Biyo-tandırıcı kaplama teknikleri, malzemeler mühendisliğinde bir paradigma değişikliği, doğanın milyarlarca yıllık rafinerisinden çizimler. Mikro-ve nano-yapıları, mollusks gibi organizmalarda bulunan organizmalarda bulunurken, arıtılır ve bitkiler, geleneksel meslektaşlarından daha güçlü kaplamalar geliştirir ve bu yöntemler, uzay aracı, biyomedikal, deniz ve otomotiv sektörleri ile çevre etkisini azaltırken, biyo-inspire edilen kaplamalar, mevcut avantajları ve bu zorlukların gelecekteki ilerlemelerini sağlar.
Bio-Inspired Plating Techniques Nedir?
Biyo-tanışlı kaplama, biyolojik yapıların ve süreçlerin sentetik kaplamaları oluşturmak için kasıtlı olarak taklit edilmesini içerir: Doğa, zenginleştirilmiş tasarımların zengin bir kütüphanesi sunar: nacre (mother-pearl) olağanüstü sertliği ile bir araya gelir; bu ilkelerin elektrot tabakası, kimyasal buhar kaplama, organik beton kaplama gibi pratik süreçlere karşılaştırılması; çok sayıda mikro-parçacıklı mikro-parçacıklı bir yüzey verimle bir araya gelir.
Örneğin, nacre-mimetic kaplamalar, 150 ° veya lazer metincilikten oluşan mikro-moloz desenleri kullanılarak üretilir ve sıvı kaplamalarda % 8'e kadar rekatleyici yöntemler kullanılarak elde edilir. Lotus- effect kaplamaları çözünürlükte yapılır.
Mühendislik Uygulamaları
Biyo-enspired kaplama tekniklerinin adaptasyonu, endüstriye özgü sorunları çözmek için her bir temel doğal tasarıma sahip olmaları için kabul edilmesine yol açtı.
Havacılık Uzay Uzay Uzay
Uzayda, ağırlık azaltımı ve yüksek güç-to-sigara oranları kritiktir. Biyo-inspired kaplamalar, böcek iskeletlerinin ve kuş kemiğinin yapısını taklit eder - hafif, göz ardı edilebilir bir içte sert bir dış kabuk azaltır. -o-mimetic multikatmanslar ısıtılırken etkilenebilir ve yorgunluk yaşamı arttırırlar.
Biomedical
Biyo-tananmış kaplama, canlı kemik ve implant yüzeyi arasındaki doğrudan yapısal ve fonksiyonel bağlantıya sahiptir. Hidroxyapatite depozisyonları, hem biyolojik olarak uyumlu ve mekanik olarak sağlam olan kaplamaları kullanarak bir nacre benzeri kaplamalar kullanılarak yapılır.
Deniz Deniz Deniz Deniz Deniz Deniz Deniz Deniz Deniz
Deniz ortamları ciddi bir korozyon ve biyofouling zorlukları sunuyor. Bio-inspired kaplamalar, mikroorganizmaların kayması gibi göz ardı edilen balıklardan oluşuyor (bu da ince bir tabakaya) ve barnacle-repelling kimyası, Nepentheser bitkisinden ilham veren, bu kaplamaları önlemek için bir doğal tabakaya sahip olmayan bir kimyasal kaplamalar ve alginç olmayan bir kimyasal kaplamalar için bu kaplamalar ve alginç dışı bir şekilde test ediyor.
Otomotiv Otomotiv Otomotiv
Otomotiv mühendisliği, aşınma direncini artıran ve azaltıcı kaplamalardan yararlanan biyo-inspired kaplamalardan yararlanır. Örneğin, çöl arısı tarafından ilham edilen çifte ölçekli kabaklık, yüzeylerin sularını fogdan yakalamasını sağlar, kendi kendine özgü bir yataklı yatak kaplamalar için uygun bir konsepttir.
Bio-Inspired Plating Avantajları
Geleneksel kaplama yöntemlerine karşı ölçüldüğünde, biyo-inspired yaklaşımlar, modern mühendislik talepleri ile performans, sürdürülebilirlik ve maliyet-ebeğe uyum sağlayan birkaç temel fayda sağlamaktadır.
- [FONT:0)Enhanced dayanıklılık:[Dönetici:0) [Dönetici:0)) Nacre-mimetic multikatmans ve kendini-healing mekanizmaları, monolithic kaplamalarla uygulanabilir olan bileşenlerin hizmet ömrünü genişletir.
- [FONT:0)Işık ağırlık malzemeleri: [Döneticileri kullanarak, kemik veya kuş kuş kuşlarından ilham alan göz ardı edilebilir mimarileri kullanarak, mühendisler yapısal bütünlüğü korurken 20-40 kilo azaltabilirler. Bu, her kilogramın enerji tüketimini azalttığı havacılık ve otomotiv sektörlerinde kritiktir.
- [FONT:0) Geliştirilmiş direnç: [Dönetici:0] Superhidrofbik ve sıvı-organize edilen yüzeyler korozyon ve biyofoulingi büyük ölçüde azaltırlar ve toksik biyokitler için ihtiyaçlar ortadan kaldırırlar; biyomedikal kullanımlarda, kimyasal olmayan antibakteriyel eylem sağlarlar.
- [FONT:0]Eco-friendly processes:[Döneticileri, uçucu organik bileşikler ve yüksek sıcaklıklardan kaçınan birçok biyo-inspired tekniğini azaltın. Örneğin, su bazlı çözünürlük kaplamaları için süreçler silik nanoparçacıkları ve kaplamaları kullanır, çevresel ayak izi azaltır.
- [FONT:0) Çok fonksiyonellik:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici: · 1 ) Tek bir biyo-inspired kaplama sürüklenme, antibakteriyel aktivite ve kendi kendine özgü kaplamalar genellikle her mülk için ayrı katmanlar gerektirir.
Meydanlar ve Gelecek Yollar
Onların sözlerine rağmen, biyo-inspired kaplama teknikleri henüz ana akım değildir. Birkaç engel yaygın endüstriyel kabul elde etmek için üstesinden gelmek gerekir.
[FONT:0]Scalability:[Dönetici:0)[Dönetici:0)Scalability:[Dönetici:0)[Dönetici:0))) Katılar, yüksek devirde geniş alanlardan elde edilen ince nanoyapılar için lazer metinleri üretmek zordur. Araştırmacılar üretim için nacre-mimetic katmanlarının üretimine karşılaştırıldığında, ancak ticari viability birkaç yıl uzakta kalır.
[FONT:0)Cost: [Dönetici ekipman ve malzemeler – polimer mikrokapıları organik-organik hibritler için pazarın - birçok gelişmekte olan teknolojiyle, birçok üretici süreçten düşmesi ve talep artışı bekleniyor. AFLT:2).McKinsey raporu Biyo-inspire edilen malzemeler için pazarın 2030 yılına kadar 50 milyar doları aşabileceğini tahmin ediyor.
[FONT:0) Aşırı koşullar altında kullanılabilirlik:[Dönetici:[Dönetici:0) Bazı biyo-inspired kaplamaları yüksek UV maruziyeti, sıcaklık bisikleti veya aşınması altında kırılabilir. Örneğin, süperhidrfobik yüzeyler, tekrarlanan mekanik temastan sonra su kesintilerini kaybedebilir. Araştırma, polimer bağlayıcıları kullanarak "robust" süperhidrofbik kaplamalara odaklanır veya yapıyı dayanıklı bir matrixte gömerek.
[FONT:0] Doğal tasarımların karmaşıklığı: Nano- to makro ölçekli temel yapılardan gelen tam hiyerarşik organizasyonu yeniden tanımlamak zor. Biyolojik sistemler genellikle aktif algılama ve adaptasyon içerir, bu da basitleştirilmiş biyo- ilhamlı yapılar hala önemli performans kazanımlar sunar ve makine öğrenimi şimdi hedef özellikleri için parametrelerin kaplamak için kullanılıyor.
[FONT=0)Future yönler[[[Döneticileri) bir çatlak tespit edildiğinde, bakteri biyofilmleri veya hücrelerin kendi kendini ayrıştırmasına ve kendilerini mahvediyor - örneğin, örneğin, inşaatta bulunan mikropiyal peler üretmek için, bir çatlak tespit edildiğinde, bir başka umut verici alan, gerçek zamanlı olarak kaplamayı izleyen sensörlerin entegrasyonudur.
Yakın vadede, endüstriler biyo-inspired kaplamayı yüksek değerli bileşenler için benimsemek için muhtemelen performansların maliyeti haklı çıkar - tıbbi implantlar, türbin bıçakları ve yarış araba parçaları gibi. Araştırma ilerlemeleri olarak, bu teknikler kitlesel pazarlama uygulamalarına yayılacaktır, nasıl koruyacağımızı ve daha iyi hale getirdikleri yüzeyleri dönüştürecektir.