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Bio-Inspired Plating 기술이란?

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예를 들어, nacre-mimetic 코팅은 단단한 무기물 (예를들면, 칼슘 탄산염) 및 연약한 유기 중합체의 교체 층에 의해, 에너지를 흡수하고 균열 전파를 저항하는 합성을 창조하는 합성물입니다. Shark-skin-inspired 표면은 마이크로 몰딩 또는 레이저 texturing를 사용하여 생성되고, 유동성 교류에서 8%까지 씩 씩 먹이는 늑골 본을 산출하는 수확합니다. Lotus-effect 코팅은 나노-geling의 목적에 따라 달성됩니다. 이 코팅은 나노-gelskin-inspired 과정의 전통적인 코팅을 통해 달성됩니다.

기술 분야

바이오인크래프트 도금 기술은 다양한 엔지니어링 영역에서 채택에 주도하고 있으며, 각 산업별 문제를 해결하기 위해 특정 천연 디자인을 활용합니다.

의약정보

항공 우주, 체중 감소 및 고강도 중량 비율은 중요 한. 바이오 고무 코팅은 곤충 exoskeletons 및 조류 뼈의 구조가 경량, 다공성 내부와 거친 외부 포탄을 결합. 알루미늄 합금에 적용 된 엔에이 미틱 멀티 레이어는 충격 저항과 피로 수명을 향상 시키면서 최소한의 질량을 추가합니다. 또한, 항공기 흄 드래그 및 날개에 상어 스키 리브 코팅은 공기역학을 감소 , LTLT를 감소 [0] LT] LT의 연료를 증가 .[0] LT] 의 LT 를 감소 .

의료용

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주요 특징

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자동차

자동차 엔지니어링은 내마모성 및 마찰을 향상시키기 위해 바이오 영감을 받은 코팅에서 혜택을 제공합니다. 예를 들어, 사막 딱지의 포탄에 의해 영감을 얻은 이중 가늠자 거칠기로 표면이 안개에서 물을 캡처 할 수 있도록하며, 자기 윤활 베어링 표면에 적합한 개념이 있습니다. 피스톤과 기어에 적용되는 계층형 네크라 같은 구조로 다이아몬드와 같은 탄소 코팅은 최대 30%까지 마찰을 줄이고 구성 요소를 확장 할 수 있습니다. 또한, 자체 경화 코팅은 마이크로 LT (C)의 냉각 공정을 통해 이러한 폐기물을 재활용 할 수 있습니다. 이러한 폐기물은 이러한 폐기물을 최소화할 수 있습니다.[1]

Bio-Inspired Plating의 장점

기존 도금 방법에 대해 측정 할 때, 생체 영감을 받은 접근 방식은 성능, 지속 가능성 및 비용 효율성을위한 현대 엔지니어링 요구와 일치하는 몇 가지 핵심 이점을 제공합니다.

  • Enhanced 내구성: Nacre-mimetic 다층과 자기 치유 메커니즘은 단일 코팅과 함께 달성 가능한 구성 요소의 서비스 수명을 연장합니다. 계층 구조는 응력과 체포 균열 성장을 분산, 우수한 인성.
  • 경량 재료: 뼈나 새 깃털에 의해 영감을 준 다공성 건축물을 사용하여 엔지니어는 구조적 무결성을 유지하면서 20-40%로 무게를 줄일 수 있습니다. 이는 모든 킬로그램이 에너지 소비를 감소시킬 수 있는 항공 우주 및 자동차 분야의 핵심입니다.
  • 내부성:] 과산화수소 및 액체분산 표면은 부식과 바이오소울을 감소시킨다. 해양 응용 분야에서는, 그들은 끌고 독성 바이오소드의 필요성을 제거; 생체 의학 용도에서, 그들은 비 화학 항균 작용을 제공합니다.
  • Eco-friendly process: 많은 바이오-인크리에이션 기술은 중금속, 휘발성 유기 화합물 및 고온을 피합니다. 예를 들어, 연약성 코팅용 물성체성 솔젤 공정은 실리카 나노 입자와 실란을 사용하여 환경적 발자국을 줄입니다. 코팅의 첨가제 제조는 또한 미분성적인 방법과 비교된 재료 폐기물을 감소시킵니다.
  • Multifunctionality: 단일 바이오-인크로프트 코팅은 드래그 감소, 항균 활성 및 자기 치유를 통합할 수 있으며, 기존 코팅은 각 속성에 별도의 레이어가 필요합니다.

도전과 미래 방향

약속에도 불구하고, 생물 영감을받은 도금 기술은 아직 주류가 아닙니다. 여러 장애물은 광범위한 산업 채택을 달성하기 위해 극복해야합니다.

Scalability: 자연에서 발견 된 복잡한 나노 구조의 많은 높은 처리량에 큰 영역을 재현하기 어렵습니다. nacre-mimetic 층의 제작은 비용이 많이 들고 느리게되는 증착률과 기판 온도의 정확한 제어를 요구합니다. 마찬가지로, 상어 피부 늑골에 대한 레이저 texturing는 작은 배치 크기로 제한됩니다. 연구자들은 자체적으로 생산 능력이 거의 유지되지만, 상업적 생산 능력이 거의 남아 있지만, 몇 년 동안 생산 능력이 남아 있습니다.

Cost:[] 유기 무기 하이브리드를 위한 자기 치유 또는 나노 연기를 위한 폴리머 마이크로캡슐과 같은 특수 장비와 재료는 비싸게 될 수 있습니다. 그러나, 많은 신흥 기술로, 비용은 제조 공정 성숙 및 수요 증가로 하락할 것으로 예상됩니다. McKinsey 보고서[]는 바이오-인크리에이션을 위한 시장이 20억 달러의 생산성을 초과할 것으로 예상됩니다.

극단적인 조건 하에서 내구성: 어떤 생물 고무 코팅 높은 UV 노출, 온도 순환, 또는 거친 착용의 밑에 degrade. 예를 들면, superhydrophobic 표면은 반복한 기계적인 접촉 후에 그들의 물 repellency를 잃을 수 있습니다. 연구는 중합체 바인더를 사용하여 “고화” superhydrophobic 코팅에 집중하고 튼튼한 모체 대리인에 있는 구조를 embedding. 또한, 각자 치유하는 주기의 앞에 독점적인 수로만 제한되는 주기의 앞에 제한한 코팅은 입니다.

자연적 디자인의 복잡성: 나노에서 매크로 스케일에 정확한 계층 조직을 해결하는 것은 도전적입니다. 생물 시스템은 종종 활성 감지 및 적응을 통합하여 인공적으로 설계합니다. 그럼에도 불구하고, 단순 생물 영감을 얻은 구조는 여전히 실질적인 성능 이득을 전달하고, 기계 학습은 현재 대상 속성에 대한 코팅 매개 변수를 최적화하는 데 사용됩니다.

Future direction은 항균 바이오필름이나 세포를 자체 수리에 삽입한 “living” 코팅을 포함하고, 예를 들어, 균열이 검출될 때 항균성 펩티드를 생성하는 E. coli에 반응하는 stimuli에 반응합니다. 또 다른 유망한 지역은 실속성 및 보고 착용을 감시하는 감지기의 통합이고, 예상한 정비를 가능하게 합니다. Biomineralization 과정은, 자연적인 물질에 있는 불균형을 일으키는 원인이 될 수 있었습니다. 마지막으로, 표면은 유기물의 오염 물질을 일으키는 원인이 될 수 있었습니다.

, 산업은 생물공학적인 도금을 채택할 가능성이 있습니다. 성능이 의료 임플란트, 터빈 블레이드 및 레이싱 자동차 부품과 같은 비용을 정당화하는 고가치 구성 요소에 대한. 연구 진보로, 이 기술은 대량 시장 응용에 확산 될 것이며, 우리가 설계 된 표면을 보호하고 강화하는 방법을 변환.