חשיבות החדשנות החומרית ב- Electromechanical Components

מרכיבים אלקטרו-מכאניים מהווים את עמוד השדרה של הטכנולוגיה המודרנית, המאפשר תנועה, חישה, ופעולה ביישומים החלים מחומרים חשמליים ומערכות רכב למכשירים רפואיים ואלקטרוניקה לצרכנים.חומרים מסורתיים כגון נחושת, פלדה, אלומיניום, ופלסטיקה הנדסית סטנדרטית שימשו את הפונקציות הללו באופן אמין יותר במשך עשורים.

חומרים מתעוררים ויתרונותיהם

Graphene ו- Carbon Nanotubes

(Grenphene) שכבת פחמן אטומית יחידה המסודרת ב- hexagonal lattice - משכה עניין אינטנסיבי עבור תכונות מכניות, חשמליות תרמיות שלה, עם כוח רבילי מעל 100 פעמים של פלדה עדיין רק אחד אטום עבה, גרפן יכול לחזק את היתרונות פולימרים, מתכות, קרמיקה כאשר מפוזר כמו ננו-קפוץ יישומים אלקטרו-מכניים, גרפיטי-מב מאשר חום נמוך יותר מ-מחץ (R) כדי לספק תכונות מגנטיות גבוהות יותר מ-חום (Ric) כדי להגדיל את גודל חום (Ric מגנטיות) מ-Ric מגנטיות גבוהה יותר מ- קיבולת גבוהה יותר מ- קיבולת גבוהה יותר מ- 500%) כדי לספק קיבולת מגנטיות) כדי להגדיל את גודל חום (Ric מגנטיות).

Shape Memory Alloys (SMAs)

Shape memoryסגסוגת, במיוחד ניקל-טינום (NiTi או Nitinol), יכול לשחזר זנים גדולים (-8%) על חימום מעל טמפרטורת הטרנספורמציה.התנהגות ייחודית זו הופכת אותם אידיאליים עבור מתמריצים כי חייב לסבול מיליוני מחזורים ללא עייפות. SMAs כבר פרוסים במיקרו-actuators עבור מיקומטרים רפואיים, משטחים אדפטיים, ולחטים אחרונים המיוצרים עם סגסוגת מגנטית באמצעות סגסוגת מגנטית גבוהה של 10.

Ceramics ו Ceramic Matrix Composites

Ceramics כגון alumina (Al2O3), zirconia (ZrO2), ו סיליקון nitride (Si3N4) מציעים קשיחות יוצאת דופן, ללבוש התנגדות, וחוסר נטיות כימי, אבל המהירויות שלהם יש שימוש מוגבל מבחינה היסטורית רכיבים דינמיים. Ceramic matrixs (CMCs) לטפל בזה על ידי הטמעת סיבים קרמיקה (למשל, סיליקון), סיליקון לחץ דם גבוה יותר, חומרים רגישים לשרירים, תוך שמירה על חומרים דלקת ריאות עמידים בלחץ גבוה יותר, תוך שמירה על חומרים מכניים בלחץ גבוה, תוך שמירה על סוללות CRMC מטריצהיר (C מטריצהירוקסיליים בלחץ גבוה יותר, תוך שמירה על חומרים מכנית חומרים מכנית חומרים מכנית חומרים מכנית חומרים מכניים בלחץ גבוה יותר, תוך שמירה על סוללות כבד יותר, תוך שמירה על סוללות CRMIC).

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « מחיאת « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

חומרים מרגיעים עצמיים מחקים מערכות ביולוגיות על ידי תיקון מיקרו-קליפים אוטונומיים, ובכך מרחיבים את תוחלת החיים של רכיב.שני גישות עיקריות משמשים: ריפוי זרמי באמצעות סוכני ריפוי מבודדים (למשל, מיקרו-capsules המכילים חומרים מתמשכים של סנטיקינטקסטין ו-rutheniumsic באמצעות שיבושים של אגרות חוב קוגניטיבי (למשל, מיקרו-בקרים חשמליים) כגון חומצות חשמליות אסטוריטריטיסות אסטולטיביות אילינוי (Ricial) לאחר צמיגים).

Metal Alloys (מעבר לפלדה וקופר)

חידושים מתכתיים ממשיכים לדחוף גבולות. ⁇ גבוהה-entropy (HEAs), המורכב חמישה או יותר אלמנטים מרכזיים ביחסים קרוב-equimolar, להציג שילובים בעלי עוצמה גבוהה יותר.לדוגמה, CoCpfeNiMn HEAs להראות הגבלות עייפות על 200 MPa לאחר 107 מחזורים, 000 פלדה קונבנציונלית נושאות בתקשורת קורוזיבי.

תכונות השוואתיות של חומרים מתפתחים

בחירת החומר האופטימלי עבור יישום אלקטרו-מכני נתון דורש איזון תכונות מרובות.השולחן להלן מסכם מאפיינים מרכזיים של החומרים הנדון ביחס למדדים מסורתיים (steel, נחושת, פלסטיק סטנדרטי).

  • (FLT:0)Graphene / CNT מורכב:03FLT:1) יחס כוח גבוה למשקל, מוליכות חשמלית תרמית מעולה, אבל עלות גבוהה ( $ 100–500 $ /g עבור גרפן חד-שכבות) ואתגרי פיזור.
  • (FLT:0) סגסוגת זיכרון של אשפה: FLT:1 מתח גדול להתאושש, עמידות עייפות גבוהה מתחת מחזורים תרמיים מבוקרים; מהירות הפעלה מוגבלת עקב lag תרמי, ומחיר יקר יחסית (~ $500 / ק"ג עבור NiTi).
  • (FLT:0Ceramic matrix מורכב:FreaLT:1) נוקשות קיצונית, יציבות עתירה גבוהה (1200 מעלות צלזיוס+), התרחבות תרמית נמוכה; מתפתל תחת עומס יתר של עשרות, קשה למכונה.
  • (FLT:0) ,healing פולימרים:cioFLT:1 , תיקון סדקים אוטונומי, תחזוקה מופחתת; כיום מוגבל מחזורי ריפוי (10–100), כוח מכני נמוך יותר מאשר מפלסטיקים הנדסיים.
  • (FLT:0) ⁇ גבוהה-entropy:FreaLT:1 יוצא דופן קורוזיה ועייפות התנגדות, טוטלי נכסים; עיבוד מורכב, עדיין יקר בשל אלמנטים נדירים (Co, Ni, Cr).
  • (ב) ⁇ :0) מאטרקס מורכב (אל-סייציל): 1FLT:1 נוקשה גבוהה במשקל, ניהול תרמי טוב; קשה להצטרף, רגישים לקורוזיון גליוני.

אתגרים באימוץ חומרים

למרות תוצאות המעבדה המבטיחות, אימוץ תעשייתי נרחב של חומרים מתעוררים אלה עומד בפני כמה מכשולים.עלויות נשאר מחסום עיקרי: ייצור גרפן עתיר של דגנים גבוהה הוא אנרגיה אינטנסיבית, ו SMAs דורש שליטה מדויקת של ייצור סקאלהפולקטי כגון פרוטוקול כימי נגד כריתת שתן עבור מחזורי גרף, אבקת מתכת עבור HEAs, וסיבים מתמשך עבור CMCs חייב להשיג עלות עם חומרים עמידים כגון בדיקות אוויריות אוויריות אוויריות קבועות, אך לא יכול פשוט לצבור מגבלות זמן ארוכות של תרופות מורכבות יותר.

כיוונים עתידיים בהנדסה חומרים

בעשור הבא סביר לראות התכנסות של כמה מגמות טכנולוגיות מאיצה את האימוץ החומרי.ייצור Additive (3D הדפסה) מאפשר ייצור של רכיבים רב-חומריים עם תכונות מדורגות - לדוגמה, פיר טבע מנוע המעבר ממרכז פלדה אל משטח קרמיקה ב-Samciscoded חומרים המבוססים על AI-Driveicide פלטפורמות הן בדיקות של מיליוני מועמדים כדי לזהות אופטימליות SMAs או HE ללא תגובות ניסיוניות (Dicial) אשר נבדקים על ידי תאים חשמליים מתקדמים (Dicial) אשר סימולציה) אשר מופעלים) אשר מופעלים מגנטיים על ידי תאים מגנטיים מגנטיים (Dicial) ו-Dicial) הם בדיקות נוגדנים המבוססים על ידי נוגדנים מגנטיים על ידי נוגדנים מגנטיים) אשר ממשיכים למנוע מודלים למניעת לחץ מגנטיים מגנטיים (Dicolresectedto-Dicolresected) ו-Dicial) ו-Dide מגנטיים (Dide) של חומרים למניעת שימוש ב-cotrad) של חומרים למניעת שימוש ב-cotrato-cotracin מודלים למניעת שימוש ב-cotracinicial) של חומרים למניעת שימוש ב-cotracinto-cotratento-cotratentotracind) של חומרים למניעת שימוש ב-co

מסקנה

חומרים מתעוררים - מ גרפן אינפום-אין ופולימרים עצמיים לסגסוגת גבוהה וסגסוגת גבוהה וצורות חכמות של זיכרון צורה - מסלולים ברורים יותר כדי להגביר באופן דרמטי עמידות במרכיבים אלקטרו-מכאניים.על ידי שיפור בסיסי של עמידות עייפות, ניהול תרמי, ללבוש סובלנות, יציבות סביבתית, חומרים אלה מאפשרים מרווחי שירות עתידיים, יותר, ניתנות כוח גבוהות יותר, ופעולה בתנאים בלתי אפשריים בעבר, בעוד שמשתנים חומרים מתקדמים, הם לא יכולים לספק חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, פיתוח חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, וטכנולוגיות עיבוד חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים, וטכנולוגיות עיבוד חומרים מתקדמים, וטכנולוגיות יעילות, וטכנולוגיות ניהוליים, יעילות גבוהה יותר, מודלים מתקדמים, מודלים מתקדמים של יעילות גבוהה יותר, מודלים מתקדמים של יעילות, מודלים מתקדמים, מודלים מתקדמים, מודלים מתקדמים, מודלים מתקדמים, מודלים מתקדמים, מודלים מתקדמים, מודלים מתקדמים, מודלים של יעילות, מודלים מתקדמים, מודלים מתקדמים, מודלים מתקדמים, מודלים מתקדמים, מודלים מתקדמים של יעילות, מודלים מתקדמים, מודלים מתקדמים יותר, מודלים מתקדמים, מודלים מתקדמים יותר, מודלים מתקדמים של יעילות, מודלים מתקדמים יותר, מודלים מתקדמים יותר, אך יעילות, אך יעילות, מודלים מתקדמים של יעילות, מודלים מתקדמים יותר, מודלים של יעילות גבוהה יותר, מודלים מתקדמים יותר, מודלים מתקדמים יותר, אך יעילות, מודלים מתקדמים,