Unseen Frontier: Why Material Science Holds the Key to the Deep Ocean

Yüzyıllar boyunca, derin okyanus gezegenin en az anlaşılmış sınırlarından biri kaldı, çünkü bu güçlerin altında açık kalabilmesi için, fiziksel çevre, deniz biyolojisi, enerji ve sualtı turizminden talepler yoluyla yönlendirilen katı deniz malzemeleri, deniz suyu direnci ile açıklık getiren katılar, daha sonra da yüzeysel bir zeminde bulunan malzemeler için arayışı hızlandırdı.

Bir zamanlar bir liman deliği hiç bir akşam yemeği tabağından daha büyük gerekli olan şey, bilim adamlarına ve Explorers'lara toplam karanlıkta manevra yapan panoramik hull bölümleri tarafından değiştirildi. Derin deniz mühendisliğindeki şeffaflık için zorlamak sadece daha iyi görmekle ilgili değildir - insanların en çok erişilemez bölgelerle nasıl etkileşime girdiğini değiştirmekle ilgilidir.

Finansal riskler çok büyüktür. Tek bir keşfedilmemiş altmerler, 6.000 metreye kadar maliyetle ödeme yapılabilir.Her saat yoksul görünürlükten kayboldu, fogged pencerelerin, verileri geri yüklemesi sırasında maliyetin yüzde 15 ila 25'e kadar azaltılabilir. Endüstri tahminleri küresel olarak faaliyet gösteren bir filo için

The Science Behind Mix Marine Materials

Net bir deniz materyali ışık geçişi izinden çok daha fazlasını yapmalı. Her on metre derinlik için bir atmosfere sahip muazzam hidrostatik baskıya karşı direnmeli ve böylece Challenger Deep deneyim baskılarında bir pencere, aynı zamanda, hızlı sıcaklık akışlarına karşı direnmeli, askıya almalı ve barnacles, algler ve bakteri filmleri için bir substrat haline gelmemelidir.

Optik açıklık sadece ışık yüzdesi tarafından değil, aynı zamanda fındık, lekeli fotozometreler, baskı-kanıklık odaları ve onlarca yıllık hizmet için ışık testlerinin yapıldığı derin sularda, yapay aydınlatma önemlidir ve pencere malzemeleri, sahneyi aydınlatmak için çok kirişler tarafından dağerlendirilmesi amaçlanmıştır. Araştırmacılar aday maddelerini spektrofometreler, baskı-kanıklama odaları ve uzun vadeli submersion testleri ve uzun vadeli bir alt testlerde, onlarca yıllık hizmette.

Daha az sayıda şeffaf deniz malzemelerinin daha hızlı yönlerinin biri, termal şokun rolünüdür.Sürekli bir yüzey sularından sıcak yüzey sularından uzak bir şekilde inmek, bir manzara sözleşmelerinin dış yüzeyi, içten daha hızlı bir şekilde, yüzeysel çatlakları başlatabilecek bir stres yaratır.Süresel genişlemenin düşük katsayıları ile malzeme, doğal olarak bu etkileyerek bu etkiyi ortaya çıkarır.

Sıcaklık ve baskı etkileri ötesinde, tuzlu su kendi tasarım limitine yakın bir görünüm alanı olarak hareket eder, ancak derin okyanusun belirli kimya ve sıcaklık profillerini karakterize etmeye başlar. ”

Miras malzemeleri ve onların Constraints

Altmersibles'daki şeffaf görüşportlarının tarihi, 1960'te doğgun pencereler tarafından yönetilir - özellikle de, poli Methacrylate (PMMA) Banyolar bugün mükemmel optik iletim sağlar (% 92) ve daha sonra 60'a kadar sabit konan sert parçalara kadar, küçük bir miktar metalik profillere göre daha düşük maliyetlidir.

PPV, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte küçük optik pencereler için uygun hale getirildi (ROVs) ve kamera konutları için, ancak yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunuyor.

Sık sık göz ardı edilen kısıtlama, tam zamanlı olarak araç için üretim limitidir.Temple dolu projeksiyonlar, büyük bir akrilik döküm için% 30'a yaklaşabilir, haftalar sürebilir.Saç sırasındaki ısı yönetimi kritiktir: ek olarak, diğer etkiler iç boşlukları veya stres konsantrasyonlarını önlemek için dikkatli bir şekilde kontrol edilmelidir.

Baskı

Tüm şeffaf baskı engelleri düşük basınç tarafında çatlakları içeren başarısızlık modları tarafından yönetilir ve yüksek basınçlı tarafta hidroksistatik baskı testleri ile sıkıştırılmalıdır. ABS ve DNV gibi sınıflandırma toplumları, kalıcı yük altındaki malzemenin yavaşlanması ve test edilmesi – sonunda, görüntünün sabit bir şekilde değiştirilmesi gerekir.Bu nedenle, yüksek basınç artışları ile yaklaşık 15 kat daha iyi olur.

Sertifika sürecinin kendisi yenilik için bir engeldir. Yeni bir pencere materyali sadece hidrostatik testleri geçmiyor, ancak aynı zamanda birden fazla topluca tutarlı davranışı da gösteriyor, laboratuvar araştırmalarının alt malzeme ile çarpışmayı kazak için eşit şekilde yüklediği ve daha pahalıya yönelik baskı kurallarını göstermeye başlamaz.

Sonraki Nesillerde Yanılır

Son on yılda, ABD Deniz Araştırma Laboratuarı (NRL) deniz teknelerinde ve potansiyel olarak alt camların optik açıklığıyla birlikte, yüksek çözünürlükte ve dayanıklı alüminyum yüzeylerde yüksek çözünürlükte bulunan NRL'nin çalışmalarından biri, uygun şekillerde üretilebileceğini göstermiştir.

Paralel gelişmeler şeffaf alüminyum oxynitride (ALON), kalıcı su tesisatları için yüksek sertliği birleştiren bir seramik tanıttı: büyük, hatasız ALON veya spinel paneller, başlangıçta füze domes için gelişmiş olsa da, ALON'nın pulman ve kimyasal saldırıya ihtiyacı olan yeni sintering teknikleri, Kaliforniya'nın üniversitedeki araştırmacılar için sürekli olarak bu maliyeti azaltmaktadır.

Nanoteknoloji ayrıca polimer tabanlı pencerelerin yeniden şekillendirilmesidir.Süresel veya akrilik matrixte alüminyum nanoparçacıklar, mühendisler ışık iletimini sağlamadan sıfır direnci ve çekme gücünü önemli ölçüde artırabilirler. Bazı formülasyonlar, sağlam bir üst köşeli yapı kullanır - perhapsiyonlar veya karbon gibi bir nanoparçacıklı kaplamalar - sadece yumuşak bir kaplama ile birlikte% 5'lik bir incelemeyi içerir.

Bir diğer ortaya çıkan materyal ailesi, kristalleşme sürecini dikkatlice kontrol ederek, 3 MPa'ya yaklaşan sert ve kırıklık değerleri ile malzeme üretebilirler.[Dönetici:0)1/2) Bu, kristalleştirme işlemine kıyasla, kristalize edilmiş camların ısıtılması için yüksek çözünürlükte oluşturulan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yapılan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte elde edilir.

Anti-Fouling ve Self-Tezli Özellikler

Biyofouling – mikroorganizmaların birikimi, alglerin ve hayvanların altmış yüzeylere – ilk periskoptan beri deniz optiklerine maruz kalıyor. Birkaç mikron bile fotolitik veya lazer metinleri mahvetmek için yeterince ışık tutabilir, araştırmacılar, hidrofobik veya biyokitler üzerinde toksik olmayan boyalara güveniyorlar, ancak bu da deri dokusu veya yüzeysel bir şekilde yıkanır.

Bu nanotextures'in kum ve buzdan kaynaklanan uzun vadeli güvenilirlik, aktif bir araştırma sorusu olarak kalır, ancak erken denemeler, periyodik yeniden yapılanma veya robotik temizlik, onları yıllarca işlevsel tutabilir. Özellikle yenilikçi bir yaklaşım Harvard Üniversitesi'nde, yüksek miktardaki yüksek tabakaya sürekli olarak eklenmiş bir silikon-petrol tabakası ile birleştirir.Bu "slippery sıvı-infüzyonlu yüzey" (SLIPS) teknolojisi, Wyss Institute'ta gelişmiş, yüksek basınçlı ve barnaclesiyon oranlarının her ikisine de yüksek oranda yüksek oranda yüksek oranda azalır.

Aktif anti-fouling sistemleri de traksiyon kazanıyor. Bir görüntünün arkasında monte edilen Ultrasonik transdüserler, kimyasalları veya mekanik silinmeleri kullanmadan erken aşama biyofilmi ortaya çıkarabilirler. Bu sistemler minimum güç tüketiyor ve bir ROV veya observatory kameradaki testlerin aralıklarını genişletebilir.

Pasif ve aktif stratejilerin fotoelectrokimyasal kaplamaları, submersible'un kendi ışıklarıyla aydınlatıldığında, bu kısa ömürlü oksidatif bakterileri temasta ancak Washington Üniversitesi'nde düzenli olarak aydınlatan membran kaplamaları gerçekleştiremez.

Keşif ve Ocean Science'ı Dönüştürmek

Triton Submarines tarafından inşa edilen doğrudan faydalanıcılar, daha önce pilotlar ve nanokompozisyonlar ile ilgili büyük çaplı yüzeylerde, daha geniş bir pilotlar için daha geniş çaplı bir planla donatılmış ve daha düşük bir motordaki bazı dinamik uygulamalarla ilgili daha iyi bir şekilde gözlemlenen bir performansa ihtiyaç duyuyorlar.

İstasyonsal gözlemleyiciler daha fazla kazanmak için duruyor. Ocean Networks Kanada'nın NEPTUNE ve VENUS observatories zaten yayınları deniz zemin kameralarından canlı video yayınlar, ancak onların bakış açılarını kaldırmak ve çizer.Daha uzun süre bakım malzemeleri temiz kalırken, marring'in maliyetinin dramatik bir şekilde azaltılması ve pahalı gemi tabanlı bakım kruvazörlerinin sayısını azaltır.Aynı ilke, deniz seviyesindeki teleskoplar gibi teleskoplar için geçerlidir.

Görsel ışık ötesinde, şeffaf deniz malzemeleri çok-spekral görüntüleme için mühendisidir. UV ile yakın dalga dalga dalgalanan Windows, bilim insanlarının mercanlarda florasanları incelemelerine izin verir, klorphyll konsantrasyonlarını tespit eder ve mineral yataklarını deniz zemininde tanımlayın. UV spektrumunun önemli kısımlarına sahip olan organizmalar, bazı silik ve fifireler, yaklaşık 200 nanometreye kadar iletirir.

Yeni Endüstrileri Enabling

Bilim birincil sürücü olsa da, ticari ilgi maddi gelişime hızlanıyor. Sualtı otelleri ve restoranlar, küçük bir kez küçük VR pencerelerine, tam donanımlı şeffaflığı talep etmeye başlıyor. Conrad Rangali Island'ın Ithaa Undersea Restoranı gibi tatillerin başarısı daha büyük projelere ilham veriyor, ancak bu yapılar derin deniz limanlarına benzer mühendislik zorluklarıyla karşı karşıya kalıyor: sürekli immersion, sıfır sprey ve UV maruziyeti.

Sualtı inşaatı ve habitat kavramları, Fabien Cousteau tarafından önerilen Proteus okyanus araştırma laboratuvarı gibi, doğal ışık ve sakinleri için bir yer duygusu sağlamak için büyük görüşlere güvenecektir. Bu habitatlar, yağmurların sadece su basıncına değil, fırtınalar sırasında da kazara etkisi altında kalmasına neden olacaktır.

Offshore enerji sektörü başka bir büyük sürücüdür. Subsea petrol ve gaz tesisatları giderek artan şekilde denetim ve bakım için araç kullanıyor ve daha iyi kamera pencereleri doğrudan görsel verilerin kalitesini yükseltebiliyor. Endüstri, deniz ortamına açılmadan daha derin alanlardan faydalanabiliyor.

Ekonomik ve Çevresel Bakışlar

Maliyet kabul etmek için en büyük engel olmaya devam ediyor. On ortalık bir yüzeysel nanokomünasyon için sürekli sintering, fiyatların düşmesi için gerekli olacaktır. Hükümetler ve askeri kuruluşlar şu anda ticari turizm veya aquaculture yaygın olarak kullanılan bir kullanım için, güneş paneli endüstrisinde görülen bir sermaye yatırımı gerektirecektir.

Ayrıca, çevresel bir hesap makinesi de var. Üretim şeffaf seramikler ve nanokompoitler, enerji yoğun olan yüksek sıcaklık süreçleri içeriyor ve şu anda düşük bakım kruvazörlerinden tasarrufları azaltabiliyorsa, en umut verici yol, bir ürünün yaşam döngüsü üzerinde emisyonları dengeleyebilir. Araştırmacılar, chitin veya hücreli filmden elde edilen biyo-yapıcı bir camdan elde edilen bir cam veya betondan kurtarılabilir bir camdan korunmaya karşı korumalıdır.

Gelişen bir ekonomik model, "röprü-as-a-serv" yaklaşımıdır, üreticilerin ROV kamera konut pazarındaki bu modelin mülkiyetini koruduğu ve toplam satış takibini içeren bir abonelik ücreti talep edilmektedir.Bu model, teşvikleri birleştirir: Üretici, uzun süreli malzemeleri tasarlamanın faydalarını sağlarken, operatör ROV kamera konut pazarındaki bu modelin büyük sermaye harcamalarından kaçınır.

Devamlı Meydanlar ve Yol Ahead

Laboratuvar örnekleri muhteşem bir şekilde performans gösterirken, alana çeviri sonuçları acı vericidir. A perfect one-square-meter spinel paneli hala bir raritedir ve çok sayıda panele katılmak, büyük bir sürekli görüntüleme yüzeyinin kontrasepant hatlarıdır, sıcak kıyı sularında biyofouling normal mekanik temizlik sistemi ile çiftleştirilmese haftalar içinde herhangi bir kaplamayı onaylayabilir. Submergedya girişlerinden veya hatta meraklı deniz memelilerinden gelen etkisi şeffaf konutlara karşı gerçek bir endişedir.

Standart kuruluşlar şimdi, bir sonraki nesil malzemeleri birleştirilmiş baskı, sıcaklık ve çizerdeki dosyaları test etmek için güncel protokolleri üzerinde çalışıyor. Elektronik iletimdeki mikro-kırıklamaların veya değişikliklerin araştırılması, kendi sağlıklarını rapor eden akıllı pencerelere nasıl dönüşeceğini açıklayan bilgisayar modelleri.

En heyecan verici sınırlardan biri, renkli metallerin baskılarını takip eden optik devrelerin katkısını sağlayan 3D baskı, geleneksel yöntemleri rahatsız eden ve tamamen yeni geometrilerin tamamen yenilenmesini sağlayan döküm kusurlarının çoğunu ortadan kaldırabilir.

Sonuçta, şeffaf deniz malzemelerinin geleceği disiplinler arası işbirliğine bağlıdır. Malzeme bilim adamları, deniz biyoloğunun, baskı-vezel tasarım için yapısal mühendislere, ve entegrasyon için deniz mimarlarına hitap etmesi için deniz biyoçeşitliliği olarak görünürler. - derin denizlerin son büyük bir çöle doğru odaklanması gerekir.Daha fazla test platformu bu yeni malzemeleri gerçek okyanus koşullarında doğrulamaktadır, deneysel seramik ve günlük görüş alanı arasındaki çizgi, gerçekten şeffaf bir pencereyi açmaz.

Yaygın kabul süresi on yıllar içinde ölçülmüyor, yıllar değil. Akrilik görüşports sürekli mühendislikte 60 yıldan fazla rafine edildi ve yeni malzemelerle bunları atlatmak, eşdeğer bir kalıcılık gerektirecektir. Ancak yörünge açık: her başarı materyali sistemi –pinel, ALON, nanokompositler, cam-ceramics – son zamanlardaki performansı açıkça görmemize izin verecek araçlardı. Bugün pahalı olan şey, sürekli araştırma ve üretim ölçeği ile, rutin hale gelecektir.