alballo2007
عضو جدید
تعريف مواد هوشمند
معمولا عبارت "مواد هوشمند" را بدون تعريف دقيقي از آنچه مورد نظرمان است استفاده مي‌کنيم. از طرفي هم ارائه يک تعريف دقيق به طرز عجيبي دشوار است. استفاده گسترده‌اي از اين کلمه مي‌شود اما موافقتي کلي بر روي معناي آن وجود ندارد. اما ببينيم تعريف ناسا از مواد هوشمند چيست:
"مواد هوشمند موادي هستند که موقعيت‌ها را به خاطر مي‌سپارند و با
محرکهاي مشخص مي‌توانند به آن موقعيت باز گردند."
تعريف دايره المعارف تکنولوژيهاي شيميايي کمي جامع‌تر به نظر مي‌آيد:
"مواد و سازه‌هاي هوشمند، اشيائي هستند که شرايط محيطي را حس کرده
و با پردازش اين اطلاعات حسي نسبت به محيط عمل مي‌کنند."
هرچند که به نظر مي‌آيد اين دو تعريف به يک رفتار اشاره مي‌کنند اما مي‌توان آنها را از دو قطب مختلف دانست. تعريف اول به مواد طوري نگاه کرده است که در ذهن ما عناصر، آلياژها و ترکيبها را تداعي مي‌کند. چيزهايي که توسط ساختار مولکولي خود قابل شناسايي و اندازه‌گيري هستند. اما در تعريف دوم به مواد به صورت مجموعه‌اي از فعاليتها اشاره شده است. در واقع در تعريف دوم با مجموعه‌اي از مواد يا سيستمها سر و کار داريم و آن حالت قابل شناسايي و اندازه‌گيري بودن به آن وضوح نيست.
اما اگر بخواهيم مواد و تکنولوژيهاي هوشمند (شامل عناصر، مواد مرکب، سيستمها و ...) را با توجه به خصوصياتشان بشناسيم، اين خصوصيات را مي‌توان براي آنها نام برد:
• فوريت: به اين معنا که پاسخ آنها به صورت بلا درنگ (همزمان با تاثير محرک) است.
• سازگاري: به اين معنا که توانايي پاسخ به بيش از يک شرايط محيطي را دارا هستند.
• خود انگيزي: به اين معنا که اين هوشمندي در درون اين مواد است نه در بيرون آنها.
• گزينش پذيري: به اين معنا که پاسخ آنها مجزا و قابل پيش‌بيني است.
• مستقيمي: به اين معنا که پاسخ داده شده با تحريک وارده در يک مکان قرار دارند.
انواع مواد هوشمند
با توجه به تعاريف موجود مواد هوشمند را مي‌توان به دو دسته تقسيم کرد. در ادامه به خلاصه‌اي از خصوصيات اين مواد اشاره مي‌شود و در بخشهای بعدي به هريک به طور کاملتر مي‌پردازيم:
نوع اول
اين دسته از مواد در پاسخ به محرکهاي محيط خارجيشان در يک يا چند خصوصيت خود – شيميايي، الکتريکي، مکانيکي، مغناطيسي و گرمايي- تغيير ايجاد مي‌کنند. البته يک سيستم کنترل خارجي موجب اين تغييرات نيست و خود ماده مستقيما اين تغييرات را ايجاد مي‌کند. به عنوان مثالي که براي همه ما آشناست مي‌توان به عينکهاي فتوکروميک اشاره کرد که تحت تاثير اشعه ماوراء بنفش تغيير رنگ مي‌دهند. دو دسته از اين مواد در ادامه معرفي شده‌اند:
شکل 2: تغيير شفافيت عينکهاي فتوکروميک نسبت به ميزان نور دريافتي• ترموکروميک: موادي که تحت تاثير گرما در ساختارشان تغييراتي ايجاد مي‌شود و به علت تغيير در بازتابهاي آن رنگ متفاوتي از آن ديده مي‌شود.
• مواد با حافظه شکلي: اين مواد تواناي تغيير شکل تحت تاثير محرکهاي مختلف (مانند دماهاي مختلف) را دارا هستند. به عنوان مثال با افزايش دما تغيير شکل مي‌دهند و با بازگشت دما به مقدار اوليه شکل اصلي خود را مي‌يابند.
نوع دوم
اين دسته از مواد هوشمند شامل آنهايي است که انرژي را از نوعي به نوع ديگر تبديل مي‌کنند. نمونه‌اي که شايد با آن آشنا باشيد مواد پيزوالکتريک هستند که در پاسخ به محرک الکتريکي از خود حرکت مکانيکي نشان داد و در پاسخ به محرک مکانيکي الکتريسيته توليد مي‌کنند. دو نوع از اين مواد نيز در اينجا معرفي شده‌اند:
• مواد فتو ولتائيک (قدرت‌زاي نوري): اين مواد در پاسخ به محرک نور مرئي جريان الکتريکي ايجاد مي‌کنند.
• مواد ترمو الکتريک (دما برقي): اين مواد نيز در مقابل تغييرات دما توانايي توليد برق را دارند.
دسته‌بندي مواد
در اينجا قصد نداريم که به تقسيم‌بندي کلي مواد بپردازيم. بلکه مي‌خواهيم با ارائه يک نمودار مواد هوشمند را بهتر بشناسيم:
جدول 1: دسته‌بندی مواد و سيستمهای هوشمند
معمولا عبارت "مواد هوشمند" را بدون تعريف دقيقي از آنچه مورد نظرمان است استفاده مي‌کنيم. از طرفي هم ارائه يک تعريف دقيق به طرز عجيبي دشوار است. استفاده گسترده‌اي از اين کلمه مي‌شود اما موافقتي کلي بر روي معناي آن وجود ندارد. اما ببينيم تعريف ناسا از مواد هوشمند چيست:
"مواد هوشمند موادي هستند که موقعيت‌ها را به خاطر مي‌سپارند و با
محرکهاي مشخص مي‌توانند به آن موقعيت باز گردند."
تعريف دايره المعارف تکنولوژيهاي شيميايي کمي جامع‌تر به نظر مي‌آيد:
"مواد و سازه‌هاي هوشمند، اشيائي هستند که شرايط محيطي را حس کرده
و با پردازش اين اطلاعات حسي نسبت به محيط عمل مي‌کنند."
هرچند که به نظر مي‌آيد اين دو تعريف به يک رفتار اشاره مي‌کنند اما مي‌توان آنها را از دو قطب مختلف دانست. تعريف اول به مواد طوري نگاه کرده است که در ذهن ما عناصر، آلياژها و ترکيبها را تداعي مي‌کند. چيزهايي که توسط ساختار مولکولي خود قابل شناسايي و اندازه‌گيري هستند. اما در تعريف دوم به مواد به صورت مجموعه‌اي از فعاليتها اشاره شده است. در واقع در تعريف دوم با مجموعه‌اي از مواد يا سيستمها سر و کار داريم و آن حالت قابل شناسايي و اندازه‌گيري بودن به آن وضوح نيست.
اما اگر بخواهيم مواد و تکنولوژيهاي هوشمند (شامل عناصر، مواد مرکب، سيستمها و ...) را با توجه به خصوصياتشان بشناسيم، اين خصوصيات را مي‌توان براي آنها نام برد:
• فوريت: به اين معنا که پاسخ آنها به صورت بلا درنگ (همزمان با تاثير محرک) است.
• سازگاري: به اين معنا که توانايي پاسخ به بيش از يک شرايط محيطي را دارا هستند.
• خود انگيزي: به اين معنا که اين هوشمندي در درون اين مواد است نه در بيرون آنها.
• گزينش پذيري: به اين معنا که پاسخ آنها مجزا و قابل پيش‌بيني است.
• مستقيمي: به اين معنا که پاسخ داده شده با تحريک وارده در يک مکان قرار دارند.
انواع مواد هوشمند
با توجه به تعاريف موجود مواد هوشمند را مي‌توان به دو دسته تقسيم کرد. در ادامه به خلاصه‌اي از خصوصيات اين مواد اشاره مي‌شود و در بخشهای بعدي به هريک به طور کاملتر مي‌پردازيم:
نوع اول
اين دسته از مواد در پاسخ به محرکهاي محيط خارجيشان در يک يا چند خصوصيت خود – شيميايي، الکتريکي، مکانيکي، مغناطيسي و گرمايي- تغيير ايجاد مي‌کنند. البته يک سيستم کنترل خارجي موجب اين تغييرات نيست و خود ماده مستقيما اين تغييرات را ايجاد مي‌کند. به عنوان مثالي که براي همه ما آشناست مي‌توان به عينکهاي فتوکروميک اشاره کرد که تحت تاثير اشعه ماوراء بنفش تغيير رنگ مي‌دهند. دو دسته از اين مواد در ادامه معرفي شده‌اند:
شکل 2: تغيير شفافيت عينکهاي فتوکروميک نسبت به ميزان نور دريافتي
• مواد با حافظه شکلي: اين مواد تواناي تغيير شکل تحت تاثير محرکهاي مختلف (مانند دماهاي مختلف) را دارا هستند. به عنوان مثال با افزايش دما تغيير شکل مي‌دهند و با بازگشت دما به مقدار اوليه شکل اصلي خود را مي‌يابند.
نوع دوم
اين دسته از مواد هوشمند شامل آنهايي است که انرژي را از نوعي به نوع ديگر تبديل مي‌کنند. نمونه‌اي که شايد با آن آشنا باشيد مواد پيزوالکتريک هستند که در پاسخ به محرک الکتريکي از خود حرکت مکانيکي نشان داد و در پاسخ به محرک مکانيکي الکتريسيته توليد مي‌کنند. دو نوع از اين مواد نيز در اينجا معرفي شده‌اند:
• مواد فتو ولتائيک (قدرت‌زاي نوري): اين مواد در پاسخ به محرک نور مرئي جريان الکتريکي ايجاد مي‌کنند.
• مواد ترمو الکتريک (دما برقي): اين مواد نيز در مقابل تغييرات دما توانايي توليد برق را دارند.
دسته‌بندي مواد
در اينجا قصد نداريم که به تقسيم‌بندي کلي مواد بپردازيم. بلکه مي‌خواهيم با ارائه يک نمودار مواد هوشمند را بهتر بشناسيم:
جدول 1: دسته‌بندی مواد و سيستمهای هوشمند
