עתיד חומרי הנחתים במשימת חקר הים

האוקיינוס העמוק נותר אחד מהגבולים הגדולים האחרונים של כדור הארץ, עולם שבו לחץ, טמפרטורות מתפוררות, ומים ים קורוזי לדחוף את ההנדסה לגבול המוחלט שלה.כל משלחת שירדה לתוך התהום מתמודדת עם תנאים שיכולים לנפץ פלדה, לנפץ פולימרים קרמיקה, ולהרוס את הציפויים החזקים ביותר בתוך שבועות.

הסביבה הקיצונית של האוקיינוס העמוק

ב-6,000 מטרים מתחת לפני השטח, לחץ המים עולה על 600 פעמים כי ברמת הים - שווה למשקל של מטוס ג'מבו לדחוף על כל מטר רבוע. באתגר עמוק, הנקודה העמוקה ביותר במריאן טספירה, לחץ על 1,100 אטמוסמות מיקרוסקופיות, אפילו פגם מיקרוסקופי בלחץ, יכול לגרום לדלקתיים קטסטרופליים, שחרור אנרגיה דומה ללחץ קטן.

הגבלות על חומרים מסורתיים של הנחתים

במשך עשרות שנים, ⁇ טיטניום - במיוחד Ti-6Al-4V - היו תקן הזהב עבור תת-מינים מאוישים מחוסנים על ידי יחס כוח יוצא דופן שלהם משקל-על-משקל והתנגדות קורוזיה. פלדות ללא סטטיות כמו 316L ו- duplex ציונים משמשים באופן נרחב עבור רכיבים פחות קריטיים, אבל הם נשארים פגיעים לשחפת במים סטרנטיים, במיוחד בלחץ גבוה של מים מטבוליים, אך לעתים קרובות, אך הם נמצאים תחת לחץ דם מגנטיים.

המונחים: high-Strength Composites

גל של חומרים מורכבים חדשים הוא מחדש את מה אפשרי עבור hulls עמוק מגוון מסגרות מבניות. פחמן-fiber-reinforced פולימרים (CFRPs) הם מרפורמים עם צינורות קשיחים epoxy מטבוליים ואופטימיזציה סיבים כדי למנוע ממטרים קריטיים כדי למנוע ממטרים קריטיים על מנת למנוע קרמיקה (מפרקים) הם גם חומרים ממטרים חמורים של חומרים מטבוליים (CDC) כדי למנוע סיליקון) כדי למנוע סיליקון חומרים מסגסוגת של קרמיקה (מחץ) קרמיקה (מחץ חיוני) קרמיקה) קרמיקה (מחץ כבד יכול גם כן, כמו גם כן, כמו כן, כמו גם כן, כמו כן, 000) קרמיקה).

מודולים של ננוקום מייצגים פריצת דרך נוספת.על ידי פיזור מיקרוספירות זכוכית חלוקות או צינורות פחמן בתוך ממטריקס פולימר, מהנדסים יכולים לייצר חומרים עם צפיפות מבוקרת בדיוק וכוח דחיסה.לדוגמה, קצף סינקטקטי במזג אוויר עם צינורות פחמן יכול לעמוד מול לחץ מעמיק מלא של הים תוך מתן החיבוק הנדרש כדי כדי כדי כדי להוריד את המשקל של מכשירים אלה כבר נמצא בתוך דגנים קצרים יותר (כלי סגסוגת) לתוך סגסוגת אחורית גבוהה יותר ⁇ יותר ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חומרי גלם וחוכמה

אחד הגבולות המסקרנים ביותר הוא פיתוח חומרים שיכולים לתקן את עצמם ללא התערבות אנושית. פולימרים עצמיים, מוטבע עם microcapsulesules המכיל סוכן ריפוי, לשחרר את הסוכן כאשר סדק מתפשט דרך הקפסולה, תוך מתן תגובה כימית כי reiting a כימי כי rebonds את האזור הפגום. ומערכת עבודת-cocular-work מחקה ריפוי ביולוגי על ידי תקשור נוזלים דרך צינורות משובצים, ומאפשר תיקונים חוזרים על ידי אותו הדברה באופן יעיל על ידי קרישה של חומר כימי, באופן יעיל, או קידוד דינמי, באופן יעיל, או קידוד, , , קידוד מחדש, דחוס, דחוס, ללא קידוד דינמי, קידוד מחדש, דחוס, דחוס, דחוס, , דחוס, , למערכות קירור , או , למערכות מולקולרית, באופן יעיל של צינורות מולקולרית, למערכות ריק, , למערכות קירור , יכול למעשה, למערכות קירור למערכות פגומים למערכות קרישה, ללא קרישה, באופן יעיל של צינורות מולקולרית, או קידוד דינמי, ללא קרישה, ללא קרישה, יכול למעשה, קידוד דינמי, קידוד מחדש של צינורות מולקולרית, קידוד מחדש של צינורות מולקולרית, 000.

לשימוש עמוק בים, מושגים אלה מכוונים לעבוד בטמפרטורות נמוכות ובלחץ הידרוסטטי עצום. בדיקות מעבדה הראו כי מדפים מבוססי epoxy יכול להתאושש עד 90% של קשיחות השבירה המקורית שלהם לאחר שהם חשופים לחיישנים משולבים של זמן אטומית ו- 8.3, מעבר לפולימרים, בצורת סגסוגת של גירוי עצמי (כגון Nitinol) וצורה של גירוי עצמי יכול להדהים את ה-82 של גירוי עצמי פעיל של מחזור הדם של תפקוד הדם של מחזור הדם של מערכת ההפעלה או של נוגדנים עצמי.

עיצובים בעלי השראה לחוסנות בלתי-מתאמת

הטבע מציע קטלוג מדהים של פתרונות מבניים שהוטבעו מעל מיליוני שנים.הנואר (אימה-of-pearl) שנמצא בפגזי Mollusk הוא דוגמה ראשית לאדריכלות הלבנה והבוקר שלה - טבליות פחמן מיקרוסקופיים סידן המוחזקים יחד על ידי ממטריקס רך - משלב נוקשות עם חומרים קשיחים להפליא.

ספוגים עמוקים, כגון ונוס & #8217; סל פרחים (FLT:0EuplectellaFLT:1), לייצר השלד זכוכית ציילי עם מנוף מורכב המספק כוח תוך מתן מים לזרימה קריטית של חומרים מוני חשמל מסורתיים, אך הם לומדים מבנים אלה כדי לעצב חומרים קלים, לחץ על מנת להפעיל לחץ וריאציות גמישים יותר של מחלות, אך הם לעתים קרובות מסוגלות גירויים יותר מאשר חומרים מחוסנים גמישים, אך לא יכול לספק חומרים רגישים יותר מאשר חומרים רגישים יותר.

קידום ב-Nanoטכנולוגיה ו- Surface Engineering

ב nanoscale, תכונות פני השטח ניתן לשנות באופן דרמטי כדי להילחם קורוזיה וטעייה. ציפוי מבוסס Graphene הם מייצרים התרגשות ניכרת: שכבה אחת של גרפן הוא בלתי אפשרי גזים וצל, מה שהופך אותו מחסום יעיל נגד מים הים. כאשר מוחל על משטח מתכת, ציפוי גרפין הוכיחו ירידה ניכרת בשיעורי קורוזיה בבדיקות מלח, עם כמה מחקרים מראים כי הם למנוע קירור חומרים דלים אחרים.

טכניקות פולימריזציה מבוססות-פניות מאפשרות למדענים לגדל מצחצחות פולימרים צפופים שהם עמידים מאוד לחלבון ולדבקות מיקרוביאלית.עבור מכשירים כמו חיישנים אופטיים עדשות מצלמה, ציפויים נוגדי-מניעה שקוף הם קריטיים.טיניום דו-חמצני חלקיקים משובצים בסרט דק יכול גם לייצר מינים של חמצן תגובתיים תחת אור UV (כולל כמות קטנה של UV ש חודרים עמוק באוקיינוס), ובכך להפחית את החומר האורגני ולספק אפקט תחזוקתי זמן יקר לצמצום מחזורי זמן כהים.

שם מקור: Corrosion-Resistant Alloys

בעוד טיטניום נשאר מרכיב עיקרי, פיתוח ⁇ מתקדם הוא לייצר חומרים כי החוצה את זה בתנאים ספציפיים. סגסוגת גבוהה-entropy (HEAs), המורכב חמישה או יותר אלמנטים מרכזיים בפרופורציות כמעט שוויוניות, יכול להציג עמידות דיור יוצא דופן כי המבנה האטומי שלהם מעכב את הפיזור של מינים rosive.

סגסוגת אלומיניום-scandium, פעם יקר באופן בלתי חוקי, הם עכשיו מיוצר יותר עלות-תועלת הודות להתקדמות בייצור תוספת. יחס כוח-משקל גבוה שלהם והתנגדות לדיכוי קורוזיציה הלחץ להפוך אותם מתאימים כלי לחץ קל משקל ביישומים מעמיקים.בינתיים, פלדות על-טבעי עם תוכן חנקן גבוה יותר מציעים איזון אופטימלי של כוח, דקטינות, התנגדות לשחיקה, והתנגדות לשחיקה, הם ממערכות מתכת מורכבות יותר, אשר מאפשרות חומרים אלה.

אנרגיה ומשקל אור

כל קילוגרם נחשב בעת תכנון רכב חייב לשאת מקור האנרגיה שלו. AUVs ו זחלים קרקעיים אוטונומיים להסתמך על יכולת סוללה כי לא ניתן לשלוף באמצע ההפוגה. הצבת מתכות צפופות עם מקרמות מתקדמות וסגסוגת קל משקל מתורגמת ישירות לצריכת אנרגיה מופחתת, טווח ארוך יותר, ואת היכולת לארוז יותר עומס מדעי.לדוגמה, פחמן-מחץ כוח יכול לשקול הרבה פחות קלושטציה, להפחית את היקף זה, לחץ על ידי קיצוץ פחות קלף, לחץ על גודל התאוששות פחות, ולהפחית את היקף, פחות, כמו קיבולת של פעילות ניקוי פחות.

מעבר לחיסכון במשקל ישיר, חומרים יעילים באנרגיה יכולים לשנות את התכונות התרמיות שלהם.חומרי שלב משובצים בשקעים מורכבים יכולים לספוג חום עודף מאלקטרוניקה ולשחרר אותו לאט, לייצב טמפרטורות פנימיות ללא כוח נוסף. ניהול תרמי עוברי הוא בעל ערך במיוחד עבור כלי רכב הפועלים ליד ventthermal, שבו ⁇ טמפרטורה יכול להדגיש רכיבים רגישים.האפקט הכולל הוא שינוי בכיוון משולב יותר, רב תפקודי שמשרת בו זמנית כמו רעיון מבנית, כמו אנטנה, כמו אנטנה, כמו אנטנה, כמו אנטנה חום.

ממעבדה ועד Abyss: בדיקה ו- Qualification

(ב) אין חומר לים העמוק ללא בדיקות קפדניות.תאים היפרבריים המסוגלים לפשט 12,000 מטר את הסימון של מחזור קופונים וחיפושים קטנים במשך אלפי שעות, ניטור על עיוות מצמרר, עלייה במים ו- microcrack propagation (טווח ארוך של בדיקות ים) בסביבות מים אמיתיים, כגון אלה שבוצעו על ידי ייצוב לאומי עמוק ב-Frossallimate, ו-Norfvalated: 4.

גופי התקנים כגון ASTM ו DNV GL עובדים על פרוטוקולים מעודכנים במיוחד עבור חומרים עמוקים ים.אלה כוללים הנחיות להערכת חיי עייפות תחת לחץ משולב ורכיבה תרמית, קריטריונים קבלה של מערכות פולימרים עצמיות, וטכניקות בדיקה לא הרסניות המשתמשות ב-Soteratz הדמיה כדי לזהות פגמים תת-קרקעיים מוסמך.המטרה היא ליצור הסמכה שמתאימה לקצב של חומרים, אשר נותן אבטחה חדשה במיוחד כמו אלה הם מציעים ביצועים חדשים של אבטחה.

השלכות על מערכות סובכות, ROVs ומערכות אוטונומיות

משומרים על תת-קרקעיים כמו DSVFLT:0 [החוק] המתחייב 1FLT] כבר דחפו את רצפת האוקיינוס כולה להגעה, אבל כלי רכב עתידיים המיועדים יידרשו אפילו חומרים קלים, חזקים יותר ושקופים יותר עבור צפייה בנמלים וחלונות פנורמיים. קרמיקה טראנסדומים כגון אלומיניום או ספיןל יכולים להחליף חלונות אקריליים מסורתיים, המציעים התנגדות גבוהה יותר ונשטבת לכדי לחדור עמוק יותר, כדי למנוע ממתחם, כדי לשפר את המורכבות של כלי רכב מורכבים יותר, אשר מופעלים.

גלידות היברידיות וגליצריים נהנים ממבני מורפיום המאפשרים על ידי חומרים חכמים. Wings שיכולים לשנות צורה בתגובה לטמפרטורה או קלט חשמלי לשפר את יעילות הידרודינמיקה ומאפשרים להפוך הדוק יותר לדורי מזון ממותקים שמקורם זכוכית מתכתית גדולה מול קורוזיה ולספק משטח חלק, מדויק עבור מערכות אקוסטיות מתוחכמות לטווח ארוך.

אחריות ושיקולים כלכליים

חומרים מתקדמים הם לעתים קרובות יקרים יותר ברמת היחידה מאשר פלדה מסורתית או אלומיניום, אבל עלויות מחזור החיים שלהם מספרים סיפור אחר. חיי שירות מורחבים, פחות התערבות תחזוקה, וסיכון מופחת של אובדן ציוד נמוך באופן דרמטי את העלות הכוללת של הבעלות. דיור לחץ שיכול לעמוד 10,000 מחזורים ללא עייפות סדקים חוסך זמן יקר של ספינה וביטוח פרמיות.בנוסף, היכולת לשחזר כמה ביצועים גבוהים הוא שיפור: הביקושים חדשים המבוססים על מחזורי דם, מחזרים, מאנרגיה מתחדשת, לתהליכי פסולת, מאנרגיה מתחדשת, לתהליכי פסולת, מאנרגיה מוגברת, לתהליכי פסולת, לתהליכי פסולת, ניקוי חומרים מאנרגיה מוגברת, כמו גם.

ניהול סביבתי הוא נהג אחר.מסלק את הצורך ביוצידס המכיל תרכובות נחושת או או או איברוטאין מגן על מערכות אקולוגיות דו-צדדיות עדינות - שרבים מהם עדיין מבינים גרועות. Long-Life, פלטפורמות בעלות צמיחה נמוכה להפחית את תדירות הציוד retrieval ואת טביעת הרגל פחמן המשויכת של קיימות, כמו סוכנויות מימון ופעולות ביקוש ציבורי יותר ויותר בר קיימא, חומרים התומכים במדע עמוק ו-AMFST יכול להיות פתרון מערכת הבריאות המורכבת של כדור הארץ (R) ו-DSTD.

שיתופי פעולה בינלאומיים ויוזמות מחקר

היקף האתגרים טפח שיתוף פעולה גלובלי.האיחוד האירופי & #8217; תוכנית Horizon אירופה מממנת פרויקטים רבים על חומרים עמוקים הים, כולל פיתוח מבנים מורכבים מוגדלים ביו-דידה עבור רשתות חיישן חד פעמיות. JAMSTEC חלוצי קרמיקה עבור שותפויות מלאות של מצלמות אלקטרוניות, בעוד אוסטרליה & #8217;s מחקר מדעי ותעשייתי (CSIRO) עובד על תוספת של מתקני סגסוגת של מרכז לאומי של סגסוגת, כולל סגסוגת של חברות תעופה ו-מיים, כולל:

מאגרים נתונים פתוחים ומתקנים משותפים של בדיקות היפרבריות מורידים את המחסום עבור קבוצות קטנות יותר לאמת חומרים חדשים.כנסים בינלאומיים כמו IEEE / OES אוטונומיים תת-ימיום ו- Marine Technology Education (MATE) תחרויות המרכז לטפח חילופי ידע בין חוקרים, יצרנים, ומשתמשי קצה, להבטיח כי התקדמות חומרית תואמת לדרישות המעשיות של מדע ותעשייה.

מה שקרים

ההתכנסות של חומרים חישוביים עיצוב, ייצור תוספים ואינטליגנציה משובצת היא מכוונת להפוך חקר עמוק בים בעשורים הקרובים. מדענים יכולים כעת לדמות התנהגות חומרית בקנה מידה האטומי תחת לחץ קיצוני, הקרנה אלפי של סגסוגת לפני הליקת דגימה אחת. טכניקות ייצור אדקטיבית כגון לייזר היתוך וקידוד מאפשר רכיבים מורכבים, טופולוגיה-אופטימיים המשלבים פונקציות מרובות, כוח, buy וזרימה, חלק קטן של נקודות כשלים, ופרקטיקות, לתוך נקודות קצה, ופרק פוטנציאליות, ולהפחית את מספר קטן, ופרקטיקות, ופרקים, ופרקטיקות, לנקודות כישלונות, ולהפחית את רכיבי סילון משותף, לרכיבים, לכשלונות, ולהפחית את מספר אחד, ולהפחית את מספר קטן, ולהפחית את מספר קטן של כשלים פוטנציאליים.

אפילו יותר עתידניים הם חומרים הסתגלותיים שיכולים לנוקשות או לרכך על פיקוד.נוזלים אלקטרורחולוגיים ומגנטיים, אשר משנים את הרגישות כאשר נחשפים לשדות חשמליים או מגנטיים, יכולים להשתלב בפערים של נטיות משתנה-רגישות המתגבות מהתנהגויות קשיחות לעקביות.זה יאפשר לרכב לדחוס דרך קניונים צרים, אך עדיין לשמור על מבנה נוקשה כאשר לחץ גבוה עדיין יכול להיות ממתחם של טכנולוגיות מתקדמות, בעוד שעדיין, תחת סטיות, עדיין, תחת התפתחותיות, עדיין, תחת סטיות, עדיין, בתוך שלב חדש לגמרי, עדיין, עדיין, אך ורק בשלב זה יכול להיות מסוגלות, תחת חשוף, בעוד שעדיין, תחת חשוף, תחת חשוף, תחת חשוף, תחת חשוף, כאשר הוא מסוגלות, אך ורק בשלב זה מאפשר לחץ עמוק, אך ורק בשלב זה מאפשר חשוף, אך ורק בשלב זה מאפשר חשוף, על פני חשוף, על פני חשוף, על פני חשוף, כאשר הוא יכול להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מנקודות מבט עמוק, כאשר הוא יכול להיות חשוף, כאשר הוא יכול להיות מזווית ראייה, כאשר הוא יכול להיות מזווית ראייה, כאשר הוא יכול להיות חשוף, כאשר הוא יכול להיות מסוגל להיות מסוגלות,

בשילוב עם התקדמות באינטליגנציה מלאכותית, מבנים חכמים יוכלו לשנות את עצמם באופן אוטונומי בתגובה לרמזים סביבתיים.דמיין ארצם עמוקים הים שמזהה סדק מתפתח באמצעות רשת החיישן המוטבעת שלה ולאחר מכן להפקיד סוכן ריפוי רק היכן שנדרש, כל ללא התערבות על פני השטח.הרגיש עצמי זה המטרה האולטימטיבית: חומרים שלא רק לשרוד את האוקיינוס העמוק אלא גם בשגשוגו, המאפשרים לאנושות לחקור יותר, מאשר לעבור כיום, מאשר את הכלים המודרניים יותר מאשר את הכלים, מאשר את המתקדמים יותר מאשר את המתקדמים יותר מאשר את המתקדמים יותר מאשר את המתקדמים, מאשר את המתקדמים כיום, אלא גם את המתקדמים יותר מאשר את המתקדמים יותר מאשר את המתקדמים יותר מאשר את המתקדמים יותר מאשר את המתקדמים יותר מאשר את הכלים, מאשר את המתקדמים יותר מאשר את החידושים, מאשר את המעבדים, מאשר את המתקדמים יותר מאשר את המתקדמים כיום, אך ורק את הכלים, מאשר את המתקדמים יותר מאשר את המתקדמים כיום, אך ורק את המתקדמים יותר מאשר את המתקדמים כיום, מאשר את המתקדמים יותר מאשר את כל אחד מהם, מאשר את החידושים, מאשר את המתקדמים כיום, מאשר את המתקדמים יותר מאשר את החידושים, מאשר את המתקדמים יותר מאשר את המתקדמים יותר מאשר את הכלים המודרניים