آيندة سراميك از ديدگاه رئيس انجمن سراميك آمريكا
شناخت آيندة تكنولوژي, يكي از مباحث مهم در مديريت كلان تكنولوژي است كه كمك زيادي به برنامهريزيهاي آينده ميكند. دكتر هاوسمن رئيس انجمن سراميك آمريكا، در متن زير به ترسيم آيندة تكنولوژي سراميك پرداخته است:
آينده سراميك چيست؟
به راستي اين پرسشي است كه همگان ميپرسند. چه كسي 50 سال پيش ميتوانست تاثير كامپيوترها را پيشبيني كند؟ كامپيوترهاي شخصي بر نحوه تجارت، طريقه ارتباطات و زندگي شخصي ما تاثير گذاشتهاند؛ بر فرآيند توليد در تمامي مسير آن، از مواد اوليه و فرمولاسيون گرفته تا خشككنهاي پيچيده و كنترل كوره و همچنين بر روشها و تكنيكهاي علمي مورد استفاده اثر دارند. در تحقيقات نيز كامپيوترها به همراه اينترنت روشهاي جديد و جالبي براي دستيابي و پردازش اطلاعات به وجود آوردهاند.
ما ميتوانيم مطمئن باشيم كه آينده تكنولوژي مواد مهيج خواهد بود و در تكنولوژي سراميك، پيشرفتهاي همه‌جانبهاي صورت خواهد گرفت. اين پيشرفتها ميتوانند در زمينه بهبود مواد اوليه و روشهاي جديد و بهبوديافته پردازش آنها و تكنيكهاي تعيين ويژگيها و آزمايشات باشند. اين به معناي دستيابي به مواد سراميكي جديد با خواص و كاربردهاي منحصر به فرد ميباشد؛ خواصي كه در حال حاضر ناممكن به نظر ميرسند.
در زير زمينههايي آورده شدهاند كه ما مطمئنيم در آينده نزديك راجع به پيشرفتهاي آنها بسيار خواهيم شنيد.
1- نانوتكنولوژي و سراميك
به نظر ميرسد كه نانوتكنولوژي در سراميكهاي پيشرفته آينده نقش داشته باشد. در طي دو دهة اخير، نانومواد باعث انفجاري در زمينههاي علمي و صنعتي شده است و اين قابليت را دارد كه انقلاب ديگري در مواد ايجاد كند. توجه به نانومواد به دليل ويژگيهاي منحصر به فردي است كه با اين مواد ميتوان به آنها دست يافت و همچنين كاربردهاي جالبي كه از اين ويژگيها به دست ميآيند. تقويت خواص الكتريكي، مغناطيسي و نوري در مورد اين مواد گزارش شده است.
اين ويژگيهاي بهبوديافته در مقايسه با ويژگيهاي مواد سنتي، دري را به روي كاربردهاي بسياري ميگشايند. برخي از كاربردهاي فعلي اين مواد در سايندهها، كاتاليستها، پوششها، ضبطكنندههاي مغناطيسي، غشاها، ضدآفتابها، چسبها، عوامل كنتراست MRI و تقويت كننده‌ها و پركننده‌ها در مواد كامپوزيتي ميباشد.
به احتمال زياد نانومواد كاربردهايي در بيومواد، ابزار برش، حسگرهاي گاز، پيلهاي سوختي اكسيد جامد، سراميكهاي ساختاري، لايههاي ضخيم، پوششهاي ضدسايش و فيلمهاي عملگر شفاف خواهند داشت.
توجه اخير به اين زمينه، در گردهمايي سالانه انجمن سراميك آمريكا در سال 2001 مشهود بود كه در آن سمپوزيوم، 79 مقاله به اين تكنولوژي اختصاص داده شده بود. به دليل كارآييهاي نانوتكنولوژي، مؤسسه علوم ملي و انجمن تكنولوژي آمريكا، سال گذشته مؤسسه نانوتكنولوژي ملي را تأسيس كردند. اين مؤسسه 495 ميليون دلار از بودجه سال 2001 را به خود اختصاص داد.
شركتهاي بسياري در حال تلاش هستند تا محصولات نانوساختاري را به طور تجاري به بازارهاي جديد عرضه كنند. در حال حاضر كشورهاي آمريكا ، ژاپن و آلمان براي تجاري كردن نانوتكنولوژي فعاليت ميكنند. همچنين 50 شركت آمريكايي نيز در حال تلاش براي توسعه و توليد مواد نانوساختاري هستند.
2- بيوسراميكها
بيوسراميكها كاربردهاي بسياري در بدن از جمله لگن، شانه، زانو، تعمير استخوانهاي آسيب ديده، درمان بيماريها و كاشتهاي دنداني خواهند داشت. اروپا كه سيستم قانوني دولت آن كمتر محافظهكار است، تحقيقات كلينيكي بيشتري در اين زمينه در مقايسه با آمريكا انجام داده است. در كشور آمريكا توجه بسياري به بيوسراميكها در دهة اخير شده است. به عنوان نمونه FDA اخيراً يك كاشت زانويي با پوشش سراميكي را به جاي كاشتهاي زانويي كبالت- كرومي معرفي كرده است.
در يك پيشرفت جديد ديگر، مطالعات كلينيكي بر روي زانوي سراميكي ديگري انجام گرفته است كه اين زانو ميتواند كاملاً جايگزين زانوي انسان شود. اين زانوي سراميكي از اكسيد زيركونيم ساخته شده است. انگيزه ساخت زانوي سراميكي، به دليل سايش پليمرها به هنگامي است كه فلزات سنتي مورد استفاده در زانوي مصنوعي با پلي‌اتيلن تيبيال، مفصلدار ميشوند. با شبيهسازيهاي آزمايشگاهي نشان داده شده است كه زانوي زيركونيايي، 25 درصد سايش كمتري از زانوهاي فلز/ پلي اتيلن دارد.
در حال حاضر ميكروسفرهاي شيشهاي راديو اكتيو در كانادا و هنگكنگ براي درمان سرطان كبد استفاده ميشوند. اين روش مزاياي بسيار مهمي به پزشكان در مبارزه با سرطان ميدهد، به اين صورت كه تشعشع را مستقيماً به درون تومور ميرسانند. اين نوع تشعشع بين پنج تا هفت مرتبه قويتر از تشعشاتي است كه از بيرون تابانده ميشوند و هيچ نوع اثرات جانبي يا ناراحتي ندارد. اين روش به زودي در آمريكا ، اروپا و چين نيز پذيرفته خواهد شد. كاربرد اين ميكروسفرهاي شيشهاي براي درمان سرطان كبد و تومورهاي مغزي نيز مورد مطالعه است و نوع تضعيف شده آن براي درمان آرتريت روماتوييد مورد ارزيابي قرار دارد.
3- پيلهاي سوختي و سراميك
پيلهاي سوختي، تكنولوژي تميز با آلودگي پايين و راندمان بالا براي توليد الكتروشيميايي الكتريسته از سوخت هيدروكربني ميباشند. اخيراً پيلهاي سوختي توجه بسيار زيادي را در جامعه فني به خود جلب كردهاند. همچنين تمايل بسياري به سرمايهگذاري روي آنها وجود دارد. گزارش شده است كه در سال 2000، پيلهاي سوختي از لحاظ شهرت در مرتبه دوم قرار داشتهاند.
كارآيي پيلهاي سوختي در پايگاههاي توليد نيروي (برق)، حمل و نقل و توليد برق ارتش ميباشد. دو پيل سوختي مختلف كه بررسي شدهاند، پيلهاي سوختي سراميكي دما بالا (كه به پيلهاي سوختي اكسيد جامد يا SOFC معروفند) و پيلهاي سوختي الكتروليت پليمري (PEM) ميباشند. اگر چه PEM ها معمولاً بهترين كانديد براي كاربردهاي خودروسازي هستند، SOFCها نسبت بهPEMها برتريهايي دارند. از جمله برتري‌هاي آنها، قابليت استفاده از مونوكسيدكربن به همراه هيدرژن به عنوان سوخت است. همچنين به دليل دماي كاركرد بالاتر sofcها (C 10000-800)، سوختهاي هيدروكربني ميتوانند بر روي پيل يا درون آن اصلاح شوند، بدون اينكه لازم باشد از اصلاح كنندههاي جداگانه استفاده كنيم. SOFCها نياز به كاتاليستهاي گرانقيمت از جنس فلزات نجيب ندارند. مزاياي ديگر SOFCها راندمان بالا (60 درصد در كاربردهاي ثابت و 40 درصد در كاربردهاي متحرك)، قابليت اطمينان، تشكيل واحد و ميزان خروج بسيار پايين Nox و Sox ميباشد.
دو طراحي فعلي براي SOFCها، دو نوع تيوپي و صفحهاي ميباشند كه تحت تحقيق و بررسي قرار دارند. طرح صفحهاي برتريهايي مانند دانسيته و قدرت بالاتر، دانسيته نيروي حجمي بالاتر و هزينه پايينتر توليد دارد. عيب طرح صفحهاي، نياز آن به آببنديهاي دما بالا است. موارد ديگري كه هنوز براي استفاده گسترده SOFC ها بايد با آنها مقابله كنيم، هزينه توليد، زمان شروع به كار، سيكل‌پذيري حرارتي و مقاومت در برابر شوك حرارتي ميباشند.
4- كاربردهاي ميكروالكترونيكي سراميكها
در آينده، سراميكها باز هم در كاربردهاي ميكروالكترونيكي نقش خواهند داشت. مزاياي پايههاي سراميكي درون اتصالي مانند ثبات خواص الكتريكي، نشر حرارتي بالا، قدرت تكنيك بالا، خطوط هدايت كاملاً واضح و قابليت سوار كردن اجزاي كنشپذير، آنها را براي استفاده در قطعات الكترونيكي ايدهآل ميسازد. برخي از كاربردهاي اين مواد در تلفنهاي همراه، پيجرها، سيستمهاي ترمز ضد قفل شونده، كنترل‌كنندههاي موتور خودرو، باتري قلب و دوربينهاي ديجيتالي ميباشد.
در حال حاضر تكنولوژي پايههاي سراميكي درون‌اتصالي گوناگون به صورت زير تقسيم بندي شده است:
- پايهها
- تكنولوژي فيلمهاي ضخيم
- سراميكهاي هم پخت شده دما بالا و دما پايين (HTCC، LTCC)
- تكنولوژي فيلمهاي نازك
- انواع تكنولوژيهاي اعمال مس روي سراميك.
در كاربردهاي ديجيتالي، هنگامي كه اندازه تراشهها كوچكتر ميشود، با سرعتهاي بيشتري عمل ميكنند و نشر حرارتي بيشتري دارند. اين تكنولوژي با استفاده از موادي با ثابت ديالكتريك كمتر پاسخ داده است و قابليت نشر حرارتي را بهبود ميبخشد. نياز به بهبود عمليات آنالوگ و توجه به نيازمنديهاي كاربردهاي بي سيم/ فركانس راديويي ما را به سمت مواد عايق بهبود يافته با اتلاف ديالكتريك پايين(Qبالا) هدايت كرده است.
تكنولوژيهاي پايههاي سراميكي درون‌اتصالي، زمان رسيدن به بازار را كاهش ميدهد كه از اهميت شديدي برخوردار است. در آينده، افزايش بيشتر كارآيي و تراكم بيشتر اجزا نيز مورد نياز خواهد بود. اين امر توسط پيشرفت قدرت تفكيك و ساختارهاي چندلايهاي درون‌اتصالي با آرايش سري يا موازي به دست ميآيد. هنگامي كه بيشتر تكنولوژي درون‌اتصالي مناسب در مرحله تعريف شده باشد، اين كارايي افزايش يافته و باعث كاهش هزينهها ميگردد.
5- كامپوزيتهاي زمينه سراميكي
ناحيه ديگر كاربرد آتي سراميكها، در كامپوزيتهاي سراميكي (CMC) ميباشد. صنعت نياز شديدي به موادي دارد كه سبك، محكم و مقاوم در برابر خوردگي مكانيكي باشند و قابليت عملكرد در محيطهاي دما بالا را داشته باشند. دفتر تكنولوژيهاي صنعتي وزارت انرژي آمريكا، برنامهاي را آغاز كرده است كه برنامه كامپوزيتهاي داراي فيبرهاي سراميكي پيوسته(CFCC) ناميده ميشود. هدف از انجام اين كار مشترك ميان صنعت، آزمايشگاههاي ملي، دانشگاهها و دولت، ارتقاي روشهاي پردازش مواد كامپوزيتي سراميكي قابل اعتماد و ارزان ميباشد.
كارايي اين مواد در مشعلهاي تشعشعي متخلخل، *****هاي گاز داغ، مشعلهاي تشعشعي تيوپي شكل و جدارههاي توربينهاي گازي احتراقي مورد بررسي قرار گرفته است. CFCCهاي به كار رفته در اين كاربردها مزاياي مهمي در زمينه انرژي، محيط زيست و اقتصاد فراهم خواهند كرد.
خيليها عقيده دارند كه CMCها علاوه بر كاربردهاي صنعتي، در نسل بعدي سفينههاي فضايي و وسايل نقليه فضايي نيز بسيار ضروري خواهند بود. مواد مصرفي فعلي در محيطهاي احتراقي معمولاً فلزات شديداً سرمايش يافته يا فلزات ديرگداز ميباشند. CMCها، جايگزين سبكي براي خيلي از مواد مصرفي امروزي ميباشند. برخي موانعي كه بايد براي كاربرد گسترده CMCها بر آن غلبه كنيم، هزينه الياف (معمولاً الياف غير اكسيدي) و هزينه توليد ميباشند (توليد سريعتر و هزينه كمتر).
6- ابر رسانا‌هاي دما بالا
اگر چه از هنگام كشف ابر رسانا‌هاي دما بالا(HTS) در سال 1986، پيشرفت در اين زمينه رشد آهستهتري نسبت به قبل داشته است. در پنج سال اخير رشدي در زمينه بهبود خواص اين مواد ديده شده و توسعه آنها گزارش شده است. بر طبق يك احتمال انتظار ميرود كه بازار HTS در سال 2002 به 62 ميليون دلار برسد.
HTS ميتواند سرعت ارتباطات را ترقي بخشد. با كنار هم قرار دادن تكنولوژي ديجيتال ابر رساناها و فيبر نوري، ظرفيت و كارآيي آينده شبكهها با سرعت فوق‌العاده بالا از طريق الكترونيكهاي نيمههادي سرمايشيافته افزايش خواهد يافت و ارتباطات بلادرنگ و كاربردهاي چندرسانااي امكان پذير خواهند شد.
نياز به الكتريسيته، پيوسته افزايش خواهد يافت و انتظار ميرود كه تا سال 2030 دو برابر شود. احتمالاً استفاده از مواد HTS به منظور افزايش راندمان و هزينههاي كمتر حياتي خواهد شد؛ چون سيمهاي HTS، الكتريسيته را تقريباً بدون هيچ گونه اتلافي عبور ميدهند. در صنعت برق ميتوان از چنين سيمهايي براي توليد سيمپيچها، هاديها، ماشينها و وسايل برقي با راندمان بسيار بالا استفاده كرد. استفاده از HTS در اين كاربردها ميتواند ميلياردها دلار در هزينه انرژي صرفهجويي كند و با كاهش ميزان سوخت در توليد الكتريسته به محيط زيست كمك كند. در آينده مدارهايي كه از مواد ابر رساناي دما بالا استفاده ميكنند، سرعت پردازش كامپيوترها را ترقي داده و اتلاف مقاومتي را در كنترل‌كنندههاي موتور كاهش ميدهند.
محققين دانشگاه Aoyama Gakuin توكيوي ژاپن اخيراً كشف كردهاند كه بوريد منيزيم در دماي k 39 ابررسانا است. با وجود اينكه اين دما در HTS دماي پاييني است، از دمايي كه بيشتر در تركيبات نسبتاً ساده و موجود مشاهده شده بيشتر است و تقريباً دو برابر هر مادة ابررساناي فلزي است. بايد ديد كه مواد جديدي كه كشف خواهند شد، چه موادي خواهند بود و دماي بحراني آنها به چه حدي ميرسد.
7- زمينههاي ديگر كاربرد سراميك
تكنولوژيهاي ديگري كه سراميكها در آينده در آنها نقش خواهند داشت، دستگاههاي ميكروالكترومكانيكي(MEMS), سيستمهاي هوشمند با استفاده از مواد سراميكي( يعني پيزو سراميكها) و الگوسازيهاي اوليه سريع خواهند بود. در زمينه MEMS, سراميكهاي چگالي پايين با استحكام مكانيكي بالا، خنثايي شيميايي، مقاومت در برابر خوردگي مكانيكي و ضريب اصطكاك كم بسيار مناسب هستند.
اگر بخواهيم بيشتر راجع به آينده فكر كنيم، احتمال وجود كامپيوترهاي سريعتري ميرود كه بر پايه سيستم دوتايي صفر و يك نيستند. اين كامپيوترها در سطح اتمي عمل خواهند كرد و به جاي المانهاي نيمههادي، داراي نقاط كوانتومي به عنوان واحد مدارشان خواهند بود.
در زمينه آموزش علم سراميك و مهندسي آن، نميتوان آينده را به راحتي پيشبيني كرد، به خصوص هنگامي كه به روند تكامل آن از صد سال پيش مينگريم. اميدواريم كه مهندسي سراميك تنها در برنامهريزيهاي موادي ادغام نشود. هنگامي كه ميبينيم مواد سراميكي چه نقشي دارند و در آينده چگونه نقش خواهند داشت، بدون شك از دست دادن مهندسي سراميك موجب زيان صنعت و جامعه خواهد بود. امروزه آموزش مكاتبهاي در حال اجرا است و بيشك در آينده در هر نظامي نقش خواهد داشت. واحدهاي درسي بسياري از مدارس حرفهاي و دانشگاهها از طريق اينترنت قابل دسترسي هستند. حتي مؤسسه تكنولوژي ماساچوست اعلام كرده است كه اين مدرسه مواد درسي لازم براي همه واحدهاي درسي را به طور رايگان از طريق اينترنت ارايه خواهد كرد. اين يك برنامه ده‌ساله است و اين موسسه سالي 7.5 تا 10 ميليون دلار خرج خواهد كرد تا به اين هدف دست يابد. به طور يقين، اين روند شتاب پيدا خواهد كرد.
انجمن سراميك آمريكا مفتخر است كه در بسياري از پيشرفتهاي تكنولوژي سراميك به مدت بيش از 100 سال نقش داشته است. بخشي از شبكه جهاني اين انجمن به آينده سراميكها اختصاص داده شده است و برنامهريزيهاي چندگانهاي براي صنعت(مصرف كننده نهايي سراميك)، دانشآموزان پيش دانشگاهي، جامعه و مطبوعات در دست اجرا دارد
نويسنده: حسين صالحي وزيري
شناخت آيندة تكنولوژي, يكي از مباحث مهم در مديريت كلان تكنولوژي است كه كمك زيادي به برنامهريزيهاي آينده ميكند. دكتر هاوسمن رئيس انجمن سراميك آمريكا، در متن زير به ترسيم آيندة تكنولوژي سراميك پرداخته است:
آينده سراميك چيست؟
1- نانوتكنولوژي و سراميك
به نظر ميرسد كه نانوتكنولوژي در سراميكهاي پيشرفته آينده نقش داشته باشد. در طي دو دهة اخير، نانومواد باعث انفجاري در زمينههاي علمي و صنعتي شده است و اين قابليت را دارد كه انقلاب ديگري در مواد ايجاد كند. توجه به نانومواد به دليل ويژگيهاي منحصر به فردي است كه با اين مواد ميتوان به آنها دست يافت و همچنين كاربردهاي جالبي كه از اين ويژگيها به دست ميآيند. تقويت خواص الكتريكي، مغناطيسي و نوري در مورد اين مواد گزارش شده است.
اين ويژگيهاي بهبوديافته در مقايسه با ويژگيهاي مواد سنتي، دري را به روي كاربردهاي بسياري ميگشايند. برخي از كاربردهاي فعلي اين مواد در سايندهها، كاتاليستها، پوششها، ضبطكنندههاي مغناطيسي، غشاها، ضدآفتابها، چسبها، عوامل كنتراست MRI و تقويت كننده‌ها و پركننده‌ها در مواد كامپوزيتي ميباشد.
به احتمال زياد نانومواد كاربردهايي در بيومواد، ابزار برش، حسگرهاي گاز، پيلهاي سوختي اكسيد جامد، سراميكهاي ساختاري، لايههاي ضخيم، پوششهاي ضدسايش و فيلمهاي عملگر شفاف خواهند داشت.
توجه اخير به اين زمينه، در گردهمايي سالانه انجمن سراميك آمريكا در سال 2001 مشهود بود كه در آن سمپوزيوم، 79 مقاله به اين تكنولوژي اختصاص داده شده بود. به دليل كارآييهاي نانوتكنولوژي، مؤسسه علوم ملي و انجمن تكنولوژي آمريكا، سال گذشته مؤسسه نانوتكنولوژي ملي را تأسيس كردند. اين مؤسسه 495 ميليون دلار از بودجه سال 2001 را به خود اختصاص داد.
شركتهاي بسياري در حال تلاش هستند تا محصولات نانوساختاري را به طور تجاري به بازارهاي جديد عرضه كنند. در حال حاضر كشورهاي آمريكا ، ژاپن و آلمان براي تجاري كردن نانوتكنولوژي فعاليت ميكنند. همچنين 50 شركت آمريكايي نيز در حال تلاش براي توسعه و توليد مواد نانوساختاري هستند.
2- بيوسراميكها
بيوسراميكها كاربردهاي بسياري در بدن از جمله لگن، شانه، زانو، تعمير استخوانهاي آسيب ديده، درمان بيماريها و كاشتهاي دنداني خواهند داشت. اروپا كه سيستم قانوني دولت آن كمتر محافظهكار است، تحقيقات كلينيكي بيشتري در اين زمينه در مقايسه با آمريكا انجام داده است. در كشور آمريكا توجه بسياري به بيوسراميكها در دهة اخير شده است. به عنوان نمونه FDA اخيراً يك كاشت زانويي با پوشش سراميكي را به جاي كاشتهاي زانويي كبالت- كرومي معرفي كرده است.
در يك پيشرفت جديد ديگر، مطالعات كلينيكي بر روي زانوي سراميكي ديگري انجام گرفته است كه اين زانو ميتواند كاملاً جايگزين زانوي انسان شود. اين زانوي سراميكي از اكسيد زيركونيم ساخته شده است. انگيزه ساخت زانوي سراميكي، به دليل سايش پليمرها به هنگامي است كه فلزات سنتي مورد استفاده در زانوي مصنوعي با پلي‌اتيلن تيبيال، مفصلدار ميشوند. با شبيهسازيهاي آزمايشگاهي نشان داده شده است كه زانوي زيركونيايي، 25 درصد سايش كمتري از زانوهاي فلز/ پلي اتيلن دارد.
در حال حاضر ميكروسفرهاي شيشهاي راديو اكتيو در كانادا و هنگكنگ براي درمان سرطان كبد استفاده ميشوند. اين روش مزاياي بسيار مهمي به پزشكان در مبارزه با سرطان ميدهد، به اين صورت كه تشعشع را مستقيماً به درون تومور ميرسانند. اين نوع تشعشع بين پنج تا هفت مرتبه قويتر از تشعشاتي است كه از بيرون تابانده ميشوند و هيچ نوع اثرات جانبي يا ناراحتي ندارد. اين روش به زودي در آمريكا ، اروپا و چين نيز پذيرفته خواهد شد. كاربرد اين ميكروسفرهاي شيشهاي براي درمان سرطان كبد و تومورهاي مغزي نيز مورد مطالعه است و نوع تضعيف شده آن براي درمان آرتريت روماتوييد مورد ارزيابي قرار دارد.
3- پيلهاي سوختي و سراميك
پيلهاي سوختي، تكنولوژي تميز با آلودگي پايين و راندمان بالا براي توليد الكتروشيميايي الكتريسته از سوخت هيدروكربني ميباشند. اخيراً پيلهاي سوختي توجه بسيار زيادي را در جامعه فني به خود جلب كردهاند. همچنين تمايل بسياري به سرمايهگذاري روي آنها وجود دارد. گزارش شده است كه در سال 2000، پيلهاي سوختي از لحاظ شهرت در مرتبه دوم قرار داشتهاند.
كارآيي پيلهاي سوختي در پايگاههاي توليد نيروي (برق)، حمل و نقل و توليد برق ارتش ميباشد. دو پيل سوختي مختلف كه بررسي شدهاند، پيلهاي سوختي سراميكي دما بالا (كه به پيلهاي سوختي اكسيد جامد يا SOFC معروفند) و پيلهاي سوختي الكتروليت پليمري (PEM) ميباشند. اگر چه PEM ها معمولاً بهترين كانديد براي كاربردهاي خودروسازي هستند، SOFCها نسبت بهPEMها برتريهايي دارند. از جمله برتري‌هاي آنها، قابليت استفاده از مونوكسيدكربن به همراه هيدرژن به عنوان سوخت است. همچنين به دليل دماي كاركرد بالاتر sofcها (C 10000-800)، سوختهاي هيدروكربني ميتوانند بر روي پيل يا درون آن اصلاح شوند، بدون اينكه لازم باشد از اصلاح كنندههاي جداگانه استفاده كنيم. SOFCها نياز به كاتاليستهاي گرانقيمت از جنس فلزات نجيب ندارند. مزاياي ديگر SOFCها راندمان بالا (60 درصد در كاربردهاي ثابت و 40 درصد در كاربردهاي متحرك)، قابليت اطمينان، تشكيل واحد و ميزان خروج بسيار پايين Nox و Sox ميباشد.
دو طراحي فعلي براي SOFCها، دو نوع تيوپي و صفحهاي ميباشند كه تحت تحقيق و بررسي قرار دارند. طرح صفحهاي برتريهايي مانند دانسيته و قدرت بالاتر، دانسيته نيروي حجمي بالاتر و هزينه پايينتر توليد دارد. عيب طرح صفحهاي، نياز آن به آببنديهاي دما بالا است. موارد ديگري كه هنوز براي استفاده گسترده SOFC ها بايد با آنها مقابله كنيم، هزينه توليد، زمان شروع به كار، سيكل‌پذيري حرارتي و مقاومت در برابر شوك حرارتي ميباشند.
4- كاربردهاي ميكروالكترونيكي سراميكها
در آينده، سراميكها باز هم در كاربردهاي ميكروالكترونيكي نقش خواهند داشت. مزاياي پايههاي سراميكي درون اتصالي مانند ثبات خواص الكتريكي، نشر حرارتي بالا، قدرت تكنيك بالا، خطوط هدايت كاملاً واضح و قابليت سوار كردن اجزاي كنشپذير، آنها را براي استفاده در قطعات الكترونيكي ايدهآل ميسازد. برخي از كاربردهاي اين مواد در تلفنهاي همراه، پيجرها، سيستمهاي ترمز ضد قفل شونده، كنترل‌كنندههاي موتور خودرو، باتري قلب و دوربينهاي ديجيتالي ميباشد.
در حال حاضر تكنولوژي پايههاي سراميكي درون‌اتصالي گوناگون به صورت زير تقسيم بندي شده است:
- پايهها
- تكنولوژي فيلمهاي ضخيم
- سراميكهاي هم پخت شده دما بالا و دما پايين (HTCC، LTCC)
- تكنولوژي فيلمهاي نازك
- انواع تكنولوژيهاي اعمال مس روي سراميك.
در كاربردهاي ديجيتالي، هنگامي كه اندازه تراشهها كوچكتر ميشود، با سرعتهاي بيشتري عمل ميكنند و نشر حرارتي بيشتري دارند. اين تكنولوژي با استفاده از موادي با ثابت ديالكتريك كمتر پاسخ داده است و قابليت نشر حرارتي را بهبود ميبخشد. نياز به بهبود عمليات آنالوگ و توجه به نيازمنديهاي كاربردهاي بي سيم/ فركانس راديويي ما را به سمت مواد عايق بهبود يافته با اتلاف ديالكتريك پايين(Qبالا) هدايت كرده است.
تكنولوژيهاي پايههاي سراميكي درون‌اتصالي، زمان رسيدن به بازار را كاهش ميدهد كه از اهميت شديدي برخوردار است. در آينده، افزايش بيشتر كارآيي و تراكم بيشتر اجزا نيز مورد نياز خواهد بود. اين امر توسط پيشرفت قدرت تفكيك و ساختارهاي چندلايهاي درون‌اتصالي با آرايش سري يا موازي به دست ميآيد. هنگامي كه بيشتر تكنولوژي درون‌اتصالي مناسب در مرحله تعريف شده باشد، اين كارايي افزايش يافته و باعث كاهش هزينهها ميگردد.
5- كامپوزيتهاي زمينه سراميكي
ناحيه ديگر كاربرد آتي سراميكها، در كامپوزيتهاي سراميكي (CMC) ميباشد. صنعت نياز شديدي به موادي دارد كه سبك، محكم و مقاوم در برابر خوردگي مكانيكي باشند و قابليت عملكرد در محيطهاي دما بالا را داشته باشند. دفتر تكنولوژيهاي صنعتي وزارت انرژي آمريكا، برنامهاي را آغاز كرده است كه برنامه كامپوزيتهاي داراي فيبرهاي سراميكي پيوسته(CFCC) ناميده ميشود. هدف از انجام اين كار مشترك ميان صنعت، آزمايشگاههاي ملي، دانشگاهها و دولت، ارتقاي روشهاي پردازش مواد كامپوزيتي سراميكي قابل اعتماد و ارزان ميباشد.
كارايي اين مواد در مشعلهاي تشعشعي متخلخل، *****هاي گاز داغ، مشعلهاي تشعشعي تيوپي شكل و جدارههاي توربينهاي گازي احتراقي مورد بررسي قرار گرفته است. CFCCهاي به كار رفته در اين كاربردها مزاياي مهمي در زمينه انرژي، محيط زيست و اقتصاد فراهم خواهند كرد.
خيليها عقيده دارند كه CMCها علاوه بر كاربردهاي صنعتي، در نسل بعدي سفينههاي فضايي و وسايل نقليه فضايي نيز بسيار ضروري خواهند بود. مواد مصرفي فعلي در محيطهاي احتراقي معمولاً فلزات شديداً سرمايش يافته يا فلزات ديرگداز ميباشند. CMCها، جايگزين سبكي براي خيلي از مواد مصرفي امروزي ميباشند. برخي موانعي كه بايد براي كاربرد گسترده CMCها بر آن غلبه كنيم، هزينه الياف (معمولاً الياف غير اكسيدي) و هزينه توليد ميباشند (توليد سريعتر و هزينه كمتر).
6- ابر رسانا‌هاي دما بالا
اگر چه از هنگام كشف ابر رسانا‌هاي دما بالا(HTS) در سال 1986، پيشرفت در اين زمينه رشد آهستهتري نسبت به قبل داشته است. در پنج سال اخير رشدي در زمينه بهبود خواص اين مواد ديده شده و توسعه آنها گزارش شده است. بر طبق يك احتمال انتظار ميرود كه بازار HTS در سال 2002 به 62 ميليون دلار برسد.
HTS ميتواند سرعت ارتباطات را ترقي بخشد. با كنار هم قرار دادن تكنولوژي ديجيتال ابر رساناها و فيبر نوري، ظرفيت و كارآيي آينده شبكهها با سرعت فوق‌العاده بالا از طريق الكترونيكهاي نيمههادي سرمايشيافته افزايش خواهد يافت و ارتباطات بلادرنگ و كاربردهاي چندرسانااي امكان پذير خواهند شد.
نياز به الكتريسيته، پيوسته افزايش خواهد يافت و انتظار ميرود كه تا سال 2030 دو برابر شود. احتمالاً استفاده از مواد HTS به منظور افزايش راندمان و هزينههاي كمتر حياتي خواهد شد؛ چون سيمهاي HTS، الكتريسيته را تقريباً بدون هيچ گونه اتلافي عبور ميدهند. در صنعت برق ميتوان از چنين سيمهايي براي توليد سيمپيچها، هاديها، ماشينها و وسايل برقي با راندمان بسيار بالا استفاده كرد. استفاده از HTS در اين كاربردها ميتواند ميلياردها دلار در هزينه انرژي صرفهجويي كند و با كاهش ميزان سوخت در توليد الكتريسته به محيط زيست كمك كند. در آينده مدارهايي كه از مواد ابر رساناي دما بالا استفاده ميكنند، سرعت پردازش كامپيوترها را ترقي داده و اتلاف مقاومتي را در كنترل‌كنندههاي موتور كاهش ميدهند.
محققين دانشگاه Aoyama Gakuin توكيوي ژاپن اخيراً كشف كردهاند كه بوريد منيزيم در دماي k 39 ابررسانا است. با وجود اينكه اين دما در HTS دماي پاييني است، از دمايي كه بيشتر در تركيبات نسبتاً ساده و موجود مشاهده شده بيشتر است و تقريباً دو برابر هر مادة ابررساناي فلزي است. بايد ديد كه مواد جديدي كه كشف خواهند شد، چه موادي خواهند بود و دماي بحراني آنها به چه حدي ميرسد.
7- زمينههاي ديگر كاربرد سراميك
تكنولوژيهاي ديگري كه سراميكها در آينده در آنها نقش خواهند داشت، دستگاههاي ميكروالكترومكانيكي(MEMS), سيستمهاي هوشمند با استفاده از مواد سراميكي( يعني پيزو سراميكها) و الگوسازيهاي اوليه سريع خواهند بود. در زمينه MEMS, سراميكهاي چگالي پايين با استحكام مكانيكي بالا، خنثايي شيميايي، مقاومت در برابر خوردگي مكانيكي و ضريب اصطكاك كم بسيار مناسب هستند.
اگر بخواهيم بيشتر راجع به آينده فكر كنيم، احتمال وجود كامپيوترهاي سريعتري ميرود كه بر پايه سيستم دوتايي صفر و يك نيستند. اين كامپيوترها در سطح اتمي عمل خواهند كرد و به جاي المانهاي نيمههادي، داراي نقاط كوانتومي به عنوان واحد مدارشان خواهند بود.
در زمينه آموزش علم سراميك و مهندسي آن، نميتوان آينده را به راحتي پيشبيني كرد، به خصوص هنگامي كه به روند تكامل آن از صد سال پيش مينگريم. اميدواريم كه مهندسي سراميك تنها در برنامهريزيهاي موادي ادغام نشود. هنگامي كه ميبينيم مواد سراميكي چه نقشي دارند و در آينده چگونه نقش خواهند داشت، بدون شك از دست دادن مهندسي سراميك موجب زيان صنعت و جامعه خواهد بود. امروزه آموزش مكاتبهاي در حال اجرا است و بيشك در آينده در هر نظامي نقش خواهد داشت. واحدهاي درسي بسياري از مدارس حرفهاي و دانشگاهها از طريق اينترنت قابل دسترسي هستند. حتي مؤسسه تكنولوژي ماساچوست اعلام كرده است كه اين مدرسه مواد درسي لازم براي همه واحدهاي درسي را به طور رايگان از طريق اينترنت ارايه خواهد كرد. اين يك برنامه ده‌ساله است و اين موسسه سالي 7.5 تا 10 ميليون دلار خرج خواهد كرد تا به اين هدف دست يابد. به طور يقين، اين روند شتاب پيدا خواهد كرد.
انجمن سراميك آمريكا مفتخر است كه در بسياري از پيشرفتهاي تكنولوژي سراميك به مدت بيش از 100 سال نقش داشته است. بخشي از شبكه جهاني اين انجمن به آينده سراميكها اختصاص داده شده است و برنامهريزيهاي چندگانهاي براي صنعت(مصرف كننده نهايي سراميك)، دانشآموزان پيش دانشگاهي، جامعه و مطبوعات در دست اجرا دارد
