Deniz enerji sektörü – petrol ve gaz platformları, rüzgar türbinleri, dalga enerji dönüştürücüleri ve alt deniz boru hatları – Dünyadaki en agresif doğal ortamların birinde çalışır. Salt-laden hava, sürekli olarak 1-100 nanometreler), bu temel seviyedeki nano-toplayıcıların ve nanoteknolojilerin performans sınırlarının nasıl yeniden şekillendirdiğini, fiziksel ve fiziksel teknolojilerine nasıl tepki verdiğini ve fiziksel etkilerin nasıl tekrarlanabilir olduğunu ileri sürmektedir.

Nanoteknolojiyi Nanoscale'de Anlamak

Nanoteknoloji sadece daha küçük şeyler yapmakla ilgili değildir - 10 μm'den 10 nm'ye kadar ortaya çıkan farklı fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri kullanmakla ilgilidir.Bu muazzam yüzey reaktiviteleri, denizlerde görülen yararlı yüzeysel etkilerden birçok.

Nanoscale'te, kuantum sınırlı etkiler elektronik ve optik özellikleri değiştirir. Kristal kusurları, tahıl sınırları ve dislokasyonlar elektronların veya phononsların serbest yolunu farklı bir şekilde ele alır. Yapısal malzemelerde, nano boyutlu tahıllar ( 100' nm altında) ağır alaşımları eklemeden üstün güç ve sertliği gösterir: tahıl büyüklüğü azalır, daha yüksek bir miktar tahıl sınırları bozulmaz hareket eder.Bu ilke, aktif olarak deniz seviyesinin yüksek çeliklerini ve alüminyum alaşımlarını güçlendirmek için kullanılır.

Ayrıca, nanopartiküller, sıkıştırılmış özellikleri olan kompozit malzemeler oluşturmak için tam olarak bir matrix içinde dağıtılabilir. Örneğin, karbon nanotüplerin ağırlığı (CNTs) ile bir epoxy reçinesi, kırık sertliğini iki katına çıkarabilir ve derin deniz yüksek çözünürlüklerine önemli ölçüde artırabilir.

Anahtar Nanomalzemeler Offshore Performansı

Deniz endüstrisi, nanoteknolojiye uygun malzemelerden yararlanmaktadır. En ticari olarak geliştirilmiş olan ürünler nanoküreler, nanosensors ve kendi kendine özgü sistemler. Her bir adres deniz ortamlarında karşılaşılan belirli başarısızlık modları.

Korozyon ve Biyofouling Kontrolleri için Nanocoatings

Korozyon, her yıl küresel endüstri milyarlarca dolara mal olan en büyük deniz yapısal bozulma nedenidir. Nanocoatings, kaplama içeren nanoparçacıklı metaller için bile sürekli bir ağ sunar.

Anti-biofouling için, geleneksel biyocidal boyalar (örneğin, bakır veya tributyltin) içerenler çevresel düzenlemeler nedeniyle fazlandırılmıştır. Nanocoatings, nanoparçacıklı yüzeylerle işlevselleştirilmiştir (TiO2) nanoparçacıklar, örneğin, UV ışığı altında fotocatali hale gelir, deniz mikroorganizmalarının hücre duvarlarına yol açan reaktif oksijen türlerini üretirler.

Önlemenin ötesinde, bazı nanoküreler, nanotüplütücüler veya biyokürücüler ile dolu nanokapılar içerir. Bu konteynerler -tipik olarak mesoffer silik veya polimer nanocapsules - sadece pH'da bir değişiklik (örneğin, bir korozyon yerinde meydana gelir) veya mekanik hasar ile çalışır.Bu akıllı serbest ticaret mekanizması dramatik bir şekilde kaplama hayatını genişletir ve bakım frekansı azaltır.

Güçlüler için nanokompositler, Işık Yapıları

Nanokompositler nanopartikülleri – karbon nanotüpler, grafikene, nanoklays veya nanosilica – metal, polimer veya seramik bir matrisi. Elde edilen materyal, güç, sertlik ve genellikle termal veya elektrik iletkenliği ağırlıkta orantılı bir artış olmadan.

Deniz kullanımı için metalik alaşımlarda, karbon nanotüpler fiberleri yeniden çalıştırmaya çalışır. alüminyum-CNT kompozit, aşırı yüklemeli basınç gemilerinde kullanılan% 30 artış gösterebilir.Bu, ağırlık azaltımı ve azaltımı gereken yüzeyler için önemli bir artıştır.

Nanoklays ile dolu polimerler (katılımlı silikler) su ve gaz permeasyona karşı bariyer özelliklerini ortaya koyar. Esnek yükselişçiler ve akışlarda, bu nanokompozisyon hattı elemanları, deniz suyunun ingremesini ve hidrokarbonların egremesini azaltır.

Yapısal Sağlık İzleme için Nanosensors

Tam olarak ne zaman ve bir yapının bozulduğu, pahalı acil onarımlar yerine proaktif bakım sağlar. kaplamalarda veya kompozit malzemelerde gömülü nanosenler, ısı, pH veya belirli iyonların varlığı (örneğin, klorür) gerçek zamanlı olarak algılayabilirler.

Karbon nanotüp bazlı su sensörleri özellikle umut vericidir. Polimer bir matrixe dahil edildiğinde, CNTs, mekanik deformasyon ile birlikte elektrik direnci değişikliklerini bir araya getiren bir percolating network oluşturur. Böyle bir nanokompo sitesinden yapılan bir gerilim göstergesi, geleneksel metalik folyo ölçümlerden 5-10 kat daha yüksek olabilir, mikro-kahkadarlara son derece hassas hale getirir.

Diğer nanosensors, küçük çukurlar olmadan müdahaleler için operatörler tarafından işlevselleştirilmiş altın nanoparçacıklara güveniyor. Demir iyonları veya hidrojen sulfid gibi, parçalarda-per-milyon konsantrasyonları gibi korozyonla ilgili biyomarkers tespit edebilir.

Kendi kendine özgü malzemeler: Hasarı Özerk Olarak Onarım

Deniz malzemelerinin kutsal kısmı, zarar verdiğinde kendini iyileştiren bir sistemdir. Nanoteknoloji, bu işlemi mikroçevreli şifa ajanlarının bir matrix boyunca dağıtıldığı bir analiz aracıyla mümkün kılar.Bir çatlaklar ortaya çıktığında, nanocapsules'i devirler, çatlakları ve polimerizeleri gömülü parçacıklarla temasa geçirir.

Son gelişmeler, sıvı şifa ajanları ile dolu vamikleştirici biyolojik dolaşım sistemleri ile dolu vakflar veya nanotüpler, tam olarak ihtiyaç duyulan yerde şifa aracına teslim edilir. Çoğu zaman, bu tür sistemler araştırma aşamasında kalırken, deniz ceketinde iyileşme ajanları, nemsizlik (ya damıtılmış) varlığında tedavi edilen ilaçları iyileştirmeye yönelik olarak çalışır.

Materyallerin Arkasındaki Mekanizmalar

Nanoteknolojinin faydaları büyülü değildir: iyi düşünülmüş malzemeler bilimi ilkelerinden kaynaklanırlar. Üç temel mekanizmalar, deniz materyali performansının geliştirilmesine hükmedmektedir.

Tinement ve Hall-Petch Etkisi

Nanokristal metaller - 100 nm altında tahıl boyutları ile - deniz çeliklerinin üç ila dört kat daha büyük hale gelen güçlü bir güçle ilgilidir.The Hall-Petch denklemi, 50-80 nm'ye kadar verimle ilgilidir (d: ⁇ y = ⁇ 0 + k· · 1.5. - Bu, ağır plastik deformasyon teknikleri (örneğin, ağırlık ve fabrikaya baskı) ile üretilen boru hatlarının azaltılmasına izin verir.

Nanotrak Dispersiyonlarının Engel Özellikleri

Grafikte oksit veya montmorilloni kitli kil gibi nanotüplerin nanotüplerin boyutları, daha sonra yüzlerce nanometrenin boyutları ile ilgili olarak, bir polimer matrisinde düzgün bir şekilde dağıldığında, plakalı hacimler ve L/t >% 80 oranındaki kaplamalar için bir miktar daha fazla ısıtılabilir.

Yüzey Reaktivite ve Kendi Temizleme Yüzeyleri

Nanopartiküller mikro boyutlu parçacıklardan çok daha yüksek bir yüzey atomunun oranına sahiptir. TiO2 için fotoaktif parçacıklar 20 nm altında bir grupgap değişimi görünür ışık, artan fotocatalytic aktivite. Bu, su buharı ile hidroksit radikalleri oluşturmak için tepki verir.

Offshore Operasyonlar için Faydaları

Nanoteknolojiyi deniz malzemelerine entegre etmek, sadece bozulmanın ötesine geçebilmenin ötesinde somut operasyonel avantajlar sunar. Bu avantajlar bir varlığın tüm yaşam döngüsü üzerinde bileşik.

  • [FONT:0)Redüktif Bakım Frekansı:[Dönetici:0)Dedüklenen Bakım Frekansı:[Dönetici:0))Depresyon Bakım Frekansı:[Dönetici:0) Nanocoatings ile kendi kendine özgü özellikleri arasındaki bu verim veya anti-fouling özellikleri, kuru-dock veya in-situ incelemeler arasındaki aralığı ikiye katlayabilir.
  • [FONT:0)İncreased Yapısal Kapasite: Işık, daha güçlü nanokompoitler, boru hatlarında daha uzun desteklenmeyen kanallar, rüzgar türbinlerinde yüksek kule yükseklikleri ve ek çelik olmadan platformlarda daha büyük güverte yükleri sağlar.
  • [FONT:0) Geliştirilmiş Güvenlik Margins:[Dönetici:[Döneticiler) Nanosensor ağları sürekli olarak stres, korozyon ve sıcaklık konusunda verileri çözdü. Bu veriler tahmin edici bakım modellerine beslenir, felaket başarısızlık riskini azaltır.
  • [FONT:0)Extended Asset Lifespan: [Dönetici: [Dönetici: 0,4, s.) Yavaşla korozyon, aşınma ve yorgunluk ile nanoteknoloji, 10-20 yıl boyunca deniz yapılarına hizmet ömrünü uzatabilir. 1B yüzen üretim tesisi için, her bir ek yıl gelirde yaklaşık 200 milyon dolar temsil eder.
  • [FONT:0)Environmental Uyum: [Dönetici: 0,4][/FONT) Yanlı kompozitler de taşıma ve yüklemede yakıt tüketimini azaltırken, karbon emisyonlarını azaltır.

Meydanlar ve düşünceler

Sözcülüğe rağmen, açık mühendislikte nanoteknolojinin benimsenmesi önemli engellerle karşı karşıyadır. Bunlar yaygın uygulama mümkün hale gelmeden önce ele alınmalıdır.

Üretim ve Maliyetleri

Örneğin, gram başına 100-500 $ değerinde yüksek kaliteli nanopartiküller, nanoparçacıklı bir şekilde, nanopartiküller için uygun olarak, teknik olarak zorlanır - malzemeyi güçlendirmek yerine zayıflayan stres koncentratörler olarak hareket ederler.

Offshore sektörü muhafazakardır; yeni malzemeler hızlandırılmış testlerde 10-20 yıl güvenilirlik göstermeli. nano-enhanced malzemeler için uzun vadeli performans verileri oluşturmak maliyetli ve zaman alıcıları, DNV gibi sınıflandırma toplumları tarafından yavaşlama sertifikası, Lloyd's Register ve ABS.

Çevre ve Sağlık Riskleri

Nanopartiküller, çevreye serbest bırakılırsa toksik olabilir. nanoküreler giyilir veya nanokompozisyonlar, nanoparçacıklar, florize edilebilir veya deniz sularına bağlı olarak değiştirilebilirler.) Deniz organizmaları[Döneticileri[Dönemli) .

Metaller, nanoparçacıkları üretimde veya deniz bakımı sırasında, inhalasyon ve dermal maruz kalma risklerini kullanıyor.Mühendis nanomalzemeler için iş olanakları hala NIOSH gibi ajanslar tarafından geliştiriliyor. Etkili içme, kişisel koruyucu ekipman ve izleme protokolleri önemlidir.

Scalability and Standardization

Laboratuvar ölçekli başarıları genellikle alana tercüme edemez çünkü işleme koşulları farklı. Örneğin, geleneksel sprey ekipmanları aracılığıyla nanoküresel bir sprey cihazının uygulanması, çözücü veya yüksek çözünürlükte nanoparçaklama formülüne göre optimize edilebilir.

Standartlaştırma (ISO) için Uluslararası Organizasyonu (ISO) bazı yönergeleri (örneğin, ISO/TS 80004 nanoteknolojiler için), ancak endüstriye özgü korozyon direnci, yorgunluk hayatı ve nano-komünlerin performansı henüz uyumsuz değildir.

Deniz Mühendisliğindeki Nanoteknolojinin Geleceği

Önümüzdeki on yıl, nanoteknolojinin, açık deniz malzemelerindeki ana kullanım için niş uygulamalardan hareket ettiğini görecek. Birkaç trend bu geçişi hızlandırıyor.

[FONT:0)Artificial intelligence and machine learning[DÜT:1) nanopartikül formülasyonlarını tasarlamak ve performanslarını tahmin etmek için kullanılır.Şubatta binlerce olası nanomalzeme kompozisyonu tarayarak, araştırmacılar belirli deniz koşulları için en uygun kombinasyonları belirleyebilirler - yüksek klorür konsantrasyonu, döngü yüklemesi ve sıcaklık gradientler gibi - pahalı sentez ve testlerden önce.

Bio-inspired nanomalzemeler ortaya çıkıyor. Örneğin, nacre (başka-pearl) yapısını taklit etmek hem yüksek hem de sertliği gösteren nanokompositlere yol açtı.

Avrupa Kimyasal Ajansı (ECHA) şimdi, nanomalzemelerin sınıflandırılması ile ilgili belirli kayıtları gerektirir. Sınıflama toplumları tarafından yönlendirilen, nano-enhanced malzemeleri tasarım kodlarında eklemeye başlıyor. DNV, nano-yerel teknolojiler içeren yeni malzemeler için önerilen uygulamaları yayınladı.

Daha ileri bakmak, nanoteknolojinin robotik ve katkı maddeleri ile yakınlaştırılması (3D baskı) özel nanokompozisyon parçalarının yerinde işlenmesini sağlayacaktır. Hasarlı bir offshore bileşeni, malzeme özelliklerini analiz edebilir ve tam olarak bir nanopartikül takviye ile yazdırılabilir - bir tedarik gemisinde bir mobil üretim ünitesini kullanan birkaç saat içinde.

Nanoteknoloji sihirli bir mermi değil, ancak bugün yapılan bu dönüştürücü teknolojinin sert çevreleri için tam potansiyelini ortaya çıkarabilir.

[FONT:0)Not: [Döneticileri, deniz nanomalzemelerinin çevresel etkilerini daha fazla okumak için, bkz.ACS Applied Materials & Interfaces) ve [[ENFLT:4Ulusal Nanoteknoloji Girişimi