چکیده
برای رفاه اقتصادی کشور از آنجایی که هزینه ایجاد زیرساختهای شهری بخش اصلی ثروت ملی را تشکیل می دهد ، توسعه مواد ساختمانی و سیستم های با راندمان بالا ، کم هزینه و با دوام مهم است . تحقیق و پژوهش درباره مواد هوشمند می تواند قسمتی از مسائل و مشکلات زیرساختهای شهری را حل نماید . فناوریهای نوین هوا فضا ، پزشکی و مهندسی عمران و شهرسازی در آینده بطور قطع تاثیر زیادی از مواد هوشمند خواهند گرفت . آلیاژهای حافظه دار یکی از این مواد هستند که با قابلیتهای بی نظیر خود، فصل جدیدی را در صنایع مختلف از جمله در مواد ساختمانی و تاسیسات شهری گشوده اند.
مقدمه
عصر دانش؛ پیش به سوی انقلاب صنعتی دوم
نوتردیدی نیست که اصلی ترین عامل تعیین کننده پیشرفت وتوسعه جامعه در شرایط متحول کنونی جهان، مساله چگونگی برخورداری از دانش، آموزش و پژوهش و وضعیت نیروی انسانی کارآمد است. در تحولات شتابان امروز جهان، نقش مزیت بخشی همه عوامل طبیعی، اقتصادی و استراتژیک جای خود را به سرعت به میزان بهره مندی از علوم و فنون می دهد و در حال حاضر، برتری رقابتی یک کشور، بیش از آنکه به منابع طبیعی به ارث رسیده یا ظرفیت موجود صنعتی متکی باشد به ” مزیت رقابتی تکنولوژیک ” کشور وابسته است که تجلی آن را می توان در عرضه محصولاتی نو، با کیفیت، دوام و با قیمتی ارزان مشاهده نمود.
این تاثیر البته حالت تعاملی و متقابل دارد بدین صورت که با توسعه بیشتر جامعه یعنی با افزایش میزان آگاهی، خردمندی و توسعه انسانی و بیشتر شدن اعتماد متقابل، بسط عدالت اقتصادی، اجتماعی و تسهیل تطابق انسان با محیط و به طور اخص رفع نیازهای زندگی، رفع موانع اداری و مالی، رفع محدودیت بودجه وگرفتاریهای آموزشی، رفع تنگناهای فیزیکی، بسط آزادی ومشارکت همگانی، زمینه برای گسترش موسسات آموزشی و پژوهشی، افزایش تعداد محققان و بهبود کمی و کیفی تولیدات علمی نیز بیشتر فراهم می شود.
این امر در بعد نظری انسانها را آگاهتر و در بعد عملی آنها را در تعیین سرنوشت خویش تواناتر می سازد و این خود به توسعه اجتماعی- انسانی بیشتر کمک می کند. اصولاً نظامهای معاصر تولید به فرآیند نوآوری تکنولوژیک، که به علت رقابت و تقسیم شدن بازارهای جهانی تسریع شده، وابسته است. از اینرو خصیصه اصلی سرمایه گذاریهای نوین، دیگرتقسیم تکنیکی نیروی کار یا تولید انبوه نیست بلکه فرآیند مداوم ” نوآوری تکنولوژیک ” است که از روشهای” تولید انعطاف پذیر” بدست می آید و تقاضا برای آن پیشرفت علم را باعث می شود.
لذا توسعه آتی به پیشرفت علم وابسته است و می توان به صراحت گفت که علم و تکنولوژی گرچه نمی توانند همه مشکلات را حل کنند اما نقش موثری در توسعه آینده کشورها ایفا می کنند که می تواند مورد توجه کشورهای درحال توسعه قرار گیرد. برای بهره برداری از علم و تکنولوژی و هدایت تحولات تولیدی، اتخاذ استراتژیهای چندبعدی بلندمدت ضرورت دارد که بایستی بر تمامی جنبه¬های موجود در روند اختراعات، از آموزش عمومی پایه ای گرفته تا تجربه های علمی دانشمندان، مهندسان، ومدیران متمرکز گردد.
البته باید به این مطلب توجه داشت که هر چند نقش اساسی علم و تکنولوژی در توسعه اقتصادی است و به کمک آن می توان خطرات ناشی از مصرف شدید منابع، رشد جمعیت، کمبود انرژی و تخریب محیط زیست را بر طرف نمود، تا جائیکه گفته اند “محیط فعالیت بشر محدود است اما این محدودیت تابعی از تکنولوژی است”، لیکن سهم علم و تکنولوژی در توسعه و بهبود زندگی افراد به همین بخش محدود نمی گردد و در هر یک از ابعاد ذیل که نیازهای فردی یک جامعه توسعه یافته هستند می تواند دخیل باشد یعنی:
با در نظر گرفتن ایـن مباحـث، طبعــاً کشور ما نیــز نمی تواند از آنچـه کـه امـروزه انقلاب جهانــی تکنولوژی نامیده می شـود دور بمانــد. رونـد فوق العاده سریــع تحولات در عـرصه فناوریـهای نویـن به ویــژه بیوتکنولوژی، نانوتکنولوژی، فناوری اطلاعات و انقلاب در مواد نــو و ساخت و تولید آنها قطعاً آینـده ما را نیز تحت تاثیــر قرار خواهد داد و بر همه ارکان کشور و نظام واجب است که هر چه سریعتــر تدابیــر ویـژه و فوق العـاده ای بـرای هماهنگــی با این مـوج عظیم بیندیشند.
پدیده هایی نظیــر اصلاح ژنتیک، مشابـه سازی انسان و دستکاری ژنــهای آن، مواد هوشمند، ساخت و تولید چالاک و مولکولی، میکروسیستم های یکپارچه، کامپیوترهای در مقیاس نانـومتر و غیره را اگر امـروز درک نکنیم فردا قطعـاً دیـر خواهد بود.
همچنین کلان رونـدهای امروز جهان تکنولوژی که علاوه بر رونـد سریع تحولات آن به موضوعاتی نظیـر تشدید ماهیت چند رشته ای تکنولوژی و رقابت بر سر راهبــری آن و نیز استمــرار جهانگرایـی و مسائل امنیتـی و دفاعــی ناشـی از آن می پردازند بایستـی مورد توجــه قرار گیرد.
ظهور نتایـج این تحولات، مسائلــی را نیز به دنبال خواهد داشت. همچنان که درک توده مردم از تاثیـرات بالقوه این رونـدها بر فرهنگ و زندگی افزایش می یابد، بایسته است که تصمیم هایی در مورد مسائل گوناگون اخلاقی، اقتصادی، قانونـی، محیطی، ایمنــی و دیگر دغدغه های اجتماعی اتخاذ شود. احتمالاً مهمترین این مسائـل عبارتنـد از: حریــم خصوصـی اشخاص، شکاف اقتصـادی، تهدیـدها و واکنشـهای فرهنگـی، اخلاقیات بیولوژیک به ویــژه مسائلــی همچون “به نــژادی”، مشابـه سازی انسان و اصلاح ژنتیک که شدیدتریـن واکنش های اخلاقـی و معنـوی را به همراه خواهند داشت.
ماهیت این مسایل بسیار پیچیـده است، زیرا از یک سو بر مسیـر پیشرفت تکنولوژی و از سوی دیگر ـ مستقیم و غیرمستقیم، بر یکدیگر تاثیر می گذارند. شهروندان و سیاستگذاران نیازمند آنند که درباره تکنولوژی، اطلاعات کاملی کسب کنند تا با تشخیص و تحلیل این تعامل های پیچیده بتوانند منـاقشـاتـی را که پیرامون تکنولوژی وجود دارد به درستـی بفهمند. چنین تلاش هایی، مانع از اخذ تصمیم هـای ساده انگارانــه می شوند؛ منافــع تکنولوژی را با ملاحظه ارزش های فــردی بیشینه می سازند، و نقاط عطفــی را در فرآیند تصمیم گیری مشخص می کنند که در آنها تصمیم ها می توانند نتایج مطلوبــی به بار آورند بدون آنکه مسائل نادیده و تحلیل نشده بتوانند این تصمیم ها را خدشـه دار کنند.
بشارت های امیدبخش تکنولوژی در همین جا است و در آینده بیشتر نیز خواهد بود و سراسر جهان را با تاثیرات گستـرده خود در خواهد نوردید. با این همه، تاثیرات انقلاب تکنولوژی در گوشه و کنار جهان یکسان نخواهد بود و بسته به آمادگی و پذیرش ملت ها و میزان سرمایه گذاریها و تصمیم هایی که اتخاذ می شود شکل های متفاوتی پیدا خواهد کرد.
خوب یا بد، راه بازگشتی وجود ندارد، زیرا پاره ای از جوامع در مسیر این انقلاب قرار گرفته اند و برای بهره برداری حداکثر از نتایج و منافع آن آماده شده اند. روند جهانگرایـی نیز محیط زندگی همه جوامع را تغییر خواهد داد. نقش آفرینــی این پیشرفت ها در صحنــه جهانـی، سیمای جهان را به کلی متحول خواهد کرد و بایستی ایران ما نیز در متن این تحول قرار گیرد. که یکی از جدیدترین علوم موادهوشمند می باشد.
مواد هوشمند، مو ادی هستند که با توجه به محرک های محیط پاسخ می دهند به همین دلیل به این مواد “مواد واکنشی” نیز می گویند. در این مواد تغییرات خواص،ساختار و موقعیت اتم ها رخ می دهد. مواد هوشمند توانایی فکر کردن دارند و IQ این مواد توسط روش هایی قابل تعیین است. این مواد به صورت زیر دسته بندی می شود:
١- موادی که در شرایط خاص تغییر رنگ می دهند، مانند:
٢- موادی که در شرایط خاص از خود نور متصاعد می کنند، مانند:
٣- موادی که در شرایط خاص از خود حرکت نشان می دهند، مانند:
٤- موادی که در شرایط خاص تغییر دما می دهند، مانند:
مواد ترموالکتریک
مواد هوشمند کاربردهای زیادی دارند که در زیر به بخشی از آن ها اشاره می شود:
موادغذایی مدرن یا هوشمند
مواد غذایی طبیعی زیادی هوشمندند و در گرما و نور دارای تغییرات رورسیبلی هستند چنین مشخصات کاری تقریبا همیشه در غذاها به کار گرفته می شود مثل موادی که وقتی گرم می شوند ضخامت آن ها افزایش می یابد، اما وقتی سرد می شوند به شکل اول بر می گردند (پیترا و دسر) از انواع موادغذایی مدرن آنتی اکسید، آنزیم تعدیل کننده، Tvp، Quorn، Tofu است.
پارچه های مدرن یا هوشمند
این پارچه ها در لباس های ورزشی و امنیتی کاربرد زیادی دارد. لباس هایی که به صورت میکرو کپسول در می آید از این نوعند. پارچه های هوشمند همچنین کاربرد زیادی در پزشکی دارند الیاف کنترل آلرژی برای افرادی که آلرژی دارند و الیاف ضد باکتری و ضد میکروب در جوراب ها و حوله ها از این نوعند.
مواد هوشمند در سیستم های کنترل
مثالی از این مواد هوشمند و مدرن پلیمر های رسانا، کریستال های مایع، Colour_Changing و ژل های کنترل حرکت است. ژل های کنترل حرکت مثل گریس هوشمند حرکت اجزا را کنترل می کند که در لوله های میکروسکوپهای روبشی، مقاومت های متغییر و فنر بازگشتی سی دی درایورها کاربرد دارند. از انواع مواد هوشمند SMA ها(سیم های هوشمند، فنر های هوشمند)، تکنولوژی کریستال مایع(فیلم ترمودینامیکی)، ژل های کنترل حرکت(گریس هوشمند) است.
پوشش های هوشمند
پیشرفت های اخیر در زمینه مهندسی سطح با استفاده از پوشش های هوشمند و تکنولوژی های پوشش دهی کنترل بهتر اصطکاک و سایش را در تماس های سطحی ارائه می دهد. در برخی از پوشش ها به علت جذب سولفورها و فسفرها باعث کاهش ویسکوزیته شده و خواص روانروی بهتری را در سیال موجب می شوند. جدید ترین تکنولوژی های در دست انجام منجر به تولید نانوکامپوزیت ها و نانوپوشش های ابرساختار شده است که به افزایش عمر قطعه پوشش داده شده و کاربردهای دیگر تولید خواهد پرداخت.
گاهی این پوشش ها طوری طراحی می شوند که با موادی که به عنوان مثال در لوله های نفت حرکت می کنند واکنش داده و یک لایه مرزی بسیار سخت و متراکم را تشکیل می دهند که هم باعث عدم خوردگی می شود و هم جلوگیری از اصطکاک می کند. گاهی پوشش هایی که خاصیت روغنکاری در حالت جامد دارند باعث بهبود خواص سطحی می شوند که باعث لغزش آسان روی سطوح پوشش داده می گردند. در سال های اخیر گونه ای از پوشش های نانوساختار که از فازهای فلزی و سرامیکی تشکیل شده اند، تولید گشته اند.
این پوشش ها معمولاًٌ با روش PVD یا MBE تولید می شوند. این پوشش ها به علت نانوساختار بودنشان و هموژنیته یکسان آن در طول پوشش به طور قابل توجهی چندکاره می باشند. این پوشش ها علاوه بر سختی بالا، ضریب اصطکاک پایین را دارا بوده و خواص هدایت الکتریکی یا حرارتی بالایی دارند. سختی آنها در حد 40 تا 60 گیگاپاسکال و ضریب اصطکاک آنها 4/0 – 3/0 در مقایسه با سطح فولاد می باشد.
برایان بورن و کنث گراهام کوان از شرکت MCDONNELL BOEHNEN HULBERT & BERGHOFF LLP با ترکیب 90% وزنی پودر تنگستن و 10% وزنی پودر بایندر (Binder) که بصورت هرمی شکل داده شده است ، موفق به تولید گلوله هایی((Jet perforator شده اند که برای مشبک سازی لوله های جداری مناسب هستند . این مواد ساختار کریستالی دارند که اندازه دانه هایشان بین 25 نانو متر تا 1 میکرون است.