانوclay برای هیبریدهای ارگانیک ارگانیک ارگانیک ارگانیک ارگانیک - می تواند گران باشد، با این حال، به عنوان بسیاری از فن آوری های نوظهور، انتظار می رود هزینه ها به عنوان فرآیندهای تولید بالغ و تقاضا کاهش یابد.

عدم توانایی در شرایط شدید: برخی از پوشش های الهام گرفته از زیست محیطی در معرض UV بالا، دوچرخه سواری دما، یا سایش ساینده قرار می گیرند، به عنوان مثال، سطوح هیدروفوبیک می توانند پس از تماس مکانیکی مکرر، دفع آب خود را از دست دهند. تحقیقات بر روی پوشش فوق العاده هیدروفوبیک "rot" با استفاده از پلیمر یا چسب زدن چرخه های مرطوب کننده، معمولاً تنها در یک ماتریس محدود است.

پیچیدگی طرح های طبیعی: تکرار دقیق سازمان سلسله مراتبی از نانو به ماکرو مقیاس چالش برانگیز است، سیستم های بیولوژیکی اغلب شامل سنجش فعال و سازگاری است که به طور مصنوعی مهندسی می شوند، با این وجود، ساختارهای الهام بخش زیستی ساده هنوز هم به دست آوردن عملکرد قابل توجهی می رسند و یادگیری ماشین در حال حاضر برای بهینه سازی پارامترهای پوشش برای خواص هدف استفاده می شود.

جهت های آینده شامل پوشش های "زنده" است که بیوفیلم های باکتریایی یا سلول ها را به خودی خود تزریق می کنند و به محرک ها پاسخ می دهند - به عنوان مثال، E. coli مهندسی شده که پپتیدهای ضد میکروبی را تولید می کند، هنگامی که یک کرک شناسایی می شود، یکی دیگر از اجزایی است که یکپارچگی و گزارش در زمان واقعی را نظارت می کند، قادر به ترکیب فرآیندهای تعمیر و نگهداری بسیار سخت (در نهایت باعث می شود که در برابر آنزیم های طبیعی ذخیره سازی شود.

در دوره نزدیک، صنایع احتمالاً برای اجزای با ارزش بالا، که در آن دستاوردهای عملکردی هزینه را توجیه می کند، مانند ایمپلنت های پزشکی، تیغه های توربین و قطعات ماشین مسابقه ای را اتخاذ می کنند.