Témata
Reklama

Nanotechnologie v automobilovém průmyslu

Komerční realizace scény ze známého seriálu Návštěvníci, kde auto měnilo barvu jako chameleon pouhým hlasovým povelem, nebo auto měnící tvar své karoserie na stisknutí jediného tlačítka, zůstává stále ještě vizí poměrně vzdálené budoucnosti. Jakkoli zůstávají takováto chytrá vozidla pro většinu lidí fascinací, už nemohou být jen tak vyloučena z uvažování jako pouhé přání, jež je vždy otcem myšlenky. Navzdory svému vizionářství má myšlenka auta, které může měnit svou barvu nebo tvar karoserie, realistický základ, a tím je nanotechnologie.

Nanotechnologie povedou v budoucích letech k početným inovacím, protože jde o interdisciplinární oblast, jež bude ku prospěchu nejen elektronice a klasické technologii výroby vozidel, ale bude vést i vývoj pohonů a uchovávání energie. Milníkem v nanotechnologiích se stal rok 1981, kdy fyzici Heinrich Rohrer a Gerd Binning vynalezli skenovací tunelový mikroskop, což jim vyneslo Nobelovu cenu za rok 1986.Jejich nový typ elektronového mikroskopu zvětšoval 10milionkrát, což vědcům poprvé umožnilo pohled na jednotlivé molekuly a povrchové atomové konstrukce. Tento vynález otevřel dveře do nanosvěta - oblasti, kde je základní měřicí jednotkou miliardtina metru a jejíž struktury jsou několikadesetitisíckrát tenčí než lidský vlas.Při využívání postupů nanotechnologie mohou vědci již dnes dělat víc než pouze zkoumat atomové struktury. Mohou vytvářet na míru materiály po molekulách a vrstvičkách atomů se zcela novými vlastnostmi.
Reklama
Reklama
Reklama

Učíme se od lotosu

Jedním z nejznámějších přínosů nanotechnologie je tzv. lotosový efekt, jenž umožňuje vytvoření samočisticích povrchů. U lotosového květu se díky zvláště jemné struktuře jeho povrchu voda a nečistoty oddělují od květů bez toho, aby na něm zanechávaly jakoukoli stopu. Nanostruktura povrchu vytvořeného pomocí nátěrových hmot s tímto efektem zastavuje akumulaci i nejjemnějších kapiček vody či částic nečistot. Společnost DaimlerChrysler Research aplikuje tento princip ve svých snahách o vytvoření samočisticích ráfků kol. V dnešní době jsou tyto ráfky prozatím ve stadiu zkoušek, ale jednoho dne budou součástí standardního vybavení každého vozu, stejně jako samočisticí lak, jenž vyloučí nutnost zavézt auto do myčky.
Již zavedeným produktem nanotechnologií jsou okna autobusů DaimlerChrysler. Tato okna mají protisluneční úpravu, která je vytvořena pomocí ultratenkého listu nanočástic vloženého mezi dvě vrstvy laminátového skla. Nanočástice v této vrstvě odrážejí infračervené paprsky slunečního záření, čímž zabraňují přehřátí interiéru vozidla.
Ovšem ani nákladní automobily nepřicházejí zkrátka. V přístrojovém panelu kamionu Actros je nanotechnologie rovněž částečně zastoupena. Díky antireflexní vrstvě silné jen několik nanometrů nedochází k oslnění řidiče odraženými slunečními paprsky od skla chránícího přístroje palubní desky vozidla. Uvedené příklady jsou však jen avízem malé části toho, co teprve přijde. Nanotechnologie ve vozech budoucnosti bude umět daleko víc, např. i dodávat vozidlům solární energii. O tom, že ani tato varianta není utopií, svědčí nejen vozy Mercedes-Benz třídy E, které lze vybavit střechou vyrobenou z konvenčních solárních článků - produktem mikrotechnologie. Tyto články jsou schopny generovat výkon asi 30 W, což je dost energie k pohonu ventilátoru klimatizace a snížení teploty interiéru vozu o 10 °C - to vše při zaparkovaném vozu a vypnutém motoru i zapalování.
Současné vize jdou za představou solární vrstvy, kterou bude možné nastříkat jako lak nebo nalepit na karoserii. Ideálem je pak udělat z karoserie auta jednu velkou mobilní solární baterii. S pomocí nanotechnologie se vize solárního nátěru může u pokusných vozidel stát skutečností během několika let.

Nátěr jako zdroj energie

Princip solárního článku vyrobeného ze světlocitlivé barvy, který je sestaven ze tří základních komponent, je relativně jednoduchý: molekuly červeného barviva absorbují sluneční světlo a uvolňují elektrony, jež jsou potom převáděny do nanočástic oxidu titaničitého. Ty jsou uloženy v elektrolytu, jenž vede elektrony na kladnou elektrodu pomocí iontů jódu.Hlavní výhodou solárního nátěru je velká plocha využitelného povrchu. Výzkumníci poukazují především na jeho vysokou nanoporozitu, s níž se na současných laboratorních modelech již dosáhlo asi 10% účinnosti. Výroba elektrické energie touto technologií je navíc relativně málo závislá na úhlu dopadu světla. Solární lak, aplikovaný na plech o velikosti jen několika čtverečných centimetrů, byl na malém předváděcím modelu schopen vyrobit dost energie pro pohon malého elektromotoru.Jako alternativa k solárnímu laku se zkoumají i vrstvičky ze solárních článků. Ty sestávají z tenké plastické vrstvičky s fotoaktivní organickou vrstvou, obsahující polovodivé nanolamely. Tyto organické solární články lze vyrábět zvlášť levně. Navíc jsou velmi ohebné a lze je používat na zakřiveném povrchu, např. na blatnících nebo kapotách. Hodnota účinnosti na úrovni 3 % je ovšem stále ještě pořád velmi nízká. Navíc články, které jsou nyní k dispozici, nejsou elektrochemicky zcela stabilní a po šesti měsících u nich zatím dochází k podstatnému poklesu jejich výkonu. V současnosti je ovšem prováděna studie konvenčních tenkovrstvých solárních článků z monokrystalického křemíku, obsahujícího "nanotečky" z polovodivého germania. Díky jejich pružnosti lze tyto solární články snadno lepit na víka kufru nebo blatníky. Tam by mohly vyrábět velké množství solární energie stejně tak, jak by to měl později dělat solární nátěr s nanostrukturami.

Nanonátěry s novými funkcemi

Konvenční nátěr sestává z organických molekul s dlouhými uhlíkovými řetězci. Nanonátěr však obsahuje anorganické křemíkové částice, vázané organickými polymery. Anorganické částice mohou být vzhledem k jejich velikosti hustě propojeny, což má za následek zvýšenou tvrdost a odolnost proti poškrábání.Mimo nabízenou ochranu proti potenciálně ničivým mechanickým procesům, mohou křemíko-organické nanonátěry pomoci v boji s korozí. Mohou poskytnout bariéru, chránící proti vodní páře a chemikáliím. Tato bariéra může být navíc zkonstruována tak, aby vyhověla jakýmkoli potřebám. A konečně nanonátěry mohou plnit i širokou paletu nových funkcí mimo obvyklou ochranu. Použití superhydrofilních a superhydrofobních povrchů otevírá cestu k vytváření snadno čistitelných produktů, jako jsou už výše zmíněné samočisticí ráfky kol. Změnou elektrického pole lze pak přeuspořádáním pigmentů v nanobarvách změnit i vlastní odstín nátěrů.

Další a další možnosti

Výše nastíněné možnosti využití nanotechnologií zahrnují především povrchy, u kterých se aplikací nanočástic mohou zlepšit jejich vlastnosti. Zvýšenou tvrdost a zlepšené třecí vlastnosti dosažené pomocí nanotechnologií lze využít i v oblasti spalovacích motorů a převodovek, nanosilikátové lamely mohou potlačovat odpařování uhlovodíků v umělohmotných nádržích, nanoporézní filtry mohou přispívat k dalšímu snižování emisí škodlivin. Nanočástice lze využít pro výrobu nových lehkých konstrukčních materiálů, nanočástice sazí a silikátů bude možné přidávat do pryžových směsí pro zlepšení záběru pneumatik a prodloužení jejich životnosti; elektronické součásti založené na nanostrukturách lze využívat ve vysoce citlivých snímačích pro sledování okolí vozidla a prostoru pro cestující, přičemž tyto snímače nebudou ovlivněny elektronickým smogem.
Seznam přínosů aplikací nanotechnologií v automobilovém průmyslu je ovšem ještě delší. Studie Fraunhoferova institutu se zmiňuje celkem asi o padesáti dalších takových oblastech jejich dnes spíše průkopnického využití.
-dch-
060401
DaimlerChrysler
jan.kuhn@daimlerchrysler.cz
www.daimlerchrysler.cz
Reklama
Vydání #4
Kód článku: 60401
Datum: 12. 04. 2006
Rubrika: Trendy / Povrchové úpravy
Autor:
Firmy
Související články
Předúprava oceli nízkoteplotním plazmatem pro zvýšení pevnosti lepeného spoje

V příspěvku jsou shrnuty výsledky výzkumu vlivu plazmochemické předúpravy vzorků oceli DC01 na výslednou pevnost lepeného spoje. Pro předúpravu povrchu vzorků oceli byla použita RF štěrbinová tryska generující plazma. Jako pracovní plyn byl použit argon a argon v kombinacích s dusíkem nebo kyslíkem. Vliv plazmové předúpravy na povrch oceli byl vyhodnocen pomocí měření kontaktních úhlů a výpočtu volné povrchové energie. Po slepení vzorků oceli pomocí běžně užívaného lepidla Weicon Flex 310M HT200 byly testovány výsledné vlastnosti lepeného spoje pomocí standardních mechanických odtrhových testů podle ČSN EN 1465.

Ako zvýšiť kvalitu povrchových úprav

Dokonale čistý a odmastený povrch dielov je základnou črtou pre všetky povrchové úpravy, ktorý má veľký vplyv na výslednú kvalitu produktu. Predovšetkým rôzne spôsoby nanášania kovov si vyžadujú starostlivú prípravu povrchu, aby sa zabránilo vzniku škvŕn, ktoré vznikajú v dôsledku povrchovej kontaminácie počas tvárnenia kovov.

Stříkání a lakování - trendy jsou nepochybné

Nutnost zvyšovat technicko-ekonomickou úroveň firmy je na denním pořádku. Inovace zvyšují podnikovou konkurenceschopnost, kterou lze spatřovat zejména ve flexibilitě, tvorbě přidané hodnoty, efektivnosti a kvalitě. Také v oboru povrchových úprav je trendem automatizace a robotizace.

Související články
Zvýšení výkonu u tribo stříkání

Stříkání práškových barev systémem tribo je založeno na fyzikálních principech, které do značné míry určují výsledné parametry stříkacího zařízení. Výrobce stříkacích pistolí je postaven před úkol navrhnout optimální konstrukci, která bude poskytovat nejlepší možný výstup, jakým je dostatečně nabitý prášek, který vystupuje v požadovaném množství a s použitelnou rychlostí z ústí nabíjecí trubice. Jak název napovídá, nabíjení prášku tribo je založeno na principu tření.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Kompozitní povlaky jako možná náhrada za povlaky na bázi CrIV

Tento příspěvek se týká oblasti povrchových úprav, zejména elektrolyticky vyloučených kovových povlaků, a to způsobu vytvoření kompozitní povrchové úpravy na bázi niklu s vysokou odolností proti opotřebení. Výsledkem provedeného výzkumu je technologický postup závěsového pokovení pro nový kompozitní povlak NiP-XLS, který by mohl nahradit povlaky na bázi CrIV.

Vakuové odpařování - technologie budoucnosti

Vakuové odpařování je v České republice poměrně málo používaná technologie. Má však velký potenciál pro budoucí rozšíření. Tato technologie nachází využití v povrchových úpravách, chemickém, strojírenském, potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Firma Kovofiniš je jednou z prvních českých firem, která nabízí vlastní vakuové odparky.

Šetrné a účinné čištění těžko dostupných míst

Klasické postupy čištění ve vodě se dostávají na hranice svých možností, když jde například o kapilární struktury nebo komplexní geometrie. Za takové situace se nově na scénu dostávají tzv. CNP technologie (Cyclic Nucleation Process). Tato technologie pracuje na principu cyklické nukleace (tvorby krystalových zárodků z přesycených roztoků).

Komplexní způsob kontroly procesu odmaštění

Článek pojednává o možnostech komplexní kontroly procesu odmaštění v průmyslových aplikacích, tj. především o možnostech kontroly stavu povrchu výrobků před procesem odmaštění a po něm a o kontrole stavu odmašťovacích kapalin pomocí UV-VIS spektroskopie.

Vývoj epoxidových barev na konstrukce

Trendem dnešní doby je snižování nákladů na nátěrové systémy na konstrukce. Tyto systémy jsou ve většině případů složeny ze základní nátěrové hmoty (NH) epoxidového typu a vrchního polyuretanového emailu. V rámci úspory nákladů byla vyvinuta NH, která plní funkci obou těchto nátěrových hmot, to znamená, že má antikorozní vlastnosti, splňuje funkci vrchní NH a je možné ji aplikovat pouze v jedné vrstvě.

Otěruvzdornost povlaků žárového zinku s přídavkem cínu

Žárové zinkování ponorem představuje jeden z nejrozšířenějších způsobů ochrany ocelových materiálů kovovými povlaky. Životnost takto zhotovených povlaků je v běžném prostředí více než 50 let, a proto nevyžadují údržbu. Vlastnosti zinkového povlaku lze navíc podle použití částečně ovlivňovat přídavkem některých prvků do oceli nebo zinkové lázně. V rámci výzkumu na Ústavu strojírenské technologie ČVUT v Praze bylo cílem zhodnotit odolnost proti otěru zinkového povlaku v závislosti na obsahu cínu v zinkové tavenině.

Čištění energetických zařízení

Vnitřní povrchy otopných a chladicích systémů jsou během svého provozu postupně pokrývány, vlivem chemických a fyzikálně chemických reakcí, pevnými úsadami nečistot, minerálů a korozních produktů. Vzniklé látky jsou tepelným izolantem a brání přestupu tepla. To má za následek omezení účinnosti systémů, zvýšení energetických a tlakových ztrát ale i omezení možnosti regulace a celkově snížení účinnosti těchto systémů.

Funkční materiály pomocí depozice atomových vrstev

Depozice atomových vrstev (ALD – Atomic Layer Deposition) je technologie využívající depozice tenkých vrstev na povrch substrátu s přesností v atomovém měřítku, založená na řadě reakcí výchozí látky v plynném stavu s povrchem substrátu. Většina ALD reakcí používá dvě chemické látky, které se nazývají prekurzory.

Zvýšení odolnosti polymerních nátěrů pomocí nano/mikrogelů

Polymerní nátěrové hmoty aplikované na výrobcích plní různé funkce, nejčastěji estetickou a ochrannou. Moderní typy nátěrových hmot by měly tyto funkce kombinovat a rovněž i vyhovovat stále se zpřísňující chemické legislativě a požadavkům kladeným na ochranu životního prostředí a pracovních potřeb. Přirozeným důsledkem je neustálá potřeba vyvíjet a zavádět nové sofistikované formulace nátěrových hmot, a to jak v oblasti rozpouštědlových, tak i vodouředitelných nátěrových hmot.

Plazmová předúprava povrchu - povrchová energie versus adheze

V oblasti úprav povrchů materiálů je obecně přijímáno, že povrchová energie je jedno z rozhodujících kritérií pro adhezi nátěrových hmot, barev, lepidel nebo speciálních povlaků. Čím vyšší je povrchová energie, tím lepší by měla být přilnavost. Na základě získaných výsledků z oblasti předúpravy povrchu plazmatem nebo ionizací však nebyla prokázána přímá korelace mezi volnou povrchovou energií materiálů povrchově upravených různými technologiemi a výslednou adhezí nátěrové hmoty nebo lepidla.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit