گرافن، یک لایه واحد از اتم های کربن که در یک شبکه هیکساگونال قرار گرفته است، به عنوان یک ماده تعجب آور از زمان انزوای آن در سال ۲۰۰۴ مورد ستایش قرار گرفته است. ترکیب فوق العاده ای از قدرت، نور و هدایت الکتریکی آن را یک کاندیدای اصلی برای انقلابی در ایمنی خودرو می سازد و دانشمندان مواد به طور فعال در حال توسعه راه هایی برای ترکیب گرافن به قطعات خودرو هستند، با هدف ایجاد ماشین هایی هستند که نه تنها سبک تر و همچنین به طور قابل توجهی امن تر از آن هستند، بلکه در معرض آسیب پذیری بیشتر هستند.

چرا گرافن برای مواد خودرو ایده آل است

خواص ایستاده گرافن از ساختار اتمی منحصر به فرد آن نشات می گیرد، با قدرت کششی تقریبا 200 برابر فولاد، با این حال وزن حدود شش برابر کمتر در هر واحد، آن را ارائه می دهد یک نسبت قدرت بی نظیر به وزن مکانیکی، علاوه بر این، گرافن بسیار انعطاف پذیر است، می تواند گرما و برق را به طور موثر، و تقریبا غیر قابل درک به این ویژگی ها اجازه می دهد تا مهندسان طراحی کامپوزیت، در حالی که به طور چشمگیری افزایش می دهد، و یا اثرات کلی، در حالی که می تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد، در حالی که به طور قابل توجهی افزایش دهد، در حالی که عملکرد توده ای کوچک، در حالی که به طور قابل توجهی افزایش می تواند به طور قابل توجهی افزایش دهد، در حالی که افزایش دهد، و یا پلیمر، در حالی که به طور قابل توجه است، در حالی که افزایش می تواند به طور قابل توجه است، و یا افزایش دهد، و یا افزایش یابد، و یا افزایش دهد، و یا افزایش می تواند به طور قابل توجه است، و یا افزایش دهد، و یا به طور قابل توجه است، در حالی که اثرات جذب مواد شیمیایی، و یا افزایش می تواند به طور قابل توجه، و یا افزایش به طور قابل توجه، و یا به طور قابل توجهی، به طور قابل

مقایسه گرافن با مواد ماشین آلات

مواد سنتی خودرو مانند فولاد و آلومینیوم بالا در طول دهه بهینه سازی شده اند، اما هر کدام دارای معامله-offs. Steel قوی و مقرون به صرفه است؛ آلومینیوم سبک تر اما کمتر قوی و گران تر است تا تشکیل شود، کامپوزیت های فیبر کربن قدرت بالا و وزن کم را ارائه می دهند، اما برای بازیافت شکاف های گرافن-درون-reforced این شکاف ها را کاهش می دهند: آنها می توانند با کاهش وزن سخت و یا کاهش حجم پایین تر از مواد کم کنند، اما کاهش وزن کم هزینه و یا کاهش می توانند کاهش یابند.

برنامه های کلیدی گرافن در ایمنی خودرو

ادغام گرافن شامل سیستم های مختلف خودرو است.در زیر امیدوار کننده ترین مناطقی است که مواد گرافن-ننس مورد آزمایش قرار می گیرند یا در حال حاضر تجاری شده اند.

پانل های کامپوزیت Body

نانو پلاکت های گرافن را می توان به تروپلاستی یا ترموست ها پراکنده کرد تا پانل هایی را ایجاد کنند که سبک تر از فولاد و مقاومت بیشتر نسبت به آلومینیوم هستند، به عنوان مثال، اضافه کردن گرافن به پلی پروپیلن (یک پلاستیک رایج خودرو) باعث افزایش قدرت کششی توسط 40٪ و flexural modulus تا 30٪ می شود.این کامپوزیت ها می توانند به تجزیه و تحلیل وزن پلی تکنیک تبدیل شوند.

دانلود بازی Crash-Resistant Structures

modulus و توانایی انتقال بار گرافن برای تقویت ریل های سقوط، پرتوهای پرچر و اعضای شاسی ایده آل است.با ترکیب گرافن به آلومینیوم یا آلیاژهای منیزیم، تولید کنندگان می توانند اجزایی را تولید کنند که هر دو سخت تر و سخت تر هستند.برای مثال، یک کامپوزیت گرافن- توسعه یافته در دانشگاه منچستر 17٪ افزایش قدرت کششی در چنین برخوردی فعال، در تقویت حرکت الکتریکی، در چنین برخوردی، به طور پویا، افزایش قدرت جذب انرژی، در برابر سرعت فعال، در برابر سرعت افزایش می یابد.

سبک وزن و ایمن باتری های فولادی

وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) به بسته های سنگین باتری که اغلب تحت کف نصب می شوند، متکی هستند (پلن-ننسد شده می تواند برای ایجاد محفظه های باتری سبک استفاده شود که سلول ها را از سوراخ ها و شارژ حرارتی محافظت می کند.( گرافن کمک می کند تا گرما را پراکنده کند، علاوه بر این، یک گره و کاتد مبتنی بر گرافن اجازه می دهد تا سرعت بیشتری شارژ شود و چگالی بیشتری را در باتری های کاهش دهد:FID.

سنسور های پیشرفته ایمنی و الکترونیک

خواص الکتریکی عالی گرافن فشار و سنسور های فشار بسیار حساس را فعال می کند. [این ها می توانند در صندلی ها، چرخ های فرمان و پانل های درب تعبیه شوند تا حضور و وضعیت اشغالگر را شناسایی کنند، و باعث استقرار کیسه هوا با سنسورهای انعطاف پذیر گرافن می شود که همچنین می تواند فشار تایر و سلامت ساختاری را در محققان زمان واقعی در (FLT:0دانشگاه کمبریج [F:3] تشخیص دهد که این سنسور های خسته کننده می تواند توسط سیستم های کنترل خستگی مشاهده شود.

مدیریت حرارتی و Defrosting

دید روشن برای ایمنی حیاتی است.فیلم های هدایتی شفاف مبتنی بر گرافن می توانند جایگزین پوشش های سنتی اکسید فلزی در شیشه های باد و پنجره های عقب شوند.این فیلم ها به سرعت و حتی به طور مساوی هنگامی که ولتاژ اعمال می شود، جلوگیری از ایجاد یخ بدون اضافه کردن سیم های سنگین، آنها همچنین با دوام تر از پوشش های اکسید کربن (ITO) هستند.

چالش های موجود در قطعات گرافن-Enhanced

علی رغم وعده آن، ادغام گرافن به وسایل نقلیه تجاری با موانع متعددی مواجه است.چالش اصلی در مقیاس به گرافن سازگار با کیفیت بالا در مقیاس است. روش های تولید فعلی - مانند رسوب بخار شیمیایی (CVD) و لایه های مایع به طور فزاینده ای - گرافن با انواع مختلف و شمارش لایه ها.

توزیع و Adhesion

حتی هنگامی که گرافن مقرون به صرفه است، به طور یکنواخت آن را در داخل یک ماتریس دشوار است. ورق گرافن تمایل به agglomerate به دلیل ون در داخل وول نیروهای، ایجاد نقاط ضعیف عملکرد سطح - متصل کردن گروه های شیمیایی به گرافن - می تواند سازگاری با پلیمر ها را بهبود بخشد، اما پیچیدگی و تکنیک های پیشرفته مخلوط مانند سه مرحله و حفاری بالا هنوز بهینه سازی نشده است، اما هنوز بهینه سازی نشده است تولید بالا است.

نگرانی های نظارتی و ایمنی

نانوذرات گرافن ممکن است در طول تولید خطرات استنشاقی ایجاد کنند اگر به درستی مدیریت نشوند استانداردهای ایمنی خودرو مانند FMVSS (استاندارد ایمنی خودرو) و Euro NCAP نیاز به آزمایش دقیق برای مواد جدید دارند، در حالی که کامپوزیت گرافن تست های تصادف اولیه را گذرانده اند، دوام طولانی مدت در معرض UV، رطوبت، و دوچرخه سواری حرارتی هنوز نیاز به اطمینان از صنعت با سازمان هایی مانند پروتکل های استاندارد سازی دارد.

آینده آینده: به سوی وسایل نقلیه تولید

چندین تولید کننده خودرو در حال حاضر شروع به ادغام گرافن به مدل های تولیدی یا ماشین های مفهومی (به عنوان مثال، BAC Mono (یک ماشین ردیابی با کارایی بالا) از پنل های فیبر کربن گرافن که وزن را تا 20 درصد کاهش می دهد در حالی که افزایش سختی، پوشش موتور سبک گرافن در برخی از مدل های فورد (همکاری با علوم XG برای محصولات تحقیقاتی باتری پیش بینی شده توسط شرکت های دایملرF) و پیش بینی می شود.

موفقیت

تحقیقات مداوم بر تولید گرافن از منابع کربن فراوان مانند متان یا حتی مواد زائد تمرکز دارد تکنیک هایی مانند فلش جوول گرمایش و لایه برداری الکتروشیمیایی نشان می دهد وعده تولید کم هزینه، بالا و یا حتی هدر رفته، مدل سازی محاسباتی و یادگیری ماشین سرعت طراحی رابط های بهینه گرافنپلیتر را تسریع می کند.

به طور موازی، کامپوزیت های خود شفابخش حاوی گرافن توسعه یافته اند: میکروکپس از عوامل شفابخشی که در ماتریس گرافن جاسازی شده اند می توانند به طور خودکار ترک ها را تعمیر کنند، زندگی اجزای اصلی را گسترش دهند و حاشیه های ایمنی را حفظ کنند.

نتیجه گیری

گرافن وعده های زیادی برای تبدیل ایمنی خودرو از طریق توسعه وزن فوق العاده روشن و مواد قوی دارد. ادغام آن به پانل های بدن، ساختارهای تصادف، باتری ها و سنسورها می تواند منجر به وسایل نقلیه که نه تنها سبک تر و کارآمد تر، بلکه به طور قابل توجهی انعطاف تر در برخورد خودروساز آینده است، در حالی که چالش های تولید مقیاس پذیر، هزینه، و اعتبار بلند مدت باقی مانده است، سرعت نوآوری نشان می دهد که گرافن حرکت پایدارتر در ماشین های حمل و پایدارتر است.