Нанотехнологии в автомобильной индустрии - Студенческий научный форум

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Нанотехнологии в автомобильной индустрии

 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Нано технологии считаются одной из основных технологий будущего автомобильной промышленности для поддержания конкурентоспособности, и обещает принести пользу многим различным аспектам промышленности. Автомобильная промышленность здесь не исключение. Улучшенные нано материалы уже начинают улучшать эксплуатационные характеристики и экономическую эффективность транспортных средств, и этот эффект будет только возрастать в ближайшие годы, так как более твердые, прочные, легкие нано материалы станут коммерчески доступными. Основными целями развития отрасли являются повышение расхода топлива, воздействие на окружающую среду, безопасности и комфорта, поскольку постоянно растущее использование автомобилей противоречит экологическим нагрузкам и ограничениям инфраструктуры. Нано технологии, несомненно, сыграют огромную роль в том, как производители автомобилей справятся с этими изменениями.[1]

Устойчивые к царапинам и грязеустойчивые краски.

В течение нескольких лет нанотехнологические исследования были направлены на создание покрытий и красок с высокой устойчивостью к царапинам, самовосстановлением и грязеотталкивающими свойствами. Эти технологии позволят автомобильной краске прослужить в течение всего срока службы транспортного средства без старения и требуют очистки гораздо реже.

Эти технологии сейчас становятся коммерческими. Доступны некоторые продукты сторонних производителей, в которых используются твердые водоотталкивающие полимерные нанокомпозиты или кварцевые наночастицы - это позволяет покрытиям оставаться чистыми, защищать от царапин и сколов, а также снижать коррозию, не изменяя внешний вид краски под ней. Также доступны краски, которые могут изменять свои теплоотражающие свойства в зависимости от интенсивности падающего солнечного света. Это помогает регулировать температуру автомобиля, облегчая работу системы кондиционирования воздуха и, следовательно, экономя топливо. Развивающиеся технологии в этой области, которые еще не являются коммерчески доступными, включают в себя покрытия, которые не просто более устойчивы к царапинам, но на самом деле излечивают любые незначительные повреждения, которые они наносят. Это достигается путем встраивания керамических наночастиц в гибкий полимер, который может перетекать через себя, заживляя трещины и царапины, оставаясь при этом прочным.

Рисунок 1. Работа нанопокрытия

Наночастичные покрытия для транспортных средств могут самоочищаться - их поверхность становится супергидрофобной, в результате чего вода образует на поверхности шарики и легко стекает, собирая и удаляя грязь в процессе. Поэтому чистка намного проще и требуется реже.[2]

Нано-улучшенные клеи

С 1990-х годов для улучшения сварных соединений и механических крепежных элементов используются прочные клеи. В последнее время адгезивы, которые были усилены наночастицами оксида железа или, в некоторых случаях, углеродными нанотрубками, могут в некоторых случаях полностью заменять и превосходить сварные швы. Они также позволяют прочно соединять металл с пластиковыми или композитными панелями, что может значительно снизить вес и стоимость по сравнению со стальным или алюминиевым кузовом.

Наполнители наночастиц для шин

По оценкам Всемирного делового совета по устойчивому развитию, около миллиарда шин ежегодно выходит из строя. Такое количество отработанных шин создает значительную проблему для окружающей среды. Поэтому повышение износостойкости шин становится решающим фактором для решения этой проблемы. Одним из элементов, способных значительно улучшить свойства натурального каучука, является сажа. Размер и структура частиц сажи, а также их сшивка с молекулами каучука играет ключевую роль в износостойкости. Модифицированного процесса горения привело к разработке наноструктур сажи , которые могут быть использованы для повышения общей износостойкости шин.

Рисунок 2. Шины - это каучук, сера и оксид цинка

Окна и дворники

Подход к грязеустойчивым краскам для автомобилей, который использует наночастицы для создания гидрофобной (водостойкой) поверхности, также был применен к стеклу для окон автомобилей. Бисерный эффект для воды на поверхности означает, что вода стекает намного легче и не ухудшает видимость во время сильного дождя или брызг. Это также снижает износ стеклоочистителей, которые практически не требуются - при большинстве скоростей движения воздушный поток, проходящий мимо автомобиля, будет достаточен для очистки капель воды из стекла. Нанопокрытия на внутренней стороне стекла могут использовать аналогичный подход для предотвращения конденсации водяного пара на стекле во влажных условиях. Нанотехнологии также делают поликарбонатное остекление реальностью. Поликарбонат (ПК) намного легче стандартного стекла, безопаснее и является более гибким материалом для конструирования, но физические ограничения, такие как его низкая устойчивость к царапинам и низкая защита от ультрафиолетового излучения, препятствуют его широкому применению. Добавление прозрачного, устойчивого к царапинам покрытия, содержащего наночастицы кремнезема, облегчает многие из этих проблем. Это позволит в ближайшие несколько лет быстрее внедрить окна и ветровые стекла для ПК - по прогнозам, к 2020 году около 20% всего остекления автомобилей будет производиться с ПК с наноусилением.[3]

Рисунок 3. Покрытие антидождь

Нано-процедуры для автомобильного текстиля

Текстиль широко используется в автомобилях - от покрытий сидений и ремней безопасности до воздушных фильтров и шинного корда. В автомобильном дизайне наблюдается общая тенденция к замене все большего количества твердых поверхностей внутри автомобиля тканями, поскольку это простой способ снизить вес и улучшить общую перерабатываемость. Обычные ткани очень чувствительны к износу, скоплению пыли и грязи и могут стать причиной пожара, если их не обработать. Широкий спектр нанотехнологий может быть применен к текстильным материалам для улучшения их характеристик и срока службы, некоторые из которых уже используются, а некоторые еще находятся на расстоянии нескольких лет от коммерческого применения.[4]

Технология топливных элементов

Транспортным средствам требуется все больше энергии, как с точки зрения развлечений на борту и других практических систем, так и растущей популярности электромобилей. Последовательная и долгосрочная поставка этого электричества оказалась проблемой в автомобильной промышленности. Не только в технологических проблемах с производством необходимого уровня электроэнергии при одновременном снижении веса, но и в стоимости производства больших топливных элементов. Это связано прежде всего с необходимостью использования платины в качестве катализатора при производстве традиционных аккумуляторов. Нанотехнология предлагает решение для этого, либо благодаря использованию наночастиц платины или других металлов, существует возможность радикально снизить стоимость производства батарей. Это особенно интересно для разработки доступных электромобилей за счет снижения стоимости электромобилей .   Различные нанотехнологии также применяются для создания более тонких мембран в батареях, что позволяет получить более легкие и долговечные элементы.

Антикоррозийные характеристики

Из-за опасностей для здоровья и экологических проблем применение электролитов, содержащих Chrome-VI, было запрещено в 2007 году. Текущие альтернативы Chrome-VI предлагают внутреннюю кратковременную защиту. Это создало проблему в автомобильной промышленности для защиты транспортных средств в долгосрочной перспективе от воздействия коррозии. Тем не менее, нанотехнологии предлагают решение, которое успешно используется для некоторых частей автомобильных дверей, шасси и тормозов. Технология сводит на нет краткосрочную эмиссию Chrome-III путем применения наночастиц диоксида кремния (SiO2) в электролите. Этот тип технологии может значительно увеличить срок службы транспортных средств и ограничить количество отходов, образующихся в течение срока службы автомобиля.[5]

Легкие металлические заменители

Производители автомобилей постоянно ищут способы уменьшить вес транспортных средств, чтобы повысить эффективность использования топлива . Тем не менее, они должны делать это, сохраняя при этом общую структурную целостность и уровень безопасности, требуемый государственными стандартами. Многие стальные элементы в автомобилях уже были заменены легкими металлическими альтернативами и пластмассами. Тем не менее, нанотехнологии смогут предложить дальнейшее увеличение веса, а также увеличение прочности деталей транспортных средств. Практически это может быть достигнуто путем встраивания наночастиц металлического нитрида углерода в металлы в качестве способа повышения постоянной прочности стали.[6]

Таким образом, можно сделать вывод, что нанотехнологии предлагают широкий спектр применений в секторе производства автомобилей. Многообещающие улучшения в сроке службы и экологичности транспортных средств будут достижимы, поскольку эти новые технологии получат широкое распространение.

ЛИТЕРАТУРА:

1 Нанотехнологии в автомобильной промышленности [Электронный ресурс]. – режим доступа: https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=3031 (дата обращения 20.03.2020). – Загл. с экрана.

2 Нанотехнологии [Электронный ресурс]. – режим доступа: http://www.nanoprotect.co.uk/about-us.html (дата обращения 20.03.2020). – Загл. с экрана.

3 Применение нанотехнологий [Электронный ресурс]. – режим доступа: https://www.manufacturingtomorrow.com/article/2018/09/applications-of-nanotechnology-in-car-manufacturing/12188 (дата обращения 20.03.2020). – Загл. с экрана.

4 Как наноматериалы помогают раздвинуть границы в автомобильной промышленности [Электронный ресурс]. – режим доступа: https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=4936 (дата обращения 20.03.2020). – Загл. с экрана.

5 Влияние нанотехнологий на автомобильную промышленность [Электронный ресурс]. – режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25360613 (дата обращения 20.03.2020). – Загл. с экрана.

6 Нанотехнологии в будущих автомобилях [Электронный ресурс]. – режим доступа: https://www.sae.org/publications/technical-papers/content/2010-01-1149/ (дата обращения 20.03.2020). – Загл. с экрана.

Просмотров работы: 780