ננו-חומרים ופוסטוסטטים מתקדמים: מהפכה בהנדסה מודרנית וחומרים מדע

מניפולציה של החומר בקנה מידה אטומי מולקולרית פתחה גבול חדש במדעי החומרים, ומאתגרת את ההבנה שלנו לגבי אילו חומרים יכולים להשיג.כאשר Alessandro Volta להתנסות עם חשמל או הנרי Bessemer מהפכה ייצור פלדה, הם עבדו עם חומרים שנכסים שלהם נקבעו בעיקר על ידי הרכב הכימי שלהם ואת המבנה הגדול שלהם.

המדענים של היום פועלים עם דיוק גדול בהרבה, מבנים הנדסיים אטום על ידי אטום כדי ליצור את ה-FLT:0nanomaterialsFLT:1 עם תכונות שנראה בלתי אפשריות על בסיס חומרים קונבנציונליים - חומרים חזקים יותר מאשר פלדה עדיין בהיר יותר מאשר אלומיניום, התנהגות יותר מאשר נחושת עדיין שקוף, או מסוגל לרפא את עצמם כאשר פגומים.

(FLT:0) מתקדם מורכב FLT:1 לקחת מהפכה זו קדימה על ידי שילוב אסטרטגי של חומרים מרובים כדי להשיג ביצועים כי עולה על כל רכיב יחיד.תעשיית החלל כבר זמן רב מועסקים חומרים מורכבים לבניית מטוסים קלים וחזקים יותר, אבל מודרני מודרני FLT:2nanocompositesFLT 3LT - מסובכים שילוב של חיזוקים ננומטריים - מייצג יכולת קוונטית בקפיצות.

חומרים אלה מאפשרים להבים טורבינות רוח המשתרעים על פני מאות מטרים, מפרקים מלאכותיים שנמשכים עשורים בסביבה ביולוגית עוינת, אלקטרוניקה גמישה מספיק כדי לקפל מספיק במשך שנים של שימוש, ומבנים שמפקחים על בריאותם ותיקון נזק אוטונומי.

ההתכנסות של ננוטכנולוגיה עם חומרים מורכבים הנדסה יוצרת הזדמנויות חסרות תקדים בכל מגזר תעשייתי. התחבורה הופכת יעילה יותר כמו כלי רכב לשפוך משקל ללא הקרבת בטיחות. מערכות אנרגיה מתחדשת ללכוד יותר כוח מהשמש והרוח באמצעות חומרים המתאימים בקנה מידה מולקולרי.

שתלים רפואיים משתלבים בצורה חלקה עם מערכות ביולוגיות באמצעות הנדסה על פני השטח ב דיוק nanometer. אלקטרוניקה מתכווץ בעוד יכולות להתרחב באמצעות חומרים המציגים תכונות בלתי אפשריות כדי להשיג בקנה מידה גדול יותר.

מדריך מקיף זה חוקר את הנוף המלא של FLT:0 nanomaterials ומורכבים מתקדמים יותר ממדע יסודי המסביר מדוע חומרים מתנהגים אחרת nanoscales כדי חיתוך שיטות ייצור חדשניות יצירת מוצרים מסחריים, החל יישומים מהפכניים שהופכים את התעשיות לאתגרים מתמידים הדורשים פתרונות לפני שפוטנציאל מלא הוא הבין.

בין אם אתה מהנדס חומרים מפתח מוצרים הדור הבא, חוקר דוחף גבולות מדעיים, מנהיג עסקי להערכת השקעות טכנולוגיות, או פשוט מישהו מוקסם מכמה חומרים מתקדמים מאפשרים טכנולוגיה מודרנית, מאמר זה מספק את העומק הדרוש כדי להבין חומרים שהם ממש מחדש לעצב את העולם הפיזי שלנו.

הבנה של ננו-חומרים: נכסים מתעוררים ב-אטומים

Defining the Nanoscale

(FLT:0)NanomaterialsFLT:1 הם חומרים עם לפחות ממד חיצוני אחד או מבנה פנימי מדידה בין 1 ל 100 ננומטרים. כדי להעריך את המשמעות של הסקאלה הזאת, לשקול כי שיער אנושי אחד הוא בערך 100,000 ננומטר בקוטר, מדד תאי דם אדומים של כ 7,000 ננומטרים על פני, ו- DNA כפול מכיל רוחב של 2 מ"ק בלבד.

(ההגדרה כוללת צורות חומריות מגוונות.FLT:0) ננו-חומריות חלקיקים (Nanomaterials) מכילות צורות שונות של חומר ננומטר (Nanpis) או חלקיקים קוונטיים (anoparticles) יש את כל שלושת הממדים בטווח nanometrics, בדרך כלל מדידת 1-100 ננומטר בקוטר (FLT) 3 עד 2, אך לעתים קרובות יותר מ"ד) רק חומרים מקרו-D) רק כדי להרחיב חומרים ממטרים אחרים (NFLT5 עד 4.

למה ננומטרי נכסים דיפר

חומרים ב- nanoscales מציגים תכונות שונות באופן דרמטי מאשר חומרים רבים של הרכב כימי זהה בשל מספר תופעות פיזיות בסיסיות.הבנת המנגנונים האלה מסבירה מדוע ננוטכנולוגיה מציעה פוטנציאל כה טרנספורמטיבי ולא רק ייצוג מיניוריזציה של חומרים קונבנציונליים.

(FLT:0) יחס של פני השטח ל-volumeFeloph:1 עולה באופן דרמטי ככל שגודל החלקיקים יורד. קוביה עם צד 1 מטר יש שטח שטח שטח שטח שווה ל 6 מ"ר ונפח של 1 מ"ר, נותן יחס פני השטח של 6 נקודות מ"ר (חלק קוביה זו לתוך 1-מטר אחד קוביות ואת היחס עלייה של 6 מיליארד מ"ד - 000 תכונות פחמן-קליות שונות יותר מאשר תכונות של פחמן-מ-מ"ל) של פני השטח (מ-ל פחות) מאשר תכונות מתכת).

(FLT:0)Quantum Limitment אפקטים של ההרחבה:1ve עולה כאשר ממדים חומריים ניגשים באורך הגל של אלקטרונים דה ברוגלי (Dronice Wave אורך הגל של אלקטרונים) – באופן קטי כמה ננומטרים עבור מוליכים למחצה.במוליכים למחצה, אלקטרונים תופסים להקות אנרגיה מתמשך המאפשרות ל-conining אלקטרונים במבנים חד-ממדיים, ויוצרים מצבים דיסקרטיים כמו אלה באטומים בודדים.

(FLT:0) חומרים המכילים הסתברות ללא פגם מפלט:1 (FLT:0) תוצאות מנפח חומרי מופחת.חומרי בורק מכילים באופן בלתי נמנע פגמים - גבולות, חסרונות, vacancies - המגבלה כוח מכני, מוליכות חשמלית ונכסים אחרים.חומרי ננוקל מכילים פחות פגמים רק בגלל שיש פחות חומרים.

(FLT:0) ,Reduced DimensionualityFLT:1 משנה את ההתנהגות הגופנית. Graphene - שכבת אטומית אחת של פחמן - חומרים אלקטרוניים שונה באופן דרמטי מהגרפיט (של שכבות של שכבות גרפן) כי אלקטרונים נעים בשני ממדים ולא שלושה.הגביל הדו-ממדי הזה יוצר מוליכות חשמלית ייחודית, התנהגות תרמית ותכונות מכניות שהופכות את גרפן החזק ביותר בו-זמנית, כמעט-מולקולי, כמעט-מולקולאי-ממדי, ואפקטים אחרים, כמעט-חומרים-חומרים-ממדיים-חומרים.

קטגוריות עיקריות של ננו-חומרים

(FLT:0) ננו-חומרים מבוססי-Carbon (NanomaterialsFLT:1 , מהפכת חומרים באמצעות תכונותיהם יוצאות דופן וגמישותם.FLT:2Carbon nanotubes (CNTs) ,3) , מבנים סינפטיים של אטומים מאוגדנים אשר מסודרים בצורות אחסון חד-תכליתיות (חומר אחד) או צינורות מתכתיים אחרים (NT) או תכונות מורכבות יותר מ-מתאים אחרים, או מגנטיים, אשר ניתן לבצע אטומיים אחרים, או מגנטיים, או יותר מ-מתאים אחרים, או מגנטיים, או מגנטיים, או אטומיים, או יותר מ-מתאים אחרים, או מ-מתאים יותר מ-מתאים אחרים, או יותר מ-מסוגרים, או מ-מסוגרים, או מ-מתאים אחרים, או אטומיים, או יותר מ-מתאים אחרים, אשר אינם מסוגלים לצורות נוגדים, או מ-מתאים בעלי יכולת אחסון, או מ-מתאים יותר מ-מתאים אחרים, או יותר מ-מתאים מגנטיים, אשר אינם מסוגלים ל-מתאים מגנטיים, אשר אינם מסוגלים ל-מתאים מגנטיים, אשר אינם מסוגלים ל-מתאים

(FLT:0GrapheneFLT:1) - גליונות של פחמן דו-אטומים של פחמן ב- hexagonal lattice - מייצגים אולי את הננו-חומר המפורסם ביותר, להרוויח את תגליותיו פרס נובל לשנת 2010 בפיסיקה.עם עובי של 0.34 ננומטרים, גרפן הוא חומר דקנט ככל שנותר יציב:3% תכונות בלתי רגילות: עשרות כוח של 130 קבילות גבוהה יותר מאשר 2, 000 פלדה, 000).

(FLT:0) מלאננים (FullerenesFLT:1) - lypsoid, או מבני הכלוב הקרדיאליים של פחמן - כולל buckyballs (C60 ומבנים סגורים אחרים) ו- CNTs. חומרים אלה מציגים כימיה ייחודית בשל משטחים העקומה שלהם ואת הפנים הריקים שלהם, המאפשרים יישומים במשלוח תרופות (מעלה חומרים טיפוליים), שינוי (כמו תאים מולקולריים).

(FLT:0) חלקיקים חלקיקים ננו-פליאליים 1 (במיוחד זהב, כסף, פלטינה ו- Palladium -exhibit ייחודי אופטי, חשמל וקטליטי שונה באופן דרמטי מתכות גדולות. חלקיקים זהב מופיעים אדום או סגול ולא צהוב עקב מנגנוני בקרה כימיים על פני השטח - osciations ייחודיים של פני השטח של אלקטרונים בתאים ספציפיים גל, כולל תאים כימיים רבים של צינורות דם, כולל אפילפטיים ודימום.

(FLT:0) מסטיקה חלקיקים ננו-חלקיקים 1FIRLT:1 ; כולל titanium דו-חמצני (TiO2), תחמוצת אבץ (ZnO), silica (SiO2), ו תחמוצת ברזל (Fe2O3, Fe3O4) משרתים יישומים מגוונים.TO2 חלקיקים מספקים הגנה UV במסננים, פעילות photocatalyticתמיית עבור משטחים מגנטיים של חומצה אופטית-דלקתית, ותפקודי-דלקתית, סימטרית חלקיקים של תאים חשמליים, ZOCD-Oponic®, מספקים הגנה מפני תאים אופטיים, ניגודיים, מספקים הגנה מפני תאים חשמליים, ניגודים של HIV.

(FLT:0)Quantum dotsFLT:1 - somiconductor ננוקריסטל בדרך כלל 2-10 ננומטרים בקוטר - תכונות אופטיות של TMFLT:1 - קדמיום סלנדיד (CdSe) חלקיקים פולטים צבעים מוצקים על פני הספקטרום הנראה לעין בהתאם לגודל: dots גדולים פולטים אור אדום, קטן יותר dos dos dosium selenide (Creditise) עם תאים מתכתיים (אפקטיים) LEDs) וכחולים (אפקטיים (אפקטיים) ספקטרום רחב יותר) המאפשרים צבעים כוללים צבעים מוצקים (אפקטיים צבעים).

(FLT:0Ceramic חלקיקים (FLT:1) כולל אלומיניום (אל2O3), zirconia (ZrO2), ו סיליקון carbide (SiC) לספק קשיחות קיצונית, ללבוש התנגדות, ויציבות תרמית. ננוceramics משולב לתוך תרכובות מכניות באופן דרמטי יותר תוך שמירה על צפיפות נמוכה.

מערכות חומרים מתקדמות: הנדסה Synergistic Materials Systems

המונחים: material Fundamentals

(FLT:0) חומרים גרפיים FLT:1 משלבים שני או יותר ממרכיבים שונים עם תכונות פיזיות או כימיות שונות באופן משמעותי לייצר חומר עם מאפיינים שונים ממרכיבים בודדים.מושג זה, אם כי עתיק - לבנים מחמוד התחזק עם קש מייצגים מוקדם מורכב - התפתח להנדסה מתוחכמת המאפשרת חלל מודרני, אנרגיה מתחדשת, ועוד אינספור יישומים.

(ב) [ה]המטריקס [ה] [ה] [ה] [ה]] [ה]]] [הה]]] [ההה] [ה][דרוש]]]]] [ההה]] [ההההה[[המאה ה-20], [ה[[המאה ה-20]]], ו[[ה[[המאה ה-20]],]],]],]], ו[[ה[[ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[ה[[המאה ה-20]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]],]], [[1924]], [[ה[[1924]],]], [[ה[[1924]],]],]],]],]], [[ה[[1924]], [[ה[[1924]],]],]], [[1924]], [[ה[[1924]], [[ה[[1924]], [[ה[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[19

(ב) [ה]] [ה] [ה]] [ה]] [ה]], [ה], [ה],] [ה]], [ה]]ה[ה]]], [ה], [ה], [ה], [ה]]הההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההה]]]]]]]] [ההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההה

(FLT:0 אזורי הבין-פנית (interface Zone) 1 (ממטריקס) בין matrix לבין חיזוק משפיע באופן ביקורתי על ביצועים מורכבים.חיבור בין-גזעי חזק מבטיח העברה יעילה של עומס ממטריקס לתגבורת, בעוד ממשקים חלשים עשויים לאפשר למשיכת סיבים ולדיספסציה אנרגיה במהלך כישלון - לפעמים רצוי לטיפולים בקשיים.

סוגים של Composites

(FLT:0) סיבי קארבון מחזקים פולימרים (CFRPs)FLT:1 שולטים יישומים מורכבים ביצועים גבוהים. סיבי פחמן - שהוגדרו על ידי טיפול תרמי של פוליאקורינליל (PAN) או מבשרי אגס - ספירת חלקיקים יוצאי דופן זנב (3-7a), קשיחות גבוהה (200-900-GP Modulus), צפיפות נמוכה (D2-R) ו-Gretretretreativesekreatives) עם סוללות גמישות, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 עמידות משולבת, 000, 000, 000).

(FLT:0Glass סיבים מחזקים פולימרים (GFRPs) 1FLT:1 לספק חיזוק כלכלי יותר מאשר סיבי פחמן תוך שמירה על כוח טוב והתנגדות כימית מעולה. סיבי זכוכית להשיג כוח רב-עוצמה של 2-3 GPa בדחיסות של 2.5 גרם /3 עם תוספות סביב 70 GPa. בעוד לא תואם ביצועים של פחמן, סיבים עלות בערך אחד-עשר כמו גם חומרים של GF, אשר משמשים ביותר, כולל צינורות רכב.

(FLT:0Ceramic matrix מורכב (CMCsigs)FLT) 1 משלבים מאפים קרמיקה עם חיזוקים סיבי קרמיקה כדי ליצור חומרים עם טמפרטורות קיצוניות תוך שמירה על נזק בלתי אפשרי בקרמיקה מונוליטית.סיליקון סיבי כבד-reinforcedסיליקון עם ממטרת כבדות שומן (SiC / SiC) לפעול בטמפרטורות גבוהות יותר מ-1,500 מעלות צלזיוס, המאפשרים יישומים במנועי סילון חמים, לעומת רכיבי CMC, לעומת רכיבי CMC חשמליים, לעומת רכיבי CMC אופייניים של ציוד גרעיניים.

(FLT:0) מאטרקס מורכב (MMCs)BuildFLT) 1 משלב חלקיקים קרמיקה או סיבים לתוך מטבול מתכת, יצירת חומרים המשלבים את הטוהר של מתכות עם כוח קרמיקה ונוקשות. אלומיניום מתחזק עם חלקיקים סיליקון carbide מספק נוקשות גבוהה יותר ולבוש מאשר סגסוגת אלומיניום תוך שמירה על מוליכות חשמלית ותרמיות תרמיים כוללים רכיבי מנוע רכב (piston, cbriers), מבנים אלקטרוניים, אריזות ספורט, אריזות, אריזות, אריזות ספורט, , אלקטרוניקה, אלקטרוניקה, , אלקטרוניקה, , , , אריזות אלקטרוניקה , , , אריזות אריזות , , , , , אלקטרוניקה , , , , , אלקטרוניקה , , אריזות אריזות אריזות , , אריזות אריזות , , , , , , , , אריזות ספורט , סגסוגת אלקטרוניקה , ⁇ סגסוגת ⁇ ⁇ סגסוגת סגסוגת סגסוגת סגסוגת קוסמטיקה קוסמטיקה ⁇ .

(FLT:0) מסובלים היברידיים Hybrid מ-FLT:1ב משלב באופן אסטרטגי סוגים רבים של חיזוק כדי לייעל תכונות.ד.ד.ד.ד.ד.ד.ד.ד.ד.ד.מ.מ.ב.מרכיבים היברידיים היברידיים היברידיים היברידיים היברידיים היברידיים היברידיים היברידיים של פחמן עם העלות הנמוכה של זכוכית. Kevlar-פחמיידי פחמן משלבים את הנוקשות של פחמן עם עלויות ספציפיות ויישומים ספציפיים של Kevlar.

ננוקום: Convergence of Nanoטכנולוגיה ו-Comosites

Defining Nanocomposites

(FLT:0)NanocompositesFLT:1 מייצג את ההתכנסות של מדע ננו-חומרים עם הנדסה חומרים מורכבת - חומרים שבהם לפחות אחד המרכיבים יש ממדים בטווח nanoscale. הגדרה זו כוללת ננופולטים פולימרים (תנווגים בקנה מידה במרמוסמפלקסים פולימרים), ננומטרוציטים מתכתיים (חלקיקים במכות), וננופלסטים בשלב השני של קרמיקה).

מה שממבדיל את ננוקוםטים מתרכובות קונבנציונליות אינו רק חיזוקים קטנים יותר אלא אינטראקציות פיזיות שונות ביסודן.נונומטרי חיזוקים יש אזורי משטח עצומים - גרם יחיד של צינורות פחמן יש שטח על פני השטח של מעל 1,000 מטרים רבועים - יצירת ממשקי כוח מריצה נרחבים השולטים בהתנהגות חומרית.

פחמן Nanotube ננוקומביטים

(FLT:0CNT nanocompositesFLT:1 משלב צינורות פחמן לתוך פולימר, מתכת, או מטבוליות קרמיקה כדי למנף את התכונות יוצאות הדופן של CNTs. אפילו תוספות קטנות (1-5 אחוזים משקל) יכול לשפר באופן דרמטי את העוצמה המכנית, מוליכות חשמלית, ו מוליכות תרמית.

(FLT:0) אתגרים מעוררי השראה (FLT:1) מתעורר כי CNTs באופן טבעי מצטבר לתוך חבילות בשל אטרקציות חזק ואן דר Waals בין צינורות.חבילות אלה לפעול כמו פגמים ולא חיזוקים, צמצום ולא שיפור תכונות. Achieving אחיד CNT מתפזר דורש שיטות מכניות (הרחבה, שילוב גבוה), שיטות כימיות (שינויי ייצור אלקטרואקטיביזציה או חומרים מגנטיים למניעה נמוכה), או מגנים מגנטיים, או מחוסנים אחרים.

(FLT:0 interfacial אג"ח בין CNTs ו matrices קובע יעילות העברת עומס.P.S. חלקה, כימית אי-פרט משטחים לספק חיבור מינימלי ל matrices. Chemical Functionization - הובלת קבוצות מולקולריות ל- CNT משטחים - משפרים את הקשר אבל עלול להזיק למבנה CNT ונכסים.

(FLT:0)ApplicationsFLT:1 כולל תרכובות אווירוקל (מבנים במשקל אור עם תכונות משופרות), ספורט מוצרים (חזקים יותר, ציוד קל יותר), אחסון אנרגיה (חשמלי ו supercapacitor אלקטרודות עם מוליכות משופרת), חיישנים (חיישנים אימון, חיישנים כימיים ניצול שינויים התנהגותיים), ואלקטרוניקה (מוליכים גמישים, מגן אלקטרומגנטי).

Graphene Nanocomposites

(FLT:0Graphene nanocompositesFIRLT:1 ; ⁇ גרף:0) מכיל גלידות גרפן דו-ממדי של CNT מספק שטח חיזוק מקסימלי - שני הצדדים של כל גיליון אינטראקציה עם מטריצה. יחס קיצוני שלה (ממדים של אלפי פעמים גדול יותר מאשר עובי) מאפשר יצירת נתיבים למטרה גז עבור דלקת, שיפור תכונות עבור מיכלי דלק קריטי, וטנקים,

(FLT:0) אסטרטגיות של פיתוח:0) אסטרטגיות אסטרטגיות של ההרחבה 1 כוללות פתרון ערבוב (ה של גרפן במטבים נוזליים או פותרים), התכה (שילוב גרפן לתוך פולימרים או מתכות), ופולימרומיזציה של החלפת (הדגשה מונומרנים בנוכחות גרפן).

(FLT:0) שיפורי ביצועים חשמליים (FLT:1) אורך חיזוק מכני (כוח רב עוצמה ואפקטים של עלייה), מוליכות חשמלית (רשתות בעלות מטען אולטרה נמוך), מוליכות תרמית (הפחתת חום יעילה), ותכונות מחסום (הסרמנטיות גזים ונוזלים) יתרון מפתח הוא השגת שיפורים אלה בטענות נמוכות מאוד - לעתים קרובות תחת משקל אחד - מינימום עונשים עלות ושמירה על משקל.

(FLT:0)ApplicationsFLT:1 כולל תרכובות פולימריות (נכסים מכניים ומכשולים), ציפויים (הגנה על קורוזיה, התנהגות), אחסון אנרגיה (חשמלי ואלקטרודות supercapacitor), ניהול תרמי (מפיץ חום עבור אלקטרוניקה), ומזכר (מסנכרנות מים, הפרדה גז).

Polymer Nanocomposites עם חלקיקים Inorganic

(FLT:0) Nanoclay מורכבs.FLT:1 לכלול מינרלים ליציקליים שכבתיים (מונטמורניט, hectorite) לתוך מטבוליות פולימר אלה מורכבים מסוליות ננומטר-תיק כי, כאשר הם כראוי exfoliated ו מפוזר, ליצור מחסומים בלתי אפשריים לגז מטבול שיפור דרמטי של תכונות מחסום.

(FLT:0) Nanosilica מורכבsFLT:1 להשתמש silica חלקיקים (5-100 חלקיקים קוטר) כדי לחזק את elastomers ופולימרים.בניגוד למילויים קונבנציונליים של אחליקה, ננוסייקה מספקת חיזוק בעומסים נמוכים בהרבה עם עלייה פחות מולקולקטית, המאפשרת יתרונות עיבוד תוך שיפור תכונות.

(FLT:0) מסטיקה חלקיקים מורכבsplepleplesph:1) שילוב TiO2, ZnO, או תחמוצות אחרות לספק תכונות רב-תכליתיות כולל הגנה UV, פעילות מיקרוביאלית, הפחתת הלהבה, ו מוליכות חשמלית. TiO2 nanoparticles להגן על פולימרים מפני הפחתת UV תוך מתן משטחים בעלי ערך עצמי באמצעות phototalytic decatactation של ציפויים של מוצרי קרינת UV ו-Oacts.

Metal Matrix Nanocomposites

(FLT:0) אלומיום ממטריקס ננוקומה 1 (alumina, סיליקון carbide, צינורות פחמן) לספק כוח ונוקשות גבוהה יותר מאשר ⁇ אלומיניום קונבנציונליים תוך שמירה על טוב דוקטרקטיות ומיומנות.חומרים אלה מאפשרים ירידה במשקל ביישומים של רכב ואווירה שבו צפיפות נמוכה של אלומיניום היא בעלת ערך רב אך ללא כוח אלומיניום מספיק.

(FLT:0) אתגרים מעוררים אתגר (FLT:1) כוללים השגת פיזור חלקיקים אחיד במכות מלוטשות (כאשר חלקיקים נוטים agglomerate ו צף או הכיור), הימנעות תגובות כימיות בלתי רצויות בין חלקיקים ו matrix בטמפרטורות עיבוד, ופיתוח טכניקות ייצור כלכלי אינטנסיבי מתאים לייצור תעשייתי.

(FLT:0)ApplicationsFLT:1 כולל רכיבי רכב (pistons, חיבור מוטות, רכיבי בלם), מבני חלל (רכיבי מסגרת אוויר, ציוד נחיתה), וניהול תרמי (טביעות חום, אריזה אלקטרונית נהנה מהתנהגות תרמית).

יישומים מהפכניים בתעשיות

תעופה ואוויר: משקל אור עבור יעילות

(FLT:0) מטוסיModern WaveFLT:1 נגזר 50% או יותר מהמשקל המבני שלהם מחומרים מורכבים, עם בואינג 787 Dreamliner ו- Airbus A350 המייצגים הישגים אבן דרך באינטגרציה מורכבת.CRP מורכב לספק 20-30% חיסכון במשקל בהשוואה לאלומיניום עבור כוח שווה ערך, בתרגום ישיר לשיפורי דלק.

(FLT:0)Nanocomposite חידושים חידושים של חידושים 1FLT מבטיח לקדם עוד חומרים אווירוspace. CNT-reinforced CFRPs לספק הגנה מפני שביתה ברק (התנהגות חשמלית המונעת נזק לפיצול) תוך שמירה על ביצועים מבניים.הציפוי Graphene מגינים מפני הצטברות קרח, שחיקה ושפלת UV.

(FLT:0) יישומים בחלל (Spacecraft ApplicationsFLT:1) ליהנות במיוחד מיכולות הרב-תפקודיות של ננוקום. מבנים ממונעים בחלל עומדים בפני אופניים תרמיים קיצוניים (150 מעלות צלזיוס או יותר), שחיקה חמצן אטומית, השפעות מיקרומטרוטקס וחשיפה לקרינה על פני עשרות שנים ארוכות טווח משימות.ננוספוטיסטים עם מוליכות תרמית מוגברת להפיץ חום אחיד יותר, למנוע ריכוזים תרמיים.

תעשיית הרכב: ביצועים וקיימות

(FLT:0) סוללות רכב אלקטרוניות FLT:1 , השתמש נרחב nanomaterials שיפור ביצועים, בטיחות, תוחלת חיים. nanostructured חומרים אלקטרודה להגדיל את שטח פני השטח עבור תגובות אלקטרוכימיות, המאפשר טעינה מהירה יותר ותפוקה גבוהה יותר כוח.סיליקון חלקיקים להחליף גרפים קונבנציונליים גרף גרף מגביר באופן דרמטי את יכולת האחסון אנרגיה.

(FLT:0) רכיבי מבני מבני משקל מבניים של LightcleFLT:1 (FLT:1) באמצעות CFRP ננוקוםites להפחית במשקל כלי רכב, הרחבת טווח הרכב החשמלי או המאפשר סוללות קטנות יותר, קלות יותר.

(FLT:0) Wear-resistant nanocoatingssveFLT:1) להגן על רכיבי מנוע, להאריך את חיי השירות ושיפור יעילות. nanostructured יהלומים כמו ציפוי פחמן דמוי פחמן מופחת חיכוך בפיסטון, סומפטים, ונושאות. ציפויי nanop Ceramic להגן על מערכות ממערכות מקורטוזיאונדציה.

בנייה: תשתית חכמה ודורנית

(FLT:0) חלקיקים ננומודוליים ברורים (Nanomodified) 1FLT:1 (שילוב ננו-חומרים) משיג ביצועים מעולים בהשוואה ל קונקרטיות קונבנציונלית. חלקיקים ננו-סיליקה מאיצים תגובות לחות, צמצום זמן ההגדרה והגברת העוצמה המוקדמת.הם גם ממלאים את נקבוביות ננומטריות, ויוצרים בטון צפופה עם עמידות מוגברת, ועוצמה גבוהה יותר.

(FLT:0) חומרים של ריפוי משובצים ב- 1FIRLT באופן אוטומטי סדקים, מרחיבים באופן דרמטי את תוחלת החיים של תשתיות.מיקרו-סולרים המכילים סוכני ריפוי המוטבעים בקרע קונקרטי כאשר הם יוצרים, משחררים סוכנים כי פולימרנים או מתגבשים סדקים.צורה-memory מסובבים סדקים כאשר הם מחוממים את ה- Bacterial spores בזמן הפעלת סדקים קונקרטיים, ייצור, ייצור מנגנוני אבטחה עמידים, תוך שיפור מנגנוני אבטחה וחסומיים.

(FLT:0) ציפויים חכמים מעכבים 1 (FLT:1) מספקים תכונות משטח רב תפקודיות. Photocatalytic TiO2 nanoparticle ציפויים decomposes Decomposeutants אורגני ולמנוע צמיחה ביולוגית, יצירת משטחים מנקה עצמית הדורשים תחזוקה מינימלית. hydrophobic nanocoatings למנוע נזק וקרח.

מערכות אנרגיה: דור, אחסון, ויציבות

(FLT:0) Solar photovoltaicsFLT:1 נהנה מחידושים ננו-חומריים רבים.תאים סולאריים קוונטיים להשיג שיפורים באמצעות דור exciton מרובים - תצלומים עתירי אנרגיה גבוהים שיוצרים זוגות רבים של אלקטרו-חוריים. particlesmonic מתכת nanoparticles לשפר את ספיגה קלה בתאי השמש דקים באמצעות אפקטים קרובים לשדה.

(FLT:0) vod טורבינות להבים 1FLT:1 , המשתרע על 60-100 מטר מעסיק תרכובות מתקדמות עבור כוח, קשיחות ועייפות הדרושים עבור 20+ שנים שירות חיים.שילוב ננוחומרים משפר תכונות המאפשרות להבים ארוכים יותר ללכוד יותר אנרגיה או להבים קלים יותר להפחית עומסים מבניים לאורך טורבינות.

(FLT:0) Hydrogeneva אחסוןFLT:1 עבור כלי רכב תאי דלק דורש חומרים לאחסון מסה מימן משמעותית בנפחים מוגבלים בלחץים וטמפרטורות מקובלים. מסגרות אורגניות מתכת וננו-חומרים מבוססי פחמן עם אזורי משטח פנימיים עצומים (מעל 7,000 m2/g) מודעות מימן בדחיסות המאפשרות מערכות אחסון מעשיות.

(FLT:0) SupercapacitorsFLT:1 לספק אחסון כוח משלים סוללות - טעינה מהירה יותר / דיסיעה אבל צפיפות אנרגיה נמוכה יותר. Graphene ו- Carbon nanotube אלקטרודות למקסם את שטח השטח עבור אחסון המטען תוך מתן מוליכות חשמלית מעולה. מתכת חלקיקים אלקטרודות מורכבות לאפשר פסאודו-capacitance - תמיכה מחדש מגנטית המספקת תוספת אחסון המטען מתקדם אלה מאפשרים ביצועים supercapcapcapcapaciging בין סוללות קונבנציונאליות.

בריאות וביוטכנולוגיה: רפואה מוקדמת

(FLT:0) מערכות משלוח Drug מסירים 1:1 (השתמש ב- nanoparticles) מאפשרות טיפול ממוקד להפחית תופעות לוואי תוך שיפור יעילות.טיפולים בסרטן מחלחלים nanoparticles מצטברים באופן מועדף בגידולים באמצעות אפקט ההנצחה מוגברת ואפקטי שימור - או דליפות כלי דם מאפשר חלקיקים כדי להצטבר בעוד רקמות בריאים נשאר טרמפנטיה להפחתה של חלקיקים נוספים כדי להפחית את הרקמות הדרושות.

(FLT:0MedicalplantsFLT:1) נהנה משטחים nanostructured שיפור האינטגרציה הביולוגית. Titanium orthopedic שתלים עם משטחים nanotextured לקדם החזקות תא העצם וצמיחה, מאיץ אוסווינטציה וצמצום זמן הריפוי. hydroxyapatite nanoparticles עוד לשפר את שילוב העצם.

(FLT:0)BiosensorsenseFLT:1 מינוף התכונות הייחודיות של ננו-חומרים לזהות סמנים ביולוגיים בריכוזים נמוכים מאוד המאפשרים אבחון מוקדם של המחלה.זה nanoparticle מבוסס חיישנים לזהות רצפי DNA, חלבונים, או מולקולות קטנות באמצעות שינויים צבע הנובעים מ- nanoparticle aggregation.

(FLT:0) הנדסת פיגומים מאופיין 1FLT:1) באמצעות nanofiber מורכב לחקות מבנה ממטריקס טבעי תוספת סלולרי הנחה חידוש רקמות. אלקטרוspun פולי nanofiber scaffolds לספק מבנים תלת מימדיים עבור קבצים מצורפים תאים וצמיחה. שילוב חלקיקים bioactive nanoparticles משחררים גורמי צמיחה מעוררים היווצרות רקמות.

אלקטרוניקה: מיניטורלציה ותפקוד

(FLT:0 ;Flexible אלקטרוניקהFLT:1) מופעל על ידי ננופולטים פולימרניים ליצור תצוגות שניתן לכופף, חיישניים, ותאים סולאריים תואמים בלתי אפשריים עם סיליקון קשיח. Transudive סרטים באמצעות גרפן, ננווטים כסף, או צינורות פחמן להחליף תחמוצת פחמן תחת תצוגות גמישות ומסכים.

(FLT:0) ניהולי שלרמאל (thermal ManagementFLT:1) הופך קריטי יותר ויותר כמו אלקטרוניקה מתכווץ ומשקפי חשמל להגדיל. Graphene וננוקום פחמן מספקים מוליכות תרמית יוצאת דופן - יהלום מתעתק - מפיץ חום דק ויעיל וחומרים ממשק תרמי.שלב חלקיקים סופגים חום במהלך ספוי חשמל לאחר מכן מתפזרים, בהדרגה עומס תרמיים ומחסומי חום.

(FLT:0) התערבות אלקטרונית (EMI) מגן על אנדרלינגFLT:1) באמצעות nanocomposites מוליכים מגן על אלקטרוניקה רגישה תוך שמירה על משקל וגמישות. CNT או גרפן nanocomposites לספק הגנה על יעילות המתחרים מתכות בשבריר של משקל. . Multilayer nanocomposite מבנים עם תכונות חשמליות מותאמות אופטימיזציה והשתקפות על פני טווחים הרלוונטיים לתקשורת אלחוטית ומערכות אלקטרוניות.

(FLT:0) מכשירים לוגיים ולוגיקה (Handy and Logiceurs) 1:1 המתקרבים בקנה מידה אטומי נהנה מהנכסים הייחודיים של ננוחומרים של ננומטרים פחמן-נופיטריסטים עשויים להחליף סיליקון בצומת ננומטריים שבהם אפקטים קוונטיים מגבילים CMOS.שלבים חומרי nanodevices של שלב מאפשרים זיכרון לא-וולידי עם מהירויות של מעבר ננומטר.

ייצור טכנולוגיות ו Scalability

שיטות סיננומטריות עבור ננומטרי

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) [13] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(FLT:0)Self-assemblyFLT:1 מינוף אינטראקציות מולקולריות לארגן באופן ספונטני חומרים לתוך nanostructures הורה.בלוק copolymers באופן טבעי ליצור nanostructures תקופתיים - קשקשים, cylinders, lamellae - נקבע על ידי ארכיטקטורת פולימר ותנאי עיבוד. DNA אוigami משתמש תוכנית בסיס כדי לקפל DNA לשלושה מבנים מורכבים עם דיוק רב-מפוסים עם תכונות עצמאיות.

טכניקות ייצור

(FLT:0)HandueFLT:1 נשאר בשימוש נרחב לייצור נמוך כרכים למרות להיות בעל יכולת עבודה.עובדים באופן ידני להציב בדים חיזוק בתבניות, ליישם ריזן ממטריקס, ולהסיר אוויר מלוכד באמצעות מתגלגל.

(FLT:0)Vacuum infusionFLT:1ve משפר איכות ומפחית פליטות תנודתיות בהשוואה לשקע יד. בדים חיזוק יבש ממוקמים בתבניות, שקיות ריקות חתומות עליהם, ולאחר מכן משטפות באמצעות בדים על ידי ואקום.תהליך זה מייצר שברים עקביים של סיבים, מפחית תוכן ריק, מאפשר חלקים גדולים יותר, ומספק תנאים טובים יותר של עבודה.

(FLT:0) חומרי קדם-החלל (Autoclave planting:FLT:103) מייצרים מרוכבים באיכות גבוהה ביותר עבור יישומים אווירו-מרחב.Prepreg חומרים - ייצור מראש-reinforceing בדים לפני-מיושבים עם רזין חלקית - ממוקמים בתבניות, שואב אבק-מחוסן, ולאחר מכן ריפא תחת טמפרטורה גבוהה לחץ (בדרך כלל 150 מעלות צלזיוס ו-6) במכוניות גבוהות.

(FLT:0)Resin transfer עובשing (RTM)earFLT:1 ⁇ לתוך תבניות המכילות ביצועים של חיזוק יבש, מתאים לייצור בינוני של חלקים מורכבים מדי בינוני.תבניות סגורות מאפשרות השלמת משטח דו-צדדי ודיוק ממדי תוך צמצום הסיבים אוטומטיים וזריקת מחדש מאפשרת איכות עקבית בשיעורי ייצור סבירים, עם רכב ומרחבי דורש יותר ויותר עבור עשרות אלפי חלקים של RTM.

(FLT:0)Filament WindingFLT:1 עוטפת סיבים מרושעים סביב רוטט מנדלרים מתפתל תחת מתח מבוקר, אידיאלי עבור מבנים ציליים כמו כלי לחץ, צינורות, ומקרים מנועים טילים.אוטומטיים רק בקרה אוטומטית על מיקום סיבים, מתח, ותוכן resin, לייצר חלקים באיכות גבוהה עם סיבים אופטימיזציה יעילה תהליך ייצור בינוני של ייצור בינוני של מבנים סטנדרטיים.

(FLT:0) ייצור אדרטיבי (FLT:1) של תרכובות מאפשר גיאומטריות מורכבות בלתי אפשריות עם תהליכים קונבנציונליים. FD.Fed deposition Modeling (FDM) extrudes סיבים-reinforced thermoplastic filaments, בניית חלקי שכבתיים על ידי שכבה. בעוד תכונות מכניות לא להתאים סיבים רצופים, חופש העיצוב של FDM מאפשר מבנים אופטימיזציה ומהירים לפיתוח סיבים גמישים.

אתגר עיבוד ננו-פונקטיבי-המימון

(FLT:0DispersionFLT:1 של ננוריים מייצג את האתגר העיקרי עיבוד. nanoparticles מצטבר עקב אנרגיה על פני השטח גבוהה, יצירת אשכולות שפועלים כפגמים ולא חיזוקים. פיזור אחיד של אג"ח דורש שיטות מכניות (רבת, שילוב גבוה), שינויים על פני השטח (תפקוד הפחתת נטייה של הדבקה), או עיבוד הן פרמטרים - בזהירות, כל זמן, אופטימיזציה של אנרגיה, כל אחת, אופטימיזציה של אנרגיה, כל זמן, אופטימיזציה, כל זמן, אופטימיזציה, כל זמן, טיפולית, טיפולית, או טמפרטורה יעילה, כל זמן, כל זמן, אופטימיזציה מדויקת, טיפולית, כל זמן, אופטימיזציה מדויקת, אופטימיזציה של אנרגיה, כל זמן, אופטימיזציה של אנרגיה, כל אחת, טיפולית, כל זמן, טיפולית, טיפולית, טיפולית, טיפולית, טיפולית, טיפולית, טיפולית, טיפולית, טיפולית, טיפולית, טיפולית, טיפולית, כל זמן, טיפולית, טיפולית, טיפולית, כל אחת, טיפולית, טיפולית, טיפולית, אופטימיזציה מדויקת, טיפולית, אופטימיזציה מדויקת, טיפולית, טיפולית, טיפולית, טיפולית, טיפולית גבוהה, טיפולית, כל זמן, טיפולית, כל אחת,

(FLT:0 Interfacial EngineeringFLT:1) מבטיח העברת עומס יעילה בין ננורינים לבין matrix. Pristine ננוחומרים יש לעתים קרובות תאימות מטריצה גרועה הדורשת טיפולים על פני השטח.עם זאת, פונקציונליות כימית עלולה להזיק למבנה הפריזמה של ננו-חומרים מחריב את התכונות המבוקשות מאוד.

(FLT:0) calabilityigabilityFLT:1 ממעבדה לאתגרים תעשייתיים רבים תהליכים ננו-קודש. שיטות יעילות בקנה מידה דקדוק עשוי להוכיח לא מעשי בקילוגרם או קשקשים עקב מגבלות ציוד, דרישות זמן עיבוד, או מגבלות עלות.פיתוח טכניקות עיבוד מדרגיות המתאימות לייצור תעשייתי תוך שמירה על פיזור ושרידים מוקד עיקרי של מאמצי מסחר.

(FLT:0) בקרת איכות (Quality ControlFLT:1) עבור ננוקומבטים דורש אופי תכונות ננומטריות והפצה שלהם לאורך כל החומרים.אלקטרון microscopy מספק תצפית ישירה, אבל דגימות זעירות שעשויות להיות חסרות מבנה מיקרו-מבנה ייצוגי. X-ray פיזור, מוליכות חשמלית ובדיקות מכניות מספקות הערכה עקיף של פיזור ונכסים אך דורשות.

אתגרים וכיוונים עתידיים

בריאות ובטיחות סביבתית

(FLT:0) חלקיקים רעילות חלקיקים ל- 1FLT חששות נובעים מנכסים ייחודיים שהופכים את ננו-חומרים שימושיים גם שהופכים אותם מסוכנים.גודל קטן מאפשר חלקיקים לחצות מחסומים ביולוגיים (skin, ריאות, מחסום דם-מוח) שחוסמים חלקיקים גדולים יותר.אזורי פני השטח גדולים מגבירים את חוסר הפעילות עלולים לייצר מינים של חמצן מזיק.

(FLT:0Risk AssessmentFLT:1) דורש הבנה של מסלולים, יחסי מינון-תגובה, ואפקטים ארוכי טווח.חשיפה לכיבוש במהלך הייצור מייצגת את הדאגה המיידית ביותר, הדורשת אמצעי בטיחות במקום העבודה כולל ventilation, ציוד מגן וחשיפה לצרכנים באמצעות מוצרים המכילים חלקיקים דורש הערכה שונה תוך התחשבות פוטנציאל תוך שימוש תקין וסיום של חיים.

(FLT:0) מסגרות רישום של ההרחבה:1 מתפתחים כדי לטפל בשיקולים ספציפיים nanomaterial-specific.תקנות כימיות מסורתיות עשויות לטפל באופן לא הולם nanomaterials מאז אותו הרכב כימי מציג תכונות שונות ועלולים להיות סיכונים שונים ב- ננומטרי. Agencies, כולל EPA, FDA, וגופים רגולטוריים האיחוד האירופי מפתחים הדרכה ספציפית ודרישות, אם כי מסגרות רגולטוריות מקיףות נותרו בלתי שלמות.

(FLT:0) עיצוב עיצוב בלתי ניתן להשגה (FLT:1) עקרונות מדריך לפיתוח nanomaterials סביבתית ותהליכים.שימוש בשפע, לא רעילים, פיתוח nanomaterials מבוסס ביולוגית, יישום שיטות סינתזה ירוק, ועיצוב עבור מחזוריות להפחית את ההשפעות הסביבתיות של מחזור חיים הערכה השוואת מוצרים nanomaterial כדי לסייע להבטיח יתרונות סביבתיים עודף השפעות ייצור.

עלויות וזמינות מסחרית

עלויות הייצור של NLT:0 (הייצור של מוצרים) עבור ננו-חומרים רבים נותרו גבוהים, מגבילים את אימוץ ליישומים בעלי ערך גבוה להצדיק פרמיות. Scaling הייצור ממעבדה ועד לכמויות תעשייתיות דורש השקעה משמעותית הון בציוד מיוחד, מתקנים ומערכות בקרת איכות. כמו עלייה בנפח הייצור, כלכלות של קנה מידה צריכות להפחית עלויות, אך שווקים רגישים במחיר עשויים לדרוש גישות חדשניות להשגת מטרות בעלות.

(FLT:0) אימות אימותים של אימות FLT:1 ביישומים בעולם האמיתי לפעמים מגלה כי שיפורים בנכסים המחוסנים במעבדה אינם מתרגמים באופן מלא למוצרים מסחריים.אתגרי עיבוד סביבתיים, או חוסר יכולת עם תשתיות ייצור קיימות עשויים להגביל ביצועים אפשריים.

(FLT:0) חינוך שוק LT:1) על היתרונות של ננו-חומרים והבטיחות מייצגים אתגר מסחרי.כיסוי תקשורת שלילי על סיכונים ננוטכנולוגיה, גם כאשר לא מבוססים מדעית, יכול ליצור עמידות בשוק.

סטנדרטיזציה ואופי

(FLT:0 תקנים מתקדמים של NLT:1 עבור ננוקומביטים עדיין מתפתחים.שיטות מבחן מורכבות ארכאי עשויות לאפיין התנהגות nanocomposite עקב מנגנוני כישלונות שונים ואפקטים בקנה מידה.פיתוח שיטות בדיקה סטנדרטיות המאפשרות השוואה משמעותית בין חומרים ואימות של מודלים דורש שיתוף פעולה בינלאומי והשגת קונצנזוס.

(FLT:0) טכניקות חיזוי (FLT:1) עבור תכונות ננומטריות דורשות ציוד מתוחכם כולל מיקרוסקופיה אלקטרונים, מיקרוסקופית כוח אטומי, ושיטות ספקטרוסקופיות מתקדמות.טכניקות אלה מספקות תובנות מחקר יקרות ערך אבל עשוי להיות לא מעשי לשליטה איכות שגרתית עקב עלות, דרישות זמן, ומורכבות הדגימה.

(FLT:0) חיזוי חיזוי פורפורמנטלי:1 באמצעות מודלים וסימולציה יכול להפחית בדיקות ניסיוניות יקרות אבל דורש מודלים חומריים מדויקים מאומתים נגד נתונים מקיפה של בדיקות.מודל רב בקנה מידה המחבר מבנה nanoscale לתכונות מקרומטרידות נשאר מאתגר מבחינה חישובית.

המונחים: growth

(FLT:0)4Dural PrintFLT:1 מרחיב ייצור תוספת לכלול זמן כממד רביעי - מבנים מודפסים שמשנים צורה או תכונות בתגובה לגירויים סביבתיים. Shape-memory פולינוקום מודפס בתצורה אחת להפוך לצורות סופיות מתוכנתות כאשר מחומם.

(FLT:0) self-sensing and Self-healvinging) אינטגרציה 1 יוצרת חומרים שמפקחים על בריאותם ותיקון עצמי של נזק.רשתות חלקיקים מוליכים מספקים מתחים באמצעות שינויים בהתנגדות.מיקרו-קלוטסקול או רשתות פולשניות המכילות סוכני ריפוי כאשר מתרחשת.שלב יכולות אלה לחומרים מבניים רב-תפקודיים אשר נושאים במקביל, נזק נפשי, ופגיעה עצמית מייצגת חומרים הנדסיים, חומר הנדסי.

(FLT:0) Bioinspired designFLT:1Builds לומד מן האדריכלות ההיררכיות של חומרים טבעיים להשיג תכונות יוצאות דופן מן המרכיבים הרגילים. Nacre (אמא של פנינה) משיגה קשיחות יוצאת דופן מן הסידן החלש באמצעות מבנה ננוקל. עכביש משלב כוח וקשוח מעל סיבים סינתטיים באמצעות אדריכלות מולקולרית.

(FLT:0)Quantum MaterialsFLT:1 מינוף אפקטים מכניים קוונטיים עבור יכולות טרנספורמטיביות. insulators טופולוגי לנהל חשמל על פני השטח תוך בידוד ברובם, המאפשר אלקטרוניקה בעוצמה נמוכה. אלקטרוניקה קוונטית dots לאפשר פליטה צילום יחיד עבור מחשוב קוונטי ותקשורת. שני חומרים אקזוטיים מארחים שלבים אלקטרוניים בלתי אפשריים בחומרים קונבנציונליים אלה.

מסקנה: חומרים שמציינים את העתיד

(FLT:0)Nanomaterials ומורכבים מתקדמים (Fancy:1) מייצגים הרבה יותר מאשר שיפורים מצטברים על חומרים קונבנציונליים - הם מאפשרים יכולות חדשות בסיסיות בעיצוב טכנולוגיה בכל מגזר כמעט.היכולת מהנדס חומרים בקנה מידה אטומי, בדיוק מבנה שליטה וקומפוזיציה, מאפשר להתאים את התכונות ליישום עם דיוק חסר תקדים.

ההשפעה של ההרחבה:0 (FLT:0)transformativeential Effect (FLT) 1 של חומרים אלה משתרעת על פני הנוף הטכנולוגי.כלי רכב אוויריים להשיג יעילות דלק לפני כן באמצעות תרכובות קל משקל.כלי רכב חשמליים הופכים מעשיים באמצעות סוללות המופעלות על ידי מערכות אנרגיה מתחדשת ללכוד את השמש ואת אנרגיית הרוח ביעילות רבה יותר באמצעות רכיבים ננו-חומריים.

עם זאת, (FLT:0)challenges מתעקשת על כך שחייב להיות מטופל לפני הפוטנציאל המלא של חומרים אלה הוא הבין.ייצור קנה מידה, הפחתה בעלויות, בריאות והערכה סביבתית, פיתוח מסגרת רגולטורית וסטנדרטיזציה כל דורש המשך תשומת לב.הדרך מהפגנות מעבדה ועד פריסה מסחרית נרחבת כרוכה באתגרים טכניים, כלכליים וחברתיים משמעותיים הדורשים מאמץ מחוקרים, רגולטורים, החברה.

ה-FLT:0 estfuture trajectoryFLT:1 מצביע על חומרים מתוחכמים יותר המשלבים פונקציונליות מרובות - מבנים תחושה נזק ו-repair עצמי, חומרים שמתאימים לתנאים סביבתיים, ואדריכלות היררכית המחקה את המאפיינים יוצאי הדופן של חומרים ביולוגיים.אינטליגנציה מלאכותית ולמידה מאיצה את ההתקדמות הזו על ידי ניווט של חומרים עצומים גילויי מבנים ומבנים אופטימליים.

(FLT:0)Nanomaterials ומורכבים מתקדמים (Falve) אינם רק מאפשרים טכנולוגיות ליישומים קיימים, אלא פלטפורמות ליכולות חדשות לחלוטין, אנחנו רק מתחילים לדמיין, שכן היכולת שלנו לתפעל את החומר בקנה מידה אטומי משתפרת וההבנה שלנו של מערכות יחסים פרוספקטיביות להעמיק, החומרים שאנו מייצרים מטושטשים יותר ויותר גבולות בין חומרים סינתטיים ותפקודיים, פעילים ואקטיביים, כבר לפני עשורים, הם החלו לעצב מחדש את היסודות הפיזיים, אשר נוצרו מחדש, אשר נוצרו, אשר נוצרו מחדש, כדי ליצור טכנולוגיות פיזיות, אשר נוצרו, אשר נוצרו, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו מסוגלים ליצור, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו מסוגלים ליצור מטושטשים יותר ויותר מטושטשים יותר ויותר, אשר יהיו מסוגלים ליצור שנים, אשר יהיו מסוגלים ליצור, אשר יהיו מסוגלים ליצור לנטרל, אשר יהיו מסוגלים ליצור לנטרל את האפשרויות, אשר יהיו מסוגלים ליצור לנטרל, אשר יהיו מסוגלים ליצור, אשר יהיו מסוגלים ליצור מטושטשות, אשר יהיו מסוגלים ליצור לנטרל את האפשרויות, אשר יהיו מסוגלים לערים, אשר יהיו מסוגלים לערים, אשר יהיו מסוגלים לטשטשות יותר ויותר, אשר יהיו מסוגלים ליצור, אשר יהיו מסוגלים ליצור, אשר יהיו מסוגלים ליצור, אשר יהיו מסוגלים לטשטש

משאבים נוספים

עבור הקוראים המבקשים הבנה עמוקה יותר של ננו-חומרים ורכיבים מתקדמים, המשאבים הסמכותיים הבאים מספקים מידע מקיף ומחקר חדשני:

• ה-FLT:0) יוזמת ננוטכנולוגיה הלאומית של ננוטכנולוגיה (Nanoטכנולוגיה) 1 מתואמים את מאמצי המחקר והפיתוח הפדרליים תוך מתן משאבים חינוכיים על יישומי ננוטכנולוגיה והשלכות
• איגוד היצרנים של אמריקן Composites מציע משאבים טכניים, תקני תעשייה ומידע שוק על חומרים מורכבים וייצור
• כתבי עת מדעיים כולל Nature Nanotechnology, חומרים מתקדמים, ו- Composites Science and Technology מפרסמים מחקרים עמיתים שמקדמים את התחום
• NIST (המכון הלאומי של התקנים וטכנולוגיה) מפתחת תקני מדידה ושיטות אפיון חיוניות עבור מסחר ננו-חומרי ובקרת איכות