Derin okyanus, dünyanın son büyük sınırlarından biri, baskıları ezen bir alandır, yakın olmayan sıcaklıklar ve korrosive deniz suyu, mühendisliki mutlak sınıra ittirir.Birkaç yıl boyunca deniz kenarında faaliyet gösteren her keşif, gelişmiş deniz malzemelerinin ihtiyacı asla önümüzdeki yıllardan beri ortaya çıkmaktadır.
Derin Okyanusun Son Ortası
Yüzeyin altında 6.000 metrede, su basıncı, yüksek çözünürlükte bir mikroskop haline gelen kimyasal maddelere karşılaştırılabilir, derin su sütunları, Mariana Trench'ta en derin nokta, baskılar 1,100'den fazla atmosfere ulaşır ve yüksek çözünürlükte bir elektrodun sertliğini azaltır.
Geleneksel Deniz Malzemelerinin Sınırları
On yıllar boyunca, titanyum alaşımları - özellikle Ti-6Al-4V - özellikle de son derece güçlendiricileri sayesinde, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan yüzeylerde, yüksek çözünürlükte bulunan yüzeylerde, yüksek basınçlı betonlar için yüksek çözünürlükte, paslanmaz çelikler için yaygın olarak kullanılıyordu.
Sonraki -Generation High-Strength Composites
Yeni kompozit malzemelerin dalgası, 11.000 metrede çürüklüğe direnmek için mümkün olan şeyleri yeniden tanımlamaktır. Karbon fiber-reinforced polimerler (CFRPs) başarısız siteleri haline gelebilecek sertleştirilmiş epoxy matriks ve optimize edilmiş fiber yönelimleri ile yeniden tanımlamaktır.
Nanocomposite buoyancy modülleri başka bir atılımı temsil eder.Bir polimer matrixinde boş cam mikrosfer veya karbon nanotüpleri dengelemek için gerekli olan kimyasal maddelere karşı koymak için, mühendisler daha önce kontrollü yoğunluk ve sıkıştırıcı bir güçle malzeme üretebilirler. Örneğin, her kilogram ekstra sensörle birlikte ya da daha uzun bir dayanıklılık sağlar.
Kendini kınayan ve Akıllı Malzeme
En ilginç sınırlardan biri, zarar veren bölgeye yeniden dokunabilecek kimyasal reaksiyonların geliştirilmesidir.Sinekli polimerler, aynı yerde tekrarlanan mikrokapsules ile gömülür, bir çatlakları kırarken, organik veya kimyasal tetikleyicilere cevap veren kimyasal reaksiyonları yeniden yapılandırır. Vascular-network sistemleri, gömülü tüpler aracılığıyla kanalize eden sıvıları kanalize ederek biyolojik şifalı biyolojik şifalar kanalize edebilir, aynı yerde tekrarlanan onarımları sağlar. Dinamik kovalent polimerler, organik bağlara tepkilerini termal veya kimyasal tetikleyicilere geri verebilirler.
Derin deniz kullanımı için, bu kavramlar düşük sıcaklıklarda çalışmak için ayarlanıyor ve muazzam hidrostatik baskı altında. Laboratuvar testleri, bazı epoxy bazlı öz-healing kompozitlerinin elektrik akımına maruz kaldığı zaman, kendi işlenmemiş liflerin %90'ına kadar geri dönebileceğini gösteriyor.In deep-memory behaviors, form-memory alaşımları (örneğin Nitinol) ve form-memory polimerleri, elektrik akımına maruz kaldığı zaman, aktif kontrol yüzeylerinin veya kendi kendine ait kalıpların %90'ına kadar değişebilir.
Unmatched Resilience için biyo-Inspired Designs for Unmatched Resilience
Doğa milyonlarca yıl boyunca yapılan şaşırtıcı bir yapısal çözümün katalogunu sunar.The nacre (mother-of-pearl) mollusk kabukları oluşturmakta ve enerji absorbe edebilir.For deep-sea applications, such bio-ind laminatlar, uzaktan kumandanlı araçlar için yüksek sertlik test edilir.
Derin deniz süngerleri, Venüs ’ gibi; çiçek sepeti ([Döntilmiş:0)Euplectella) , hem esneklik hem de koruma sağlayan, esnekleştirilmiş seramik zırhı üreten, böylece suları hafif, baskıya dayanıklı yaklaşımlara dayanıklı bir şekilde tasarlayabilen, ancak daha fazla hasar gören bir şekilde, daha da önemli olmayan bir şekilde hasar gören malzemelere yol açan.
Nanoteknoloji ve Yüzey Mühendisliğinde İleriler
Nanoscale'te, yüzey özellikleri, metal yüzeylere karşı etkili bir bariyer haline gelebilir ve polimerik kaplamalar önemli bir heyecan yaratıyor: tek bir grafik katmanı gaz ve iyonlar dahil etmek için imkansız, su yüzeyine uygulanan ve biyofilmlerin temizlenmesinde belirgin bir azalma göstermiştir.
Yüzey destekli polimerizasyon teknikleri, bilim insanlarının UV ışığı altında yoğun oksijen türlerini büyütmelerine izin verir ( derin okyanusu nüfuz eden küçük miktarda UV dahil), organik maddeyi kırıp kendi temizleme etkilerini sağlamak.Böyle teknolojiler uzun süreli deniz yatak gözlemleyicileri kesmeye söz verir.
Roman korozyon-Resistant Alloys
Titanyum, belirli koşullarda onu ortaya koyan malzemeler üretmektedir. Yüksek performanslı alaşımlar (HES), yakın yarı iletken miktardaki beş veya daha temel elementlerden oluşan, olağanüstü korozyon direncini sergileyebilir, çünkü atomik yapılarını yavaşladı, cam benzeri bir yapı ile, sık sık sık sık kullanılan paslanmaz çeliklerin bularını ortaya koyarken, büyük kablolamaları için başka bir şekilde teşvik eden diğer pahalıya hizmet eden diğer çelikler için derememektedir.
Alüminyum-scandium alaşımları, bir kez yasaklanmış pahalı, şimdi daha pahalı bir şekilde katkı sağlamaları sayesinde, yüksek güçlendirici üretimdeki ilerlemeler sayesinde ve derin-tow sistemleri için karmaşık çerçevelere kaynaklanmaktadır.Bu metalurjik yenilikler, daha geniş bir paletten daha geniş bir şekilde malzeme seçmeye, kloraza dayanıklı bir şekilde dayanıklılık sağlar.
Enerji Verimliliği ve Hafifletme
Her kilogram kendi enerji kaynağını taşımalı bir araç tasarlarken sayılıyor. AUVs ve otonom deniz taramacılar, eşdeğer bir titanyum alanı olarak yarıyı tamamlayamayan batarya kapasitesine güveniyorlar ve hafif alaşımlar doğrudan enerji tüketimine, daha uzun menzile ve daha küçük köpük hacmine sahip olan yüksek çözünürlükte, daha az miktarda yükleniyor.
Doğrudan ağırlık tasarrufunın ötesinde, enerji verimliliğine sahip malzemeler termal özelliklerini modüle edebilir. Faz değişimi malzemeleri kompozit hulls'ta gömülü malzemeler elektronikten fazla ısı absorbe edebilir ve yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş ısı değişimi, ek güç olmadan iç sıcaklık değişimi - yapısal elektronikler olarak bilinen bir konsept.
Lab'dan Abyss'e: Test ve Kazanılan Derece
Sert test olmadan derin denizlere hiçbir malzeme girmiyor. Hiperbaric odaları, Ulusal Deep Submergence Tesisi tarafından yapılan gibi, binlerce saat boyunca kuponlar ve küçük toplantılar, ürperatif kurumlar için izleme (WHOI)[FLT6, ve mikroküresel olarak, yüksek çözünürlükte, galvanic korozyon ve kaplama işlemleri için gerekli verileri sağlar.
ASTM ve DNV GL gibi standartlar, özellikle derin deniz malzemeleri için güncel protokolleri üzerinde çalışıyor. Bunlar, malzeme inovasyonu altında yorgunluk ve termal bisiklet, kendi kendine özgü polimer sistemleri için kabul kriterlerini ve daha önce testsiz titanyum kullanımı için ultrasonik ve terahertz görüntüleme yöntemlerinin kullanılmasının kılavuzları içerir. Bu, materyal inovasyonun hızını karşılayan bir nitelik çerçevesi oluşturmak, görev planlayıcılarına güven vermek, yeni bir nanokomposite hull ve güvenilir bir şekilde performans olarak performans göstermesini talep eder.
Çiftçiler, ROVs ve Özerk Sistemler
DSVİLT gibi Manned submersibles:0)Limiting Factor) zaten tüm okyanus zeminini buraya ulaşmaya itti, ancak gelecekteki ekipli araçlar yüksek güçlü, daha güçlü ve daha şeffaf malzemelerle alüminyum oxynitride veya spinel gibi daha hassas ortamlardan inşa edebilir ve daha hassas ortamlara karşı direnç sağlayacaktır.
AUVs ve hibrit gliders, metalik camdan boyanarak ve hassas akustik diziler için mümkün olan morflama yapılarından faydalanıyor. Sıcaklık veya elektrik girişine yanıt olarak değişebilir Hidrodinamik verimliliği geliştirir ve uzun süreli deniz zemin gözlemleyicileri için, su tasarrufu sağlar ve fiber optik ve bakır iletkenleri sağlar. Sensör konutları on yıllık dağıtımlarında kumaşlar, sabit bir yüzey sağlar.
Sürdürülebilirlik ve Ekonomik Bakışlar
Gelişmiş malzemeler genellikle geleneksel çelik veya alüminyumdan daha pahalı, ancak yaşam döngüsü maliyetleri farklı bir hikaye anlatıyor. Genişletilmiş hizmet hayatı, daha az bakım müdahaleleri ve ekipman kaybı riskinin büyük ölçüde düşük maliyetle azaltılması.Kaçlama olmadan 10.000 döngüye dayanabilen bir baskı konutu pahalı gemi zamanı ve sigorta primleri. Ek olarak, bazı yüksek performanslı kompozitleri geri dönüştürme yeteneği artırmak: yeni piroliz tabanlı geri dönüşüm süreçleri ikincil yapılarda yeniden kullanım için karbon fiberleri geri döndürür.
Çevre güvencesizliği, bakır veya organotin bileşikleri içeren biyokürelerin ihtiyacını ortadan kaldırmak için başka bir sürücüdür - birçok insan hala kötü anlaşılmış. uzun yaşam, düşük bakım platformları, ekipman geri ödeme ve araştırma seyirlerinin ilişkili karbon ayak izini azaltır.
Uluslararası İşbirliği ve Araştırma Girişimi
Zorlukların ölçeği küresel işbirliğini teşvik etti. Avrupa Birliği ’ Avustralya ve Endüstri Araştırma Örgütü (CSID) biyodegrad edilebilir kompozit yapıların geliştirilmesi dahil olmak üzere çok sayıda proje başlattı. JAMSTEC, yüksek performanslı makinelere yatırım yapmaya devam etti, Avustralya ve kendi kendine bağlı kaplamalara yatırım yapmaya devam etti.
Açık erişim veri havuzları ve hiperbaric test tesisleri, yeni malzemeleri doğrulamak için bariyeri daha düşük paylaştı. IEEE/OES A Özerk Sualtı Araç Sempozyumu ve Marine Advanced Technology Education (MATE) Merkezi yarışmaları araştırmacılar, üreticiler ve son kullanıcılar arasındaki bilgi değişimi teşvik ediyor, bu maddi ilerlemeler bilimin ve endüstrinin pratik talepleri ile uyumlu hale getiriyor.
Ne Yalan Ahead
Hesaplamalı malzemelerin tasarımı, katkı üretimi ve gömülü zeka, önümüzdeki on yıllarda derin deniz araştırmalarını dönüştürmek için hazırlanmaktadır. Bilim adamları şimdi aşırı baskı altında malzeme davranışını taklit edebilir, tek bir örnek almadan önce binlerce alaşım kompozisyonu tarama. Katkıda bulunan üretim teknikleri, seçici lazer ve biner jetting gibi karmaşık, topoloji-optedilen bileşenlere izin verir - güç, buoyluluk ve akışkan akışı - tek bir parçaya, tek bir parçaya kadar - tek bir parçaya kadar - tek bir parçaya, ortakların ve potansiyel başarısızlık puanlarını azaltır.
Daha da futuristik, sertçe uyumlu modlara kadar sert veya yumuşatabilecek bir malzemedir. Elektrorheolojik ve magnetorheological sıvılar, bu da yüksek basınçla karşı karşıya kaldığında, bu tür teknolojiler tamamen yeni misyon profillerine entegre edilebilir, sert olmayan yüzeylere uyumlu hale getirebilir.
Yapay zekadaki ilerlemelerle çiftleşir, akıllı yapılar kendilerini sadece derin okyanusa karşı özgürleştirebilecek malzemelerle yeniden yapılandırabilir, insanlığı daha fazla keşfetmesine ve daha uzun bir zamanda gelişen bir çatlakları tespit eden derin bir deniz arazici düşünün.Bu yenilikler sadece gerekli olan bir kurtarma aracına kadar, tüm yüzey müdahalesi olmadan, bir sonraki okyanus kaşifleri olan malzemeler, sadece daha güçlü değil, daha akıllı ve daha akıllı bir şey keşfetmelerine olanak sağlar.