برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۹/۱۷ تا ۱۳۹۷/۰۹/۲۳

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱۲۵
  • بازدید این ماه ۳۷
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

گزارش‌های بانک محصولات فناوری نانو

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

نقش فناوری نانو در محصولات تجاری موجود در بازار صنعت خودروسازی: نانومواد و خواص

صنعت خودروسازی شامل تمام بخش‌های طراحی، توسعه، تولید، بازار و فروش لوازم نقلیه موتوری جهت کاربرد در حمل و نقل زمینی است. تا ابتدای مردادماه 1396، تعداد 485 محصول صنعت خودروسازی موجود در بازارهای جهانی، که طبق تعریف استاندارد ISO TS 18110 محصول فناوری نانو به حساب می‌آیند، توسط بانک محصولات فناوری نانو رصد شده‌اند. محصولات 74 شرکت از 23 کشور بررسی و در این بانک اطلاعاتی به ثبت رسیده‌اند (http://product.statnano.com). بالغ بر 40 نوع محصول متمایز نانویی در این صنعت شناسایی شده است که ضدیخ‌ها، مواد شستشو، فیلترها، محافظ‌های بدنه، افزودنی‌های روغن و سوخت مهمترین آن‌ها هستند. کشورهای برتر به لحاظ تعداد برند نانویی عرضه شده در بازار کشورهای ایالات متحده، آلمان، نیوزلند، انگلستان و بلژیک هستند. در میان تمامی نانومواد به کار گرفته شده، نانوذرات دی‌سولفید ‌تنگستن، دی‌اکسید ‌تیتانیم، دی‌اکسید ‌سیلیسیم، الماس و فلورین بیشترین استفاده را جهت ایجاد یا بهبود خواص نانویی مانند آنتی‌باکتریال، آبگریزی، روان‌کاری، خودتمیزشوندگی، مقاومت به سایش، بهبود احتراق و مصرف سوخت داشته‌اند.

 1- مقدمه

ساخت مواد با ویژگی‌های جدید یا بهبودیافته از مهمترین موضوعات فناوری نانو به‌شمار می‌رود که نتیجه استفاده از این دست از مواد در محصولات صنعتی، بهبود ارزش افزوده و کارایی است. صنعت خودروسازی نیز از این قاعده مستثنی نیست و شرکت‌های خودروسازی از فناوری نانو برای بهبود عملکرد محصولات خود، سازگاری با نیازهای مشتری و انطباق با استانداردهای موجود استفاده می‌کنند [1]. هدف نهایی استفاده از فناوری نانو در این صنعت تهیه خودروهای سبک‌تر، پرقدرت‌تر، سریع‌تر و ایمن‌تر است که با محیط زیست سازگاری بیشتری دارند [2و3]. از کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودروسازی می‌توان به جلادهنده‌ها، عملیات مربوط به شیشه، رنگ‌های متغیر، پلیمرها و رزین‌های پرشده با نانومواد، سرامیک‌ها و روکش‌های نانوساختار، باتری‌ها، حسگرها و قطعات الکترونیکی اشاره کرد [4]. این کاربردها می‌توانند موجب ارائه عملکرد بهتر یا ایجاد کارکرد اضافی همچون مقاومت در برابر سایش و فرسایش، سبکی وزن، کاهش اصطکاک، افزایش استحکام، مقاومت در برابر تابش ماورای بنفش، کنترل خوردگی یا افزایش زیبایی شوند. از دیگر مزایای استفاده از نانومواد در صنعت خودروسازی می‌توان به کاهش بهبود عملکرد موتور، افزایش بهره‌وری مصرف سوخت، بهبود کنترل خروجی اگزوز، افزایش ایمنی، کاهش ارتعاش خودرو و بهبود کنترل خودرو اشاره کرد [5و6].

با هدف تبدیل شدن به یک مرجع معتبر، قابل استناد و به روز، بانک محصولات فناوری نانو (NPD) به آدرس http://product.statnano.com/ در اسفند 1394 آغاز به کار کرد تا اطلاعات مربوط به محصولات نانویی موجود در بازارهای جهانی را جمع‌آوری و تحلیل کند. تا ابتدای مردادماه 1396، تعداد 485 محصول نانویی صنعت خودروسازی موجود در بازارهای جهانی توسط این بانک اطلاعاتی رصد شده‌اند که از میان آن‎ها محصولات 74 شرکت از 23 کشور بررسی و به ثبت رسیده‌اند. محل دفتر مرکزی شرکت‌های تولیدکننده محصولات نانویی به عنوان کشور اصلی آن شرکت‌ها در نظر گرفته شده است. بالغ بر 42 نوع محصول متمایز نانویی در این صنعت شناسایی شده است. در جدول 1 حوزه‌های صنعتی مختلف خودروسازی و محصولات هر حوزه صنعتی آورده شده است.

 

جدول 1- لیست حوزه‌های صنعتی خودروسازی و انواع محصولات هر حوزه

حوزه صنعتی نوع محصول
ضدیخ‌ها خنک‌کننده رادیاتور
مواد شستشو محافظ رنگ بدنه، محافظ شیشه، محلول کارواش، واکس، محلول تمیزکننده چرخ، محلول تمیزکننده شیشه، محلول تمیزکننده چرم، محلول تمیزکننده پارچه، محلول دفع حشرات
فیلترها فیلتر هوا، فیلتر سوخت، فیلتر کولر
افزودنی روغن افزودنی روغن موتور، افزودنی روغن گیربکس، احیاکننده بدنه موتور
افزودنی سوخت افزودنی بنزین، تمیزکننده باک
محافظ‌های بدنه پُلیش بدنه، پُلیش شیشه، محلول ضد باران، اصلاح‌کننده بدنه، ماده پرداخت بدنه

 

2- نانومواد مورد استفاده در محصولات تجاری

طبق تحلیل بانک محصولات فناوری نانو عمده محصولات تجاری موجود در بازارهای جهانی صنعت خودروسازی حاوی یکی از نانوذرات دی‌سولفید‌ تنگستن، دی‌اکسید‌ تیتانیم، دی‌اکسید ‌سیلیسیم، الماس و فولرن هستند که در ادامه به تفکیک مورد بررسی قرار می گیرند.

 

1-2- نانوذرات دی‌سولفید ‌تنگستن

دی‌سولفید‌ تنگستن (WS2) روانسازی جامد است که اصطکاک و فرسودگی بین سطوح تماس را کاهش می‌دهد. از ویژگی‌های مهم نانوذرات WS2 می‌توان به کاهش اصطکاک، روان‌کنندگی بهتر، هزینه انرژی کمتر، صرفه‌جویی در مصرف سوخت، کاهش دمای عملکرد، افزایش عمر روغن یا روان‌کننده و کاهش نیاز به تعویض، تجزیه گازهای NOx/SOx در موتورهای احتراقی، مقاومت خوردگی بالا و عدم گرفتگی فیلترها به دلیل عبور آسان ذرات از آن‌ها اشاره کرد. مکانیزم روان‌کنندگی این نانوذرات شامل لایه‌های لغزنده بارگذاری شده به شکل یک لایه چسبنده است که کاهش سایش و اصطکاک را به‌دنبال دارد. این نانوافزودنی دارای ساختار لایه‌ای بسته شش ضلعی است. هر اتم تنگستن به دو اتم سولفور متصل است. اتم تنگستن و سولفور با پیوندهای قوی شیمیایی به یکدیگر متصل شده‌اند در حالی که اتم‌های سولفور با پیوند ضعیف مولکولی به یکدیگر اتصال دارند. تحقیقات نشان می‌دهد که استفاده از نانوذرات دی‌سولفید ‌تنگستن در روغن موتور منجر به بهبودی در بهره‌وری فشرده‌سازی و کاهش در مصرف سوخت خودرو، درجه حرارت و سروصدای موتور می‌شود. به‌علاوه باعث کاهش سایش، خوردگی و اکسیداسیون در داخل موتور می‌شود. احتراق تمیز و کاهش گازهای مضر خروجی از اگزوز از دیگر مزایای استفاده از این نانوذرات در روغن موتور خودرو است. نانوذرات WS2 را به عنوان روان‌کننده جامد نه تنها در شرایط متعارف بلکه تحت شرایط دشوار مانند دما و فشار بالا، بار زیاد، خلأ، تابش و محیط خورنده می‌توان به کار برد [7]. این نانوذرات در حدود 15 درصد از محصولات صنعت خودروسازی بانک NPD ثبت شده‌اند. برای مقایسه با سایر صنایع، این نانوذرات تنها در محصولات صنعت نفت گزارش شده‌اند و در سایر صنایع محصولی از آن‌ها در بانک به ثبت نرسیده است. افزودنی‌های روغن موتور، افزودنی‌های بنزین، احیاکننده‌های موتور و افزودنی‌های روغن گیربکس از جمله انواع محصولاتی هستند که شرکت‌های سازنده از نانوذرات دی‌سولفید ‌تنگستن در آن‌ها استفاده کرده‌اند. در محصولات کشورهایی چون آمریکا، نیوزلند، کانادا، استرالیا، کاستاریکا، انگلیس، سنگاپور، چین، آلمان و هند این نانوذرات به چشم می‌خورند. شرکت‌های Pyro Products Ltd، RVS Master، CerMet Lab Company، XSnano fuel additive، Nanotech Industrial Solutions، TMC Industries، Ceramizer Americas plc و XADO عمده مصرف‌کننده این نانوماده در محصولات خود هستند. محصولات این شرکت‌ها عمدتاً در موتورهای دیزلی، بنزینی و گازوئیلی در وسایل نقلیه سواری، سنگین و موتورسیکلت‌ها کاربرد دارند.

 

2-2- فولرن

فولرن با ترکیب C60 آلوتروپی‌ از کربن خالص است که 60 اتم کربن به صورت شش ضلعی و پنج ضلعی در کنار هم چیده شده‌اند و شکل آن‌ها ممکن است کروی، بیضوی یا استوانه باشد. خانواده فولرن مولکول‌های کربن خواص منحصر به فردی دارد. استحکام کششی یک نانولوله فولرن حدود بیست برابر فولاد پر استحکام و چگالی آن نصف آلومینیوم است. شاید مهمترین ویژگی فولرن که آن‌را برای کاربردهای صنعت خودروسازی مناسب کرده است، قابلیت روان‌کاری بالایی باشد که به عنوان افزودنی به محلول‌های دیگر می‌دهد [8]. محلول‌های شستشو و تمیزکننده‌های باک بنزین، پُلیش‌ها، تمیزکننده‌ها و محافظ‌های بدنه، شیشه و چرخ از جمله محصولات صنعت خودروسازی هستند که در آن‌ها فولرن به کار رفته است. از بین مهم‌ترین استفاده‌کننده‌های فولرن در محصولات صنعت خودروسازی می‌توان به شرکت بلژیکی MARLY S.A اشاره کرد. محصولات این شرکت غیرسمی بوده و دوستدار محیط زیست هستند. جلوگیری از گردوغبار، آلودگی، خط و خش، ورود حشرات و اکسیداسیون از ویژگی‌های دیگر محصولات حاوی فولرن است.

 

3-2- نانوذرات دی‌اکسید ‌تیتانیم

نانوذرات دی‌اکسید‌ تیتانیم (TiO2) در صنعت خودروسازی در برندهایی از کشورهای لیتوانی، استرالیا، ایالات متحده و تایوان گزارش شده‌اند. محافظ‌های رنگ، شیشه، چرخ و چرم از جمله انواع محصولاتی هستند که شرکت‌هایی نظیر PRO-TEC BALTIJA، Polaris NanoShield Paint، TopSpin Design Co و NanoFusionFilm به بازارهای جهانی عرضه کرده‌اند. مقاومت مکانیکی مناسب در برابر خط و خش، محافظت در برابر اشعه فرابنفش، آبگریزی، خودتمیزشوندگی و ضد آلودگی از مهم‌ترین ویژگی‌های محصولات حاوی نانوذرات TiO2 هستند. دی‌اکسید ‌تیتانیم عمده این خواص را مدیون خاصیت فوتوکاتالیستی قوی خود است که طی آن انرژی نورانی به انرژی شیمیایی تبدیل می‌شود تا در اثر اکسیداسیون یا احیای ماده خواص مختلفی مانند حذف باکتری ایجاد شود. نکته مهم در خصوص محصولات حاوی نانوذرات TiO2 آن است که میزان خاصیت فوتوکاتالیستی آن‌ها تابعی از اندازه دانه، اندازه کریستالیت، سطح ویژه و میزان و شکل تخلخل‌ها است [9].

 

4-2- نانوذرات دی‌اکسید ‌سیلیسیم

شرکت‌های Polaris NanoShield Paint، Nano Armor، Bullsone Co و NanoFusionFilm انواع محصولاتی چون محافظ‌های بدنه، شیشه و چرخ را با کمک نانوذرات دی‌اکسید‌سیلیسیم (SiO2) به بازارهای جهانی عرضه کرده‌اند که ویژگی عمده آن‌ها مقاومت در برابر باران، آلودگی، خط و خش و اشعه فرابنفش است. این محصولات در کشورهای استرالیا، کانادا، آمریکا و کره جنوبی تولید شده‌اند. رنگ‌های ضد خراش و آلودگی مورد استفاده روی بدنه خودرو عمر بیشتری  داشته و ظاهر شکیل‌تری دارند. همچنین این رنگ‌ها میزان بیشتری از نور خورشید را منعکس کرده و در نتیجه دمای خودرو کمتر افزایش می‌یابد که کمک شایانی به سیستم تهویه مطبوع خودرو است [10]. از سال‌ها پیش نانوذرات SiO2 به عنوان فیلتر در تایرها مورد استفاده قرار گرفته است که باعث افزایش عملکرد و دوام محصول می‌شود. امروزه نیز در کنار این نانوذرات از اورگانوسیلان‌ها استفاده می‌شود که می‌توانند به علت ایجاد چسبندگی بهتر بین اجزای نانوذرات و لاستیک کارایی آن را بهبود بخشند [11].

 

5-2- نانوذرات الماس

حدود 33 درصد از انرژی سوخت خودرو صرف غلبه بر اصطکاک‌های موجود در موتور، لاستیک‌ها، ترمز و غیره می‌شود و در نتیجه میزان زیادی اتلاف انرژی وجود دارد [12]. نانوذرات الماس به عنوان روان‌کننده روغن موتور به افزایش بازده آن کمک می‌کند. نانوذرات الماس یک فیلم یا لایه نازک روی سطوح قطعات تشکیل می‌دهد و قطعاتی که آسیب دیده هستند را در درجه اول ترمیم می‌کند. آیتم دیگری که نانوذرات الماس دارند این است که اصطکاک لغزشی را به اصطکاک غلطشی تبدیل می‌کند. به‌ دلیل داشتن حالتی شبیه گوی، به جای این که قطعات موتور روی هم لغزش داشته باشند، روی هم غلطش داشته و در نتیجه اصطکاک کاهش می‌یابد. ایوانوخ و همکارانش [13] در تحقیقی به این نتیجه رسیده‌اند که افزودن نانوذرات الماس با اندازه میانگین حدود 50 نانومتر و غلظت 0/1 درصد وزنی به روغن موتور می‌تواند بیشترین کارایی را در افزایش میزان روان‌کاری آن داشته باشد. در بانک محصولات NPD شرکت‌هایی از آمریکا، ترکیه و آلمان دارای محصولاتی چون افزودنی روغن موتور و افزودنی بنزین برپایه نانوذرات الماس هستند که در موتورهای بنزینی و دیزلی خودروهای سواری، تراکتورها، ژنراتورها و کمپرسورها کاربرد دارند. شرکت‌های Nano Materials & Processes، DiamondLube™ Extreme، Yüksek Teknoloji Malzemeler و PlasmaChem GmbH در زمینه استفاده از نانوذرات الماس نسبت به سایر رقبای خود جلوتر هستند.

 

3- خواص ایجاد شده توسط نانومواد در محصولات صنعت خودروسازی

مهمترین ویژگی‌های ذکر شده برای محصولات رصد شده ماندگاری بالای آن‌ها است. عمده این محصولات لوازم جانبی صنعت خودروسازی هستند که به‌عنوان پوشش یا افزودنی استفاده می‌شوند و ماندگاری آن‌ها در داخل باک بنزین، موتور و بدنه خودرو ضروری است. نقش اصلی افزودنی‌ها محافظت از قطعات داخلی خودرو مانند قسمت‌های داخلی موتور، گیربکس و باک است تا از فرسایش سریع آن‌ها جلوگیری کنند. افزودنی‌هایی نیز وجود دارند که آسیب‌های قبلی روی این قطعات را تا حد زیادی رفع می‌کنند. این افزودنی‌ها عموماً لایه‌ای محافظ روی قطعات ایجاد کرده و از پیدایش ترک جلوگیری می‌کنند. دسته دیگری از افزودنی‌ها به کاهش مصرف سوخت و بهبود فرایند احتراق کمک می‌کنند. ویژگی مهم دیگر این محصولات نانویی آن است که غیرسمی و دوستدار محیط زیست بوده و آلودگی‌ها را نیز به خود جذب نمی‌کنند. به‌عنوان مثال پوشش‌های محافظ بدنه، شیشه و چرخ به منظور آن استفاده می‌شوند تا آلودگی کمتری بر روی خودرو ایجاد شده و ظاهر زیباتری داشته باشد. این محصولات آبگریز بوده و از قرار گرفتن قطرات باران بر روی خودرو جلوگیری می‌کنند و در نتیجه خودرو دیرتر کثیف می‌شود. در جدول 2 انواع محصولات خودرو به تفکیک ویژگی‌ها و نانومواد موجود در آن‌ها آورده شده است.

 

جدول 2- مقایسه انواع محصولات خودرو به تفکیک ویژگی موجود در آن‌ها

ویژگی نانومواد انواع محصولات
ماندگاری بالا فولرن، نانوذرات دی‌اکسید ‌تیتانیم، دی‌اکسید ‌سیلیسیم و سولفید تنگستن فیلتر هوا، پولیش، محافظ رنگ، محافظ شیشه، محافظ چرخ
قابلیت تمیزکنندگی نانوذرات سولفید تنگستن، اکسید کبالت، دی‌اکسید ‌تیتانیم و الماس فیلترها، افزودنی‌های روغن و بنزین
محافظت از قطعات داخلی موتور، گیربکس و باک نانوذرات سولفید تنگستن، دی اکسید زیرکونیم، مس و الماس افزودنی‌های بنزین، روغن موتور و روغن گیربکس
روان‌کاری نانوذرات سولفید تنگستن، اکسید کبالت، دی‌اکسید ‌تیتانیم، فولرن و الماس افزودنی‌های بنزین، روغن موتور و روغن گیربکس
بهبود احتراق و مصرف سوخت نانوذرات سولفید تنگستن، دی اکسید زیرکونیم، اکسید کبالت و الماس افزودنی‌های بنزین، روغن موتور و روغن گیربکس، فیلتر هوا، فیلتر بنزین و خنک‌کننده رادیاتور
آبگریزی نانوذرات دی‌اکسید ‌تیتانیم و دی‌اکسید ‌سیلیسیم پلیش، واکس، محافظ‌های بدنه، شیشه، چرخ و چرم
آنتی‌باکتریال نانوذرات دی‌اکسید ‌تیتانیم و دی‌اکسید ‌سیلیسیم محلول‌های تمیزکننده چرم و صندلی

 

4- بحث و نتیجه‌گیری

جمع‌بندی مباحث فوق نشان می‌دهد که مهمترین ویژگی‌های ذکر شده برای محصولات رصد شده (ضدیخ‌ها، مواد شستشو، فیلترها، محافظ‌های بدنه و افزودنی‌های روغن و سوخت) ماندگاری بالای کارایی آن‌ها است. عمده این محصولات، لوازم جانبی صنعت خودروسازی هستند که به‌عنوان پوشش یا افزودنی استفاده می‌شوند و ماندگاری آن‎ها در داخل باک بنزین، موتور و بدنه خودرو ضروری است. خواصی مانند آنتی‌باکتریال، آبگریزی، روان‌کاری، خودتمیزشوندگی، مقاومت به سایش، بهبود احتراق و مصرف سوخت از دیگر ویژگی‌هایی هستند که به کمک انواع مختلف نانومواد مانند نانوذرات دی‌سولفید ‌تنگستن، دی‌اکسید‌ تیتانیم، دی‌اکسید ‌سیلیسیم، الماس و فلورین در این محصولات ایجاد شده یا بهبود داده شده است.

 

منابـــع و مراجــــع

O'Sullivan, A., Sheffrin, M. “Economics: Principles in Action. Needham, Mass.: Pearson Prentice Hall”, p. 287. ISBN 0-13-063085-3. OCLC 50237774

] Lemke, T.P., Smith, T.A., Lins, T.G. “Regulation of Investment Companies”, ISBN: 9781579115722, 2015

Lemke, T.P., Lins, G.T. “Mutual Fund Sales Practices”, Securities Law Handbook Series, Thomson West, 2016

Global Markets and Technologies for Carbon Nanotubes, BCC Research, (2012)

Tang, M., Yang, L., Zhou, H. “Applications and Safety of Nanotechnology and Nanomaterials in Sports, Informatics and Management Science IV”, Lecture Notes in Electrical Engineering, Vol. 207, pp 337-343, (2012)

Bayram, C., Işıklı, C., Denkbaş, E.B. “Nanotechnology in Sports Medicine”, Living Reference Work Entry, Springer, (2014)

Wang, H., Xu, B., Liu, J. “Micro and Nano Sulfide Solid Lubrication”, Springer, 2012

Cami, J., Bernard-Salas, J., Peeters, E., Malek, S.E. “Detection of C60 and C70 in a Young Planetary Nebula”, Science. Vol. 329, pp. 1180–2, (2010)

Nakata, K., Fujishima, A. “TiO2 photocatalysis: Design and applications”, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, Vol. 13, pp. 169–189, (2012)

Seo, J.Y., Han, M. “Multi-functional hybrid coatings containing silica nanoparticles and anti-corrosive acrylate monomer for scratch and corrosion resistance”, IOP Publishing Ltd, Nanotechnology, Vol. 22, (2010)

Chen, L., Jia, Z., Tang, Y., Wu, L., Luo, Y., Jia, D. “Novel functional silica nanoparticles for rubber vulcanization and reinforcement”, Composites Science and Technology, Vol. 144, pp. 11–17, (2017)

Holmberg, K., Andersson, P., Nylund, N., Makela, K., Erdemir, A. “Global energy consumption due to friction in trucks and buses”, Tribol. Int. Vol. 78, pp. 94–114, (2014)

Ivanova, M., Shenderov, O. “Nanodiamond-based nanolubricants for motor oils, Current Opinion in Solid State and Materials Science”, Vol. 21, pp. 17–24, (2017)