معرفي و تقسيمبندي پليمرهاي هوشمند
1) پليمرهاي فعال الكتريكي (EAP)
مكانيزم هوشمندي در اين مواد، عكسالعمل در برابر تحريكات الكتريكي خارجي است. اين عكسالعمل، تغيير در ابعاد و هندسه ماده را شامل مي شود.
اين پليمرها كه در سال 1990 شناخته شدهاند، كاربردهاي زيادي در پزشكي، صنعت و مهندسي عمران دارند. اين پليمرها به دو دسته عمده تقسيم ميشوند:
الف)پليمرهاي فعال الكتريكي الكترونيكي كه به منظور حفظ تغيير مكان ايجاد شده در اثر اعمال ولتاژ DC مورد استفاده قرار ميگيرند و كاربردهاي زيادي در رباتها دارند. اين دسته خود از جنبه كاربردي به دو گروه تقسيم ميشود كه عبارتند از: گروهي كه در حسگري خود از رسانايي و هدايت الكتريكي بهره ميبرند و گروهي كه از فعاليت الكتريكي خود در اثر تحريك خارجي به عنوان محرك استفاده ميكنند.
كاربردهاي اين پليمرها در صنايع مختلفي است كه ميتوان از جمله آنها مواد الكترواستاتيك در لباسهاي ضد الكتريسيته، چسبهاي رسانا، حفاظهاي الكتريكي و مغناطيسي، تختههاي مدار چاپي الكترونيكي، رشتههاي اعصاب مصنوعي، سازههاي هواپيما و پيزوسراميكها را نام برد
. ب)پليمرهايفعالالكتريكييوني هستند كه در غشاهاي مبادلهگر يوني، محركهاي الكترومكانيكي، سنسورهاي حرارتي- شيميايي، الكتروليتهاي جامد، باطريهاي قابل شارژ و سيستمهاي رهايش دارو در پزشكي كاربرد دارند.
پليمرهاي فعال الكتريكي به عنوان ديالكتريك نيز مورد استفاده قرار ميگيرند. به عنوان نمونه پليمرهاي كه داراي سفتي (Stiffness) و ثابت ديالكتريك بالا ميباشند، در محركهاي(Actuator) با كرنش بالا مورد استفاده قرار ميگيرند كه به طور نمونه در پيزوالكتريكها كاربرد دارند.
قابل ذكر است كه الاستومرهاي بلور مايع، الاستومرهاي الكتروويسكوالاستيك، پليمرهاي فروالكتريك، نانولولههاي كربن و پليمرهاي رسانا كه بعنوان شناساگرهاي گازهاي سمي (حسگرهاي يوني) در پالايشگاهها و صنايع نظامي كاربرد دارند، نيز در اين گروه قرار ميگيرند
. 2) سيالات مغناطيسي و رئولوژيكي (MRF)
در اين نوع از پليمرهاي هوشمند، با تغيير ميدان مغناطيسي، ويسكوزيتة آنها تغيير ميكند و عملكرد آنها مشابه سيالات الكتريكي رئولوژيكي ميباشد.
3) سيالات الكتريكي رئولوژيكي (ERF)
اين سيالات اساس پليمري دارند و در برابر ميدان الكتريكي از خود تغيير ويسكوزيته نشان ميدهند كه ميتوان با اين تغيير ابعاد را تحت تاثير قرار داد. به طور مثال اين مواد در كمك فنرهاي خودرو در خودروهاي جديد كاربرد دارند و با تغيير جريان ميتوان ارتفاع خودرو را تنظيم نمود.
اين نوع پليمرها در راهسازي، پلسازي و صنعت ساختمان نيز استفاده ميشود و امروزه در تكيهگاه خيلي از پلها خصوصاً پلهاي معلق از اين مواد استفاه ميشود.
سيالات ERF داراي سه نوع مثبت، منفي و مواد نوري الكتريكي هستند. اگر با اعمال ميدان الكتريكي، ويسكوزيته افزايش يابد ERF مثبت است، اگر با افزايش ميدان الكتريكي ويسكوزيته كاهش يابد ERF منفي است و اگر با تاباندن اشعه ماوراء بنفش ويسكوزيته تغيير كند ERF از نوع نوري و الكتريكي ميباشد.
4) ژلهاي پليمري هوشمند
با تغيير در زنجيره پليمرها ميتوان ژلها را ساخت كه اين كار با تعويض بعضي از مونومرهاي زنجيره با مواد شيميايي صورت ميگيرد. تفاوت اصلي ژلها با پليمرها سازگاري شيميايي و ترموديناميكي آنها با حلالها ميباشد و نيز خاصيت رطوبتگيري كه در آنها وجود دارد.
ژلها براساس ويژگيهايي نظير طبيعت گروههاي تشكيلدهنده، خواص مكانيكي، ويژگيهاي ساختاري و شكل شبكه تقسيمبندي ميشوند و در برا بر محركهاي مختلف فيزيكي و شيميايي نظير دما، ميدان الكتريكي و مغناطيسي، نور، فشار و PH، از خود عكسالعمل نشان ميدهند و در صنايع دفاعي، زيستي، داروسازي و غيره مورد استفاده قرار ميگيرند.
5) پليمرهاي با حافظه شكلي
مشابه آلياژهاي حافظهدار هستند به اين ترتيب كه در اثر تغييرات دمايي از خود تغييرات ابعادي نشان ميدهند كه علت آن تغيير در مورفولوژي زنجيرهها است. اين پليمرها در مواردي مثل جيگ و فيكسچرهاي ماشينكاري كاربرد دارند.
بررسي بازار
پليمرهاي هوشمند هنوز خيلي تجاري نشدهاند، بنابراين بازار خيلي بزرگي را به خود اختصاص نميدهند. البته 5 تا 15 سال آينده اين بازار رشد بسيار خوبي خواهد داشت زيرا كاربردهاي آينده اين مواد كه در حوزههاي مختلفي چون پزشكي، كامپيوتر، خودرو، تلويزيون، پول الكترونيكي، كنترلكنندههاي بهداشتي، هوافضا، بيوتكنولوژي، صنايع نظامي، الكترونيك و فناوري نانو خواهد بود، نويددهنده بازار بزرگي براي اين مواد است.
در بين سالهاي 2010-1992 بر اساس پيشبينيهاي انجام شده، در برخي از كاربردهاي اصلي اين مواد مثل غلافها و پوششهاي سيم و كابل، باطريهاي ذخيره انرژي با ظرفيت بالا و سپرهاي تجهيزات الكترونيك كه در فضاپيماها و محافظهاي الكترونيك كاربرد دارند، روند مصرف رو به افزايش است و بازار خوبي را به خود اختصاص خواهند داد. مثالهاي زير به صحت اين ادعاها اشاره دارد:
از سال 2000-1992 مصرف اين مواد رو به افزايش بوده بطوري كه مصرف پليمرهاي هادي استفاده در باطريها در سال 2000 معادل 500 هزار پوند بالغ بر 50 ميليون دلار بوده است
.
بازار سپرهاي الكترونيك در سال 1988، 116 ميليون دلار و در سال 1993، 165 ميليون دلار بوده است و امروزه پوششهاي هادي و صفحات پليمري 75 درصد بازار مواد مشابه را به خود اختصاص دادهاند.
هزينه پوششهاي پلاستيكي نسبت به ساير مواد پايينتر است و 1.25 تا 2.5 دلار به ازاي هر فوت مربع ذكر شده است.
البته عمده بازار مواد هوشمند پليمري در كشورهاي پيشرفته است و بايد اين بازار را به كشورهاي در حال توسعه گسترش داد و اين نياز را براي اين كشورها به وجود آورد. پيشبيني انجامشده در مورد بازار اين مواد تا سال 2010 بالغ بر 457 ميليون دلار خواهد بود.
برداشتی آزاد از دست نوشته های استاد صالحی وزیری
گزارشي از يك تجربة پژوهش تا توليد: كود بيولوژيك فسفاته بارور2 فسفاته
مقدمه: معرفي تكنولوژي
كودهاي بيولوژيك متشكل از ميكروارگانيسمهاي مفيدي مانند باكتريها، قارچها، اكتينوميستها و غيره هستند كه بهطور طبيعي نيز با تنوع بسيار زيادي در خاكها وجود دارند ولي استفاده از يك كود بيولوژيك باعث بالابردن تعداد ميكروارگانيسمي خاص در خاك، بهصورت مقطعي خواهد بود. البته ميكروارگانيسمهاي مذكور، همچون كودهاي معمولي باعث بهبود كيفيت بافت خاك، باروري بيشتر گياه و تأمين ماده يا مواد غذايي از جمله فسفر براي گياه خاص ميشوند. چنانكه مشخص است اين كودها برخلاف كودهاي شيميايي، خود مواد مورد نياز گياه را تشكيل نميدهند بلكه به تأمين مواد مورد نياز گياه از خاك كمك ميكنند و در هر صورت همان كاركرد كودهاي معمولي را دارند. فسفر يكي از عناصر غذايي مهم مورد نياز گياه است كه پيش از اين، تنها از طريق استفاده از كودهاي شيميايي فسفره در اختيار گياه قرار داده ميشده است. در اين رابطه، كاهش منابع فسفات و همچنين آلودگيهاي زيستمحيطي ناشي از توليد و مصرف كودهاي شيميايي فسفاته، باعث رويكرد جدي به نسل جديدي از كودها تحت نام كودهاي بيولوژيك شده است. بررسيها و تجربيات گذشته نشان ميدهد كه باكتريها و قارچها، به دليل توليد مقادير قابل توجهي اسيدهاي آلي و آنزيمهاي فسفاتاز، عوامل مناسبي براي توليد كود بيولوژيك فسفاته هستند؛ بنابراين، شناسايي چنين باكتريها و قارچهايي اولين گام در مسير توليد كود مذكور است. پس از انجام پژوهشهاي اوليه، تصميم گرفته شد تا از نتايج آنها در توليد يك محصول تجاري استفاده شود.
مسير پژوهش تا توليد كودبيولوژيك بارور2
مدتهاست در كشور در زمينة كود بيولوژيك فسفاته، پژوهش شده و نتايجي به دست آمده است. اما آنچه در اين نوشتار گزارش ميشود، مربوط به مرحلة تجاريسازي نتايج پژوهشهاي مذكور است.
رويكرد به تجاريسازي پژوهشهاي مذكور، با اين سوال آغاز شد كه آيا از باكتري يا قارچ نيز ميتوان براي رفع نياز گياه به فسفر استفاده كرد؟ در اين رابطه در سال 76، يك طرح پژوهشي ملي در شوراي پژوهشهاي علمي كشور به تصويب رسيد و گروهي از متخصصان رشتههاي ميكروبشناسي، فيزيولوژي گياهي، ژنتيك گياهي، خاكشناسي و فيزيولوژي زراعي، در گروه ميكروبيولوژي كاربردي جهاد دانشگاهي واحد تهران به فعاليت در اين زمينه پرداختند. طرح مذكور از دو قسمت قارچي و باكتريايي تشكيل شده بود؛ اما چون پيشرفت كار در قسمت قارچي كمتر بود، قسمت باكتريايي بيشتر پيگيري شد و سه گروه در اين بخش مشغول تحقيق شدند. اين سه گروه عبارت بودند از: گروه باكتري شناسي، گروه ژنتيك و بيوتكنولوژي و گروه آزمايشهاي مزرعهاي.
اعضاي اين سه تيم در مجموع 15 نفر بودند كه از اين تعداد، 3 نفر دكتر و بقيه كارشناس ارشد و كارشناس بودند كه پس از تحقيقات متعدد، 22 سويه باكتري از خاكهاي بومي ايران جداسازي كردند و از اين تعداد، سه سويه برتر انتخاب گرديد.
بهدليل اينكه هدف از اين تحقيقات، استفاده از باكتريهاي مناسب براي مقاصد توليدي و تجاري بود، بررسيهاي آزمايشگاهي و مزرعهاي زيادي در اين زمينه انجام شد و باكتريها در شرايط مختلف تنش خشكي، شوري، گرمايي و رقابت، مورد آزمايش قرار گرفتند. در كنار انجام اين تحقيقات، فرمول مصرف نيز بهطور تئوريك تعيين شد كه در فعاليتهاي بعدي، با روشهاي عملي به اثبات رسيد. اين مسأله اهميت زيادي در موفقيت پروژه دارد؛ بهگونهاي كه برخي از شركتهاي خارجي كه قادر به اراية فرمول مصرفي كود بيولوژيك نشدهاند، نتوانستهاند محصول خود را تجاري نمايند.پس از آن، اثر كود بيولوژيك ساخته شده، بر گياهان مختلفي همچون لوبيا، ذرت علوفهاي، ذرت دانهاي، چغندر قند و سيبزميني، در آزمايشهاي مزرعهاي مطالعه شد. بهمنظور بررسي سازگاري كود بيولوژيك، اين آزمايشها به مدت سه سال و در مكانهاي مختلفي شامل كرج، اراك و ساوه تكرار شد و در حال حاضر نيز ادامه دارد. در جريان اين آزمايشها، 32 فرمول مصرف بهدست آمد كه در نهايت به 3 فرمول برتر كاهش يافت. سرانجام يكي از بهترين فرمولهاي مصرفي، از دو باكتري انتخاب شدة بومي كشور، تحت عنوان كود "بارور2" به توليد
رسيد. اين كود هماكنون در شركت زيستفناور سبز بر اساس قرارداد انتقال فناوري با جهاد دانشگاهي در حال توليد است. انتخاب بخش خصوصي براي توليد از اين جهت بود كه برخي از قوانين و مقررات دست و پاگير دولتي، گريبانگير مرحلة توليد نشود.
هم اكنون با پشت سر گذاردن دو مرحله توليد آزمايشي، توليد انبوه اين كود زيستي آغاز شده و در اولين فصل كشت با استقبال چشم گير كشاورزان روبرو شده است.
مشكلات پيش رو:
انجام اين فعاليت پژوهشي در اين شركت با مشكلات عديدهاي همراه بود. مهمترين اين مشكلات، وجود ملاحظات سازماني در برخي مسؤولان پژوهشي وزارت علوم، تحقيقات و فناوري بود كه حتي به كارشكني در روند پيشرفت پروژه و تأسيس شركت منجر گرديد.
مشكل ديگر، ناباوري مسؤولان نسبت به موفقيت اين پروژه بود؛ بهطوريكه گاهي قانع كردن آنها به وقت و انرژي فراواني نياز داشت.
البته حمايتهاي مسؤولان وموسسات تحت نظر وزارت صنايع و معادن و وزارت جهاد كشاورزي، در موفقيت پروژة مذكور نقش بهسزايي داشت.
به نام خدا