توجه : تمامی مطالب این سایت از سایت های دیگر جمع آوری شده است. در صورت مشاهده مطالب مغایر قوانین جمهوری اسلامی ایران یا عدم رضایت مدیر سایت مطالب کپی شده توسط ایدی موجود در بخش تماس با ما بالای سایت یا ساماندهی به ما اطلاع داده تا مطلب و سایت شما کاملا از لیست و سایت حذف شود. به امید ظهور مهدی (ع).

    تحقیق در مورد مواد هوشمند علوم هفتم

    1 بازدید

    تحقیق در مورد مواد هوشمند علوم هفتم را از سایت هاب گرام دریافت کنید.

    مواد هوشمند:.

    قبل از هر مطلب لازم است که متذکر شویم که آلیاژهای حافظه دار دو ویژگی دارند: یکی اینکه آنها تا حدودی الاستیک هستند و دیگر آنکه حافظه دار هستند یعنی قابلیت ذخیره سازی انرژی مکانیک و نیز آزاد سازی آن را دارا هستند. درست مانند آب که در دماهای مختلف از حالتی به حالت دیگر تبدیل می شود این دسته از فلزات نیز به علت اینکه مولکول ها در آنها قابلیت چیده مان مجدد دارد (البته آنچه که باعث می شود تا مولکول ها در کنار هم باقی بمانند و حالت جامد را حفظ کنند متفاوت است) قابلیت بازگشت به شکل اولیه را دارند. حال ببینیم این فلزات حافظه دار چگونه عمل می کنند: عاملی که سبب تغییر شکل فلز و یا بازگشت به شکل اولیه خود می شود، اختلاف ساختار مولکولی در هر فاز است. در شکل پایین سمت چپ، فلز حافظه دار را در حالتی که شکل اولیه خود را در دمای اتاق دارد را نشان می دهد. زمانی که بار اعمال می شود فلز تغییر شکل می دهد. سپس به محض برداشته شدن باز و کمی گرما مولکول ها به شکل یک ساختار سخت در می آیند به گونه ای که به یک ساختار با شبکه ای متفاوت مبدل می شوند. اما هنوز وضعیت قرارگیری مولکولی معمولی است و همان ساختار فیزیکی در مقیاس ماکرو وجود دارد.

    با توجه به اینکه این دسته از فلزات زیست سازگار (سیستم ایمنی به آنها عکس العمل نشان نمی دهد) هستند و از ویژگیهای مکانیکی قابل قبولی (مقاوم در برابر خوردگی) برخوردار هستند در ساخت ایمپلنت ها و پلیت های (کاشتنی‌ها) ارتوپدی در موارد شکستگی ها قابل استفاده هستند. شاید بدانید که در شکستگی های استخوان های صورت از پلیت های ویژه ای استفاده می شود تا استخوانهای صورت را طی دوره شکستگی در کنار هم نگه دارد. در گذشته از پلیت هایی از جنس استیل برای این کار استفاده می شده است . در ابتدا ممکن است که استخوان درست لب به لب هم و در کنار هم قرار گیرند اما به مرور این وضعیت از دست می رود که در نهایت سبب به تاخیر افتادن جوش خوردن شکستگی می شود. با ظهور آلیاژ های حافظه دار و کاربرد آنها در ساخت پلیت ها این مشکل رفع شده است. امروزه جراحان از فلزهای حافظه‌دار به جای استیل استفاده می کنند به این طریق که ابتدا فلز را کمی سرد می کنند و سپس در محل نصب می کنند. در اثر دمای بدن مقداری فلز گرم می شود و به این طریق پلیت فشار لازم جهت در کنار هم نگهداشتن قطعات شکستگی را حفظ می کند و سبب می شود تا استخوان در حداقل زمان ترمیم شود مشکلی که در طراحی این نوع پلیت ها وجود داشت مربوط به تنظیم فشار مناسب و مطلوب است. برای مثال اینکه چه مقدار فلز باید تغییر شکل داده شود تا کشش لازم را ایجاد کند خود جای بررسی دارد. در اینجاست که فناوری نانو وارد عرصه شده تا به تغییر نحوه قرار گیری اتم ها در ترکیبات کمک کند. هم اکنون گروه های تحقیقاتی در حال انجام مطالعه بر روی این تنظیم این مکانیزم با کمک فناوری نانو می باشند.

    منبع مطلب : olom92-7.blogfa.com

    مدیر محترم سایت olom92-7.blogfa.com لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

    معرفی مواد هوشمند

    معرفی مواد هوشمند

    مواد هوشمند موادی هستند که قادرند در مقابل محرکهای خارجی خواص فیزیکی خود مانند حجم، اندازه، شکل، ویسکوزیته، رنگ و غیره را تغییر دهند و یا تبدیل انرژی انجام دهند.

    به عبارت دیگر این مواد موادی هستند که قادرند شرایط و محیط اطراف خود را درک کرده و نسبت به محرکهای اطراف خود ( شامل محرکهای مکانیکی، شیمیایی، الکتریکی، مغناطیسی و غیره) واکنش نشان دهند؛ به عنوان مثال اگر یک مایع هوشمند را در مقابل میدان مغناطیسی یا الکتریکی قرار دهیم ظرف یک میلی ثانیه میتواند با تغییر ویسکوزیته از یک مایع به جامد یا ترکیبی شبه جامد تبدیل شود و یا اگر به یک ماده هوشمند کمی حرارت یا فشار وارد کنیم تغییر شکل یا تغییر اندازه قابل توجهی خواهند داشت.

    مواد هوشمند در مقابل مواد عادی هستند که خواص فیزیکی تقریباً ثابتی دارند و در مقابل محرکهای خارجی تغییرات کمی دارند که این تغییرات قابل توجه نیستند مثلاً اگر یک جامد را تا دمای مشخصی گرم کنیم ذوب می شود و اگر گرما را حذف کنیم مادامی که دمای جسم به دمای انجماد نرسیده مایع باقی میماند، یا اگر یک مایع مثل روغن را گرما دهیم ویسکوزیته آن کمی کمتر شده و روانتر می شود.

    مواد هوشمند دو نوع هستند:

    مواد هوشمند نوع اول
    این گروه از مواد در مقابل محرکهای خارجی با تغییر مستقیم یکی از خواص فیزیکیشان واکنش نشان میدهند. این مواد خود انواع مختلفی دارند که به نمونه هایی از انها اشاره میکنیم.

    مواد کرومیک:
    یکی از جالبترین دسته های مواد هوشمند هستند که بسیار مورد توجه قرار می گیرند. واکنش این گروه از مواد نسبت به محرکها تغییر رنگ است. در واقع این مواد در پاسخ به محرکهای خارجی دچار تغییر ساختار شده و در نتیجه خصلتهای نوریشان مانند ضریب جذب، قابلیت بازتاب و … تغییر می کند و نتیجه این تغییرات تغییر رنگ این مواد می باشد. مواد کرومیک خود انواع و گونه های مختلفی دارند که در زیر به آنها اشاره میکنیم.

    مواد فتوکرومیک :
    این گروه از مواد در مقابل تغییر نور، تغییر رنگ میدهند. مواد مورد استفاده در حالت غیر فعال بی رنگ هستند ولی وقتی در معرض انرژی تابشی قرار می گیرند مولکولهای آن به حالت برانگیخته درآمده و در نتیجه دچار تغییر ساختاری میشوند که بر میزان جذبشان اثر میگذارد و در نتیجه ماده کدرتر دیده می شود. البته این تغییر ساختار برگشت پذیر بوده و با از بین رفتن منبع نور مولکولها و ماده به حالت اولیه برمیگردند و در نتیجه ماده دوباره شفاف دیده می شود. ساده ترین و آشناترین مثال از کاربرد این مواد عینکهای فتوکرومیک و یا شیشه فتوکرومیک بعضی از ساختمانهاست.

    مواد ترموکرومیک :
    عامل تغییر رنگ در این دسته از مواد گرما و حرارت است. این موا با جذب گرما تغییر شیمیایی یا تغییر فاز پیدا میکنند که این تغییرات نیز برگشت پذیر است. ساده ترین نمونه مواد ترموکرومیک، ترمومترها یا دماسنجهای نواری هستند که با قرار گرفتن بر روی پیشانی و جذب گرمای بدن تغییر رنگ داده و عدد دمای بدن را نشان میدهند و با برداشتن آن به حالت اولیه برمیگردند. مثال دیگری از این گروه مواد صندلیهای گرمایی هستند که با دمای بدن تغییر رنگ میدهند و پس از بین رفتن منبع دما (بدن) به حالت اولیه برمیگردند.

    مواد مکانوکرومیک :
    این مواد با تغییرات فشار یا تغییر شکل (بر اثر نیروی مکانیکی) خصوصیات بازتابی متفاوتی از خود نشان میدهند.

    مواد کموکرومیک :
    موادی هستند که با تغییر شرایط شیمیایی تغییر رنگ میدهند. ساده ترین مثال از این گروه مواد کاغذهای pH و یا کاغذ تورنسل و یا دیگر کاغذهای اندیکاتور است که در محیطهای اسیدی و بازی رنگهای مختلفی از خود نشان میدهند.

    مواد الکتروکرومیک :
    الکتروکرومیک به طور گسترده به موادی گفته می شود که در اثر قرار گرفتن در یک جریان یا اختلاف پتانسیل رنگ آنها به طور برگشت پذیری تغییر می کند. به عنوان مثال پنجره های الکتروکرومیک که به وسیله الکتریسیته روشن و تار میشوند که نقش بسیار مهمی در صرفه جوئی انرژی ایفا میکنند. این پنجره ها معمولاً به صورت چند لایه هستند که مابین آنها از مواد الکتروکرومیک و مواد هادی پر شده است. هنگامیکه جریان برقرار می شود یونهای این مواد در یک ردیف و به صورت مرتب قرار می گیرند و این باعث عبور جریان و شفاف شدن شیشه می شود. اگر جریان قطع شود این یونها به صورت متراکم و بی نظم پخش شده و مانع عبور جریان میشوند در نتیجه شیشه تیره می شود.

    آلیاژهای با حافظه شکلی (Shape Memory Alloy):
    اولین مشاهده ثبت شده در مورد پدیده حافظه داری در سال ۱۹۳۲ در مورد قابلیت برگشت پذیری آلیاژ AuCd مشاهده شد و در سال ۱۹۵۱ این پدیده در مورد این آلیاژ قطعیت یافت. در سال ۱۹۳۸ این رفتار در برنج CuZn دیده شد و در سال ۱۹۶۲ در آزمایشگاه نیروی دریایی ایالت متحده آمریکا در حین عملیات حرارتی در یک میله از جنس Ni-Ti در مورد پدیده حافظه داری این آلیاژها نتایج قطعی به دست آمد که اکنون نیز معروفترین آلیاژ حافظه دار آلیاژ نیتینول یا همان آلیاژ نیکل-تیتانیوم با درصد مساوی است.
    اگر یک آلیاژ معمولی تخت بار خارجی قرار گیرد، تغییر شکل میدهد و این تغییر شکل بعد از حذف بار نیز باقی میماند ولی آلیاژهای حافظه دار یا SMA ها این توانایی را دارند که یک اندازه یا شکل برایشان تعریف شود و آن را به خاطر بسپارند، به عبارت دیگر این آلیاژها این توانایی را دارند که اگر آنها را تا بالای دمای مشخصی گرم کنیم، شکل اولیه خود را به دست آورند. همچنین این آلیاژها قادرند جریان الکتریکی(گرمایی) را به انرژی مکانیکی تبدیل کنند و اگر گرم و سرد کردن این آلیاژها با جریان الکتریکی کنترل شود، میتوان حرکات سیکلی تکرار پذیری را ایجاد کرد.
    این آلیاژها دارای دو فاز ثابت هستند: فاز در دمای بالا که آستنیت(Austenite) نامیده می شود که ساختمان آن مکعبی بوده و به دلیل دارا بودن تقارن بالا محکمتر است. فاز با دمای پایین که مارتنزیت(Martensite) نامیده می شود که میتوان به صورت دوقلویی و غیر دوقلویی موجود باشد، شکل آن منوکلینیک بوده و نسبت به آستنیت تقارن کمتری دارد.
    به محض سرد کردن آلیاژ در نبود بارگذاری تغییر فاز از آستنیت به مارتنزیت صورت میگیرد که نتیجه این تغییر فاز قابل مشاهده ماکروسکوپی نیست. به محض گرم کردن ماده در فاز مارتنزیت، برگشت فاز اتفاق می افتد.

    در نمودار تغییر فاز چهار نقطه اختصاصی مشخص شده است:

    اگر بارگذاری مکانیکی روی آلیاژ در فاز مارتنزیت دوقلویی انجام شود، مارتنزیت از حالت دوقلویی خارج شده و تغییر شکل میدهد. به محض برداشتن بار، مارتنزیت به همان حالت باقی میماند. با گرم کردن آلیاژ بالاتر از دمای پایان آستنیت Aof فاز مارتنزیت به آستنیت تغییر می یابد و در نتیجه این تغییر فاز آلیاژ شکل اولیه خود را باز می یابد. این خصوصیت رفتار حافظه ای یا (Shape Memory Effect) نامیده می شود که از خصوصیات آلیاژهای حافظه دار است. که مشاهده ماکروسکوپی آن به این صورت است که مثلاً اگر سیمی از جنس نیتینول را تغییر شکل دهیم و سپس آن را تا بالای ۹۰ درجه گرم کنیم سیم به شکل اولیه برمی گردد.

    اگر بارگذاری در فاز آستنیت انجام شود و ماده سرد شود، تغییر فاز از آستنیت به مارتنزیت دوقلویی نشده مشاهده می شود ولی با گرمای مجدد و تغییر فاز معکوس، آلیاژ به شکل قبلی خود برمیگردد. با استفاده از این خصلت میتوان این سیمها را برنامه ریزی کرد تا شکل خاصی را به خاطر بسپارند این کار به این صورت انجام می شود که شکل دلخواهمان را به سیم میدهیم و سپس سیم را به مدت تقریبی ۵ دقیقه با دمای ۱۵۰ درجه سانتیگراد گرما میدهیم یا جریان الکتریسیته از آن عبور میدهیم. حال میتوانیم سیم را به هر شکل دیگری در آوریم و برای برگشت آن به شکل برنامه ریزی شده فقط کافیست آن را در آب داغ بیاندازیم.

    همچنین میتوانیم تغییر فاز در آلیاژ را فقط با بارگذاری مکانیکی ایجاد کنیم که نتیجه این عمل فاز مارتنزیت دوقلویی نشده به همراه مقدار زیادی کرنش است. حال اگر دمای آلیاژ بالای دمای پایان آستنیت باشد به محض اینکه بارگذاری حذف شود آلیاژ به شکل اولیه خود برمیگردد. بنابراین رفتار ماده به نوعی الاستیک خواهد بود این رفتار شبه الاستیک (Pseudoelastic Behavior) از خصوصیات دیگر آلیاژهای با حافظه شکلی است. به عنوان مثالی از کاربرد این خاصیت میتوان به سیمهای ماهیچه ای اشاره کرد که از آلیاژ نیتینول ساخته شده اند و در دمای اتاق به راحتی میتوان آنها را تغییر شکل داد و با عبور جریان الکتریکی با نیروی خوب و مناسب به شکل اولیه بر میگردند. اگر این سیمها تا ۸% اندازه اولیه خود کشیده شوند باز هم میتوانند به حالت اولیه بازگردند. از این سیمها در ساخت ماهیچه های مصنوعی استفاده می شود.

    ویژگیهای دیگر این آلیاژها عبارتند از : مقاومت بالا در مقابل خوردگی، مقاومت ویژه الکتریکی نسبتاً بالا، خواص مکانیکی نسبتاً خوب، خستگی طولانی، شکل پذیری بالا و قابلیت انطباق با بدن.

    از کاربردهای این آلیاژها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
    کاربرد با بازیابی آزاد ( استفاده از حرکت) : این کاربرد بر این پایه است که آلیاژها در حین سرد و گرم شدن شکل اولیه خود را بازیابی میکنند بدون اینکه تنش بیرونی از این کار ممانعت به عمل آورد مانند آنتنهای سفینه های فضایی.
    کاربرد با بازیابی مقید(استفاده از نیرو) : به کاربردهایی اطلاق می شود که در آنها یک نیروی خارجی جلوی بازیابی کرنش در آلیاژ را می گیرد. در این حالت هیچ کرنشی بازیابی نمی شود ولی مقدار زیادی تنش ایجاد می شود مانند چفت و بستها
    کاربردهایی با بازیابی تحت فشار (استفاده از کار) : به کاربردهایی اطلاق می شود که هم تنش و هم کرنش حین گرم شدن بازیابی میشوند و کار مکانیکی ایجاد می شود.
    کاربردهای ابرکشسانی (ذخیره انرژی مکانیکی) : رفتار الاستیک این آلیاژها ۱۵ برابر فولاد فنر است.
    میراکنندگی ارتعاشات: این آلیاژها برای مهار ارتعاشات در سازه هایی که تحت ارتعاشات شدید هستند به کار میرود مانند صفحات آزاد میراکننده ارتعاشات در سفینه های فضایی.

    مواد مگنتورئواستاتیک (Magneto-Rheostatic) و الکترورئواستاتیک (Electro-Rheostatic)
    مواد مگنتواستاتیک(MR) و الکترواستاتیک(ER) سیالاتی هستند که میتوانند تغییر قابل توجهی در ویسکوزیته خود ایجاد میکنند. این سیالات اگر در معرض میدانهای الکتریکی یا مغناطیسی قرار گیرند، میتوانند بلافاصله با تغییر ویسکوزیته از یک سیال غلیظ به یک ماده جامد یا ترکیبی تقریباً جامد تبدیل شوند. این تبدیل کاملاً برگشت پذیر بوده و به محض از بین رفتن میدان ماده مجدداً به حالت سیال روان در می آید. سیالات MR وقتی در معرض میدان مغناطیسی قرار گیرند این واکنش را نشان میدهند و سیالات ER در مقابل میدان الکتریکی.

    مواد هوشمند نوع دوم
    میدانیم که همه اجسام و محیطهای پیرامونشان مقدار مشخصی انرژی دارند. هنگامیکه به ماده انرژی وارد میکنیم، انرژی ورودی سطح انرژی ماده را بالا برده و باعث برانگیخته شدن اتمهای ماده می شود و چون اتمها نمیتوانند در حالت برانگیخته باقی بماننده، بازگشتشان به سطح اولیه باعث خروج انرژی می شود. در اکثر مواد عادی با اضافه کردن انرژی به مواد سطح انرژی آنها را بالا میرود و این افزایش انرژی به صورت افزایش انرژی درونی جسم خود را آشکار می کند که معمولاً به گرما و انرژی گرمایی تبدیل می شود، اما مواد هوشمند نوع دوم قادرند انرژی افزوده شده به صورتهای مختلف و مفید انرژی مانند انرژی مکانیکی، انرژی الکتریکی، انرژی تابشی و غیره تبدیل کنند. در واقع مواد هوشمند نوع دوم موادی هستند که در مقابل جذب انرژی موادی هستند که قادرند در مقابل جذب انرژی واکنش نشان داده و عمل تبدیل انرژی را انجام دهند.

    برخی از انواع مواد هوشمند نوع دوم عبارتند از :

    مواد فتوولتائیک
    موادی هستند که انرزی تابشی را جذب کرده و به کمک مواد هادی و نیمه هادی به جریان الکتریکی تبدیل میکنند.

    مواد نورتاب ( لومینسانس)
    لومینسانس به تابش نوری گفته می شود که عامل ایجاد آن دریافت انرزی است. در واقع این مواد انرژی دریافت شده را به صورت انرژی تابشی در طول موجهای مرئی بازتاب میکنند. در واقع این مواد عکس مواد فتوولتائیک عمل میکنند. بر اساس اینکه عامل ایجاد انرژی و تابش چه باشد مواد لومینسانس به انواع مختلفی تقسیم میشوند از جمله: فتولومینسانس ، رادیولومینسانس، الکترولومینسانس، کاتدلومینسانس، ترمولومینسانس، کمولومینسانس و غیره
    رایج ترین و ساده ترین مثال از مواد لومینسانس اسباب بازیهایی هستند که با فشار دادن روشن میشوند.

    مواد پیزوالکتریک
    اثر پیزوالکتریک (فشار – الکتریکی) پدیده ای است که در آن یک ماده تحت یک میدان الکتریکی، ابعاد فیزیکی خود را تغییر دهد و بالعکس. اثر پیزوالکتریک مستقیم به پدیده مربوط می شود که در آن اعمال تنش و فشار و نیروی مکانیکی باعث تغییر شکل ماده شده و این تغییر شکل باعث شارژ شبکه بین الکترودها می شود و پتانسیل الکتریکی ایجاد می کند. اثر پیزوالکتریک معکوس مربوط به این پدیده است که با اعمال پتانسیل بین الکترودها باعث تغییر شکل و در نتیجه ایجاد کرنش می شود.

    کریستالهای خاصی مثل کوارتز و تورمالین پیزوالکتریک هستند. علت فیزیکی که پدیده پیزوالکتریک اتفاق می افتد را میتوان به صورت ایده آل با در نظر گرفتن اینکه یک ماده پیزوالکتریک شامل بیشمار دوقطبی الکتریکی است، توضیح داد. در هنگام پخش بارUndistributed این دوقطبیها به صورت تصادفی پخش میشوند، که منجر به حالت ذاتی یا بی شارزی شبکه می شود. اختلاف پتانسیل الکتریکی به صفحه ماده پیزوالکتریک اعمال می شود و دوقطبیهای ماده را در جهات مورد نظر مرتب می کند و منجر به تغییر شکل و تغییر در ضخامت صفحه می شود. برعکس یک تنش که باعث تغییر شکل ماده یا تغییر جهت دوقطبی ها شود، یک شارژ شبکه بین الکترودها ایجاد می کند.

    مشهورترین ماده پلی کریستالین فروالکتریک تیتانات زیرکونات سرب Pb(Zr,Ti)O3 یا PZT است که دارای خواص پیزوالکتریک بسیار قوی در پی پلاریزاسیون می باشد. پلاریزاسیون ماده فروالکتریک با گرم کردن آن تا دمای بالاتر از دمای کوری ماده و سپس سرد کردن آرام آن در حضور میدان الکتریکی معمولاً توسط دو الکترود به ماده اعمال می شود. این پروسه دوقطبی ها را در جهت پلاریزاسیون مرتب کرده و خواص پیزوالکتریک را تقویت می کند.

    مهمترین کاربرد این مواد به عنوان سنسور در محیطهای مختلف است و همچنین به عنوان مبدلهای انرژی نیز کاربرد دارند. مثال ساده از کاربرد مواد پیزوالکتریک در زندگی روزمره، کیسه هوای اتومبیلهاست. این ماده نیروی وارد شده بر اثر ضربه به ماشین را حس کرده و بار الکتریکی برای به کار انداختن کیسه هوا می فرستد.

     
    کاربردهای مواد هوشمند:

    از مواد هوشمند میتوان به عنوان سنسور و یا شتاب دهنده در محیطهای تشعشع و در مکانهایی که احتمال وجود تشعشع و قرارگیری افراد در مقابل پرتو وجود دارد استفاده کرد که در این صورت میتوان ضریب ایمنی محیطهای کار هسته ای را افزایش داد و احتمال پرتوگیری افراد را کاهش داد که این کار میتواند به کاهش دادن هزینه های فرآیندهای هسته ای کمک کند.
    البته محدودیتی که در این مورد وجود دارد این است که هنوز اثر تشعشعات هسته ای بر روی این مواد کاملاً مشخص نیست. این احتمال وجود دارد که قرار گرفتن طولانی در مقابل پرتوهای هسته ای و پرتوگیری شدید عملکرد این مواد را مختل کند که اگر این مشکل برطرف شود و این موضع کاملاً مشخص گردد مطمئناً صنعت هسته ای تحول بسیار بزرگی خواهد داشت.

    منبع مطلب : www.kanoon.ir

    مدیر محترم سایت www.kanoon.ir لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

    مواد هوشمند

    مواد هوشمند

    مواد هوشمند یا مصالح هوشمند (به انگلیسی: Smart Materials) یا ساختارهای هوشمند، مجموعه‌ای (یا جزئی از مجموعه) دارای کارکرد مهندسی هستند که در آن‌ها ساختار دارای توانایی درک و فعال‌شدن را به منظور انجام کار دارد. آلیاژهای حافظه‌دار نوعی از مواد هوشمند به‌شمار می‌آیند.[۱] مواد هوشمند مصالحی هستند که با عملکردی هوشمندانه در مقابل تغییرات محیط می‌توانند مانند موجودات زنده خود را با شرایط محیطی منطبق سازند. برخی از این مواد، هر نوع خدشه و خرابی در ساختار خود را پیش‌بینی کرده و نقایص خود را برطرف می‌سازند. یک یا چند ویژگی این مصالح مانند شکل، میزان سختی، فرکانس و رنگ آن‌ها در یک حالت کنترل شده یا تحت اثر محرک نیروی الکتریسیته یا میدان‌های مغناطیسی به صورت قابل توجهی تغییر می‌کند. روند PH خارجی مانند فشار، دما، رطوبت که بر مصالح بیولوژیکی نیز Hyper- Functional پیشرفت این مواد از مصالح سازه‌ای و عملکردی آغاز شده به سمت ساخت مصالح برتری دارند پیش می‌رود.[۲] مواد هوشمند در علم دندان پزشکی کمک زیادی به بشر کردند مثلا در ارتودنسی دندان از مواد هوشمند استفاده میشود تصویری از یک عینک دودی که در مقابل نور خورشید تیره و با رفتن در سایه شفاف میشود

    تعریف هوشمندی[ویرایش]

    هوشمند(intelligent)، باهوش(Smart)، حساس(Adaptive) همه برای تعریف ساختارها و مصالحی به کارمی روند که شامل حسگرها و محرک‌ها (Actuators) بوده و توانایی سازگاری با تحریکات خارجی مانند بارها و تحریکات محیط رادارند.[۲] مصالح هوشمند یک اصطلاح جدید برای مصالح و فر آورده‌هایی است که توانایی درک و پردازش رویدادهای محیطی را داشته و نسبت به آن واکنش مناسب نشان می‌دهند. به بیان دیگر این مصالح قابلیت تغییرپذیری داشته و قادرند شکل، فرم، رنگ و انرژی درونی خود را به طرز برگشت‌پذیر در پاسخ به تأثیرات فیزیکی یا شیمیایی محیط اطراف تغییر دهند. اگر مصالح را به سه گروه مصالح غیر هوشمند، نیمه هوشمند و هوشمند طبقه‌بندی کنیم، گروه اول یعنی مصالح غیر هوشمند ویژگی خاص بالا را ندارند، نیمه هوشمندها تنها قادرند در پاسخ به تأثیرات محیطی شکل و فرم خود را برای یک بار یا مدت زمان اندکی تغییر دهند اما در مصالح هوشمند این تغییرات تکرارپذیر و قابل برگشت خواهد بود.[۳] معماری هوشمند پویا است؛ بدین معنا که پارامترهای عملکردی اصلی، خود را با توجه به نیاز، تقاضا و شرایط متغیر و پویا تغییر می‌دهند. یک معماری هوشمند همچنین مانند سامانه زنده‌ای قادر به تجربه اندوزی و استفاده از تجارب در شرایط جدید است و با این خصیصه پویایی و خود سازماندهی سامانه تضمین می‌گردد. مصالح و فراورده‌های نوین در حال حاضر طیف وسیعی از فراورده‌ها و مصالح، در دسترس قرار گرفته‌اند یا اینکه د ر حال عرضه به بازار هستند. برخی از آن‌ها به‌طور خاص برای استفاده در زمینه معماری تولید شده‌اند. مصالحی را که در ذیل به توضیح آن‌ها می‌پردازیم، مصالح و مواد خامی هستند که دارای پتانسیل‌های خاص و کاربردی در زمینه معماری و ساخت و ساز می‌باشند. این فهرست با توجه به ویژگی‌ها، ساختار و خصوصیات درونی این مواد تهیه شده‌است.

    ویژگی‌های اصلی معماری هوشمند عبارتند از:

    خصوصیات[ویرایش]

    مواد هوشمند یا انطباق پذیر خود به دو گونه هوشمند و نیمه هوشمند قابل تقسیم می‌باشند. در مواد هوشمند در برابر محرک‌های فیزیکی یا شیمیایی تغییرات بازگشت‌پذیر فیزیکی و شیمیایی ایجاد می‌شود. این تغییرات در مواد کاملاً هوشمند به صورت نامتناهی بازگشت‌پذیر است. در صورتی که مواد نیمه هوشمند توانایی محدودی در تعداد دفعات تغییرات دارند، یک محرک می‌تواند چند تغییر در ماده ایجاد نماید یا چند محرک مختلف می‌توانند موجب تغییر خاصی در ماده گردند. محرک‌های عمده عبارتند از: تغییر محیط شیمیایی، میدان مغناطیسی و الکتریکی، فشار، حرارت، نور و اشعه ماورا بنفش. تغییرات حاصل، بازده وسیعی را پوشش می‌دهد. برخی از این تغییرات عبارتند از:

    متغیرهای تأثیرگذار شیمیایی و فیزیکی که در زیر معرفی شده‌اند، محرک‌هایی هستند که مصالح هوشمند در برابر آن‌ها از خود عکس‌العمل نشان می‌دهند:

    طبقه‌بندی مصالح هوشمند[ویرایش]

    به‌طور کلی مصالح ساختمانی موجود اعم از سنتی، طبیعی و مصنوعی با توجه به خصوصیات آنها، از جمله: نمود ظاهری، بافت، ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و فیزیکی، اثر محیطی و … طبقه‌بندی می‌شوند. اما در طبقه‌بندی مصالح هوشمند علاوه بر در نظر داشتن مشخصه‌های فوق، خواص دیگری که به‌طور ویژه به تمیز دادن مصالح هوشمند از مصالح سنتی مربوط می‌شود نیز لحاظ شده‌است. طبقه‌بندی پیشنهادی مصالح هوشمند بر پایه خواص زیر ارائه شده‌اند:

    مصالح هوشمند تغییر شکل دهنده/ مصالح هوشمند تغییر رنگ دهنده/ مصالح هوشمند تغییر پیوند دهنده

    مصالح هوشمند ساطع‌کننده نور/ مصالح هوشمند تولیدکننده الکتریسیته/ مصالح هوشمند ذخیره‌کننده انرژی

    مصالح هوشمند تغییر شکل دهنده: این گروه از مصا لح هوشمند که دارای قابلیت تغییر خواص درونی خود هستند در پاسخ به محرکات خارجی تغییراتی در شکل و ابعاد خود ایجاد می‌کنند پرکاربردترین آن‌ها می‌توان به مصالح هوشمند دما واکنشی Thermostrictive پیزوالکتریک اثر فشاربرقی الکترو واکنشی Electroactive و شیمی واکنشیChemostrictive اشاره نمود.

    مصالح هوشمند دما واکنشی:این نوع از مصالح هوشمند نوعی ویژگی ذاتی دارند که آن‌ها را قادر می‌سازد تا در برابر تغییرات دمای محیط پیرامون به‌طور برگشت‌پذیر واکنش نشان دهند تغییرات دمایی ممکن است تأثیر غیرفعال داشته باشد به طوری که مصالح به‌طور مداوم وضعیت دمای داخلی خود را با وضعیت طبیعی پیرامونش از طریق پوسته بیرونی تنظیم کند و اگر تأثیرات آن به صورت فعال باشد نوعی گرمایش فعال با بکار بردن یک میدان الکتریکی از طریق تماس ایجاد می‌شود. مصالح منبسط شونده Thermal Expansion نمونه‌ای از مصالح دما واکنشی هستند.[۸]

    انواع مصالح هوشمند[ویرایش]

    مصالح هوشمند از نظر کارکرد به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

    مصالح کروموژنیک[ویرایش]

    مصالح کروموژنیک خاصیت نوری خود را در پاسخ به محرک‌های خارجی (میدان الکتریکی، تزریق یون، شدت نور و دما) تغییر می‌دهند. دامنه این تغییر از شفافیت کامل و انعکاس جزئی تا جذب یا پخش کل نور مریی گسترده‌است. به این ترتیب مصالح الکتروکرومیک، ترموکرومیک، فتوکرومیک، هالوکرومیک در زیر مجموعه این مواد قرار می‌گیرند. با در نظر گرفتن عامل محرک بین انواعAdaptive این مصالح (فتوکرومیک پاسخ گو به شدت نور و ترموکرومیک ترموتروپیک پاسخ گوبه دما) و مصالح Switchable کریستال‌های مایع(EC وGC) باید تفاوت قائل شد. به این ترتیب مزایای کنترل خودکار و کنترل انتخابی مصالح مشخص می‌شود. به عبارت دیگر برخی مصالح کرموژنیک قابلیت کنترل انتخابی داشته و از این نظر تفاوت عمده‌ای با مصالح فتوکرمیک و ترموکرومیک دارند. زیرا این تغییرات مصالح فتوکرومیک و ترموکرومیک هر چند ممکن است در برخی موارد مطلوب نباشد، به صورت خودکار انجام می‌شود. اما مصالح کروموژنیک Switchable توسط کاربر قابل کنترل هستند و به سیستم مدیریتی ساختمان BMS نیز می‌توانند متصل شوند. مصالح الکتروکرومیک موادی هستند که با استفاده از جریان الکتریکی تغییر رنگ یا شفافیت می‌دهند) مانند کریستال‌های مایع) شاید این مصالح مناسب‌ترین نوع برای کنترل انرژی در ساختمان‌ها باشند. شیشه‌های ساخته شده با این مصالح سریعاً از حالت شفاف به کدر تغییر یافته و نور را پراکنده‌می‌سازند. عملکرد اولیه آن‌ها ایجاد محرمیت وکنترل خیرگی است. تغیر رنگ مصالح تروکرومیک به تغییرات دما بستگی دارد. مصالح هالوکرومیک حساس به PH)) مصالحی هستند که در نتیجه تغییر میزان اسیدیته تغییر رنگ می‌دهند. یکی از موارد استفاده برای رنگ‌هایی است که می‌توانند برای تعیین خوردگی در فلز زیرین خود تغیر رنگ دهند.

    مصالح فتوکرومیک: photochromic material با نام اختصاری (مخفف انگلیسی: PC) در حال حاضر بسیار مورد توجه معماران قرار دارند. این مصالح با قرارگیری در برابر نور (اشعه مرئی،UV نور (INFRARED) یا اشعه الکترومغناطیسی با تغییر رنگ از خود واکنش نشان می‌دهند. هم‌اکنون مصالح فتوکرومیک یا PCها به صورت رنگ‌دانه‌های فتوکرومیک، شیشه‌های فتوکرومیک و پلاستیک‌ها یا پلیمرهای فتوکرومیک در دسترس هستند[۹] مصالح فتوکرومیک به تغییرات نور پاسخ می‌دهند بر خلاف مصالح الکتروکرومیک Switchable و به صورت دستی نمی‌توانند کنترل شوند. مثلاً در یک روز آفتابی سرد که کسب گرمای خورشیدی بیشتر محسوس است ممکن است یک پنجره فتوکرومیک تاریک شود. اگر عامل محرک تغییر رنگ، محرکی به صورت انرژی مکانیکی باشد، مواد تغییر رنگ دهنده را مکانوکرومیک و چنانچه این عامل محرک، به وسیله تغییر در محیط شیمیایی پیرامونی ایجاد شود، ماده تغییر رنگ دهنده راکموکرومیک می‌نامند.[۱۰] از میان اولین پروژه‌هایی که در آن‌ها از مصالح PC در پوشش ساختمان استفاده شده بود می‌توان «طرح ورودی موزه هنرهای مدرن مونیخ» را نام برد که دو معمار آلمانی در مسابقه‌ای در سال ۱۹۹۲ میلادی از این مصالح استفاده نمودند. از آن زمان به بعد استفاده از این مصالح در معماری و در پوشش نمای بناها باب شد. هر چند که در ابتدا بکارگیری این مصالح بخاطر جنبه زیبایی آن‌ها بود (بخاطر طیف رنگی که در برابر نور ایجاد می‌نمودند). اما پژوهشگران تحقیقات بسیاری بر روی این مصالح انجام دادند تا بتوانند از این فراورده برای عملکردهای دیگری مثل کاهش میزان مصرف انرژی یا تغییرات دمایی این پوشش‌ها استفاده نمایند. مصالح هوشمند ساطع‌کننده نور: مصالح و فراورده‌هایی هستند که مولکول‌های درون آن‌ها با تأثیر انرژی‌هایی مثل روشنایی یا میدان الکتریکی، برانگیخته شده و از خود نور تولید می‌کنند. این پدیده در واقع یک حالت موقتی برای مولکول‌ها می‌باشد که بر اثر تأثیر انرژی بالاتر اتفاق می‌افتد که دراین زمان بخشی از انرژی جذب شده توسط مولکول‌ها به شکل اشعه الکترومغناطیسی مرئی ساطع می‌شود بدون آنکه حرارت اشعه خارج شود. از این پدیده با عنوان تابناکی یاد می‌کنند. از مهم‌ترین و کاربردی‌ترین آن‌ها در زمینه معماری، مصالح فتولومینس و الکترولومینس می‌باشد.

    مصالح هوشمند ذخیره‌کننده انرژی: این مصالح و فراورده‌ها قادرند انرژی را چه به صورت نمایان و چه نهانی در خو د ذخیره نمایند، مثلاً به شکل نور، گرما، هیدروژن یا الکتریسته. قابل ذکر است که این مصالح قابلیت برگشت‌پذیری نیز دارند؛ بنابراین این مصالح قادر به ذخیره انرژی بصورت‌های مختلفی می‌باشند. اما در این بین مصالح هوشمند ذخیره‌کننده حرارت (گرما) بیشتر مورد توجه بوده‌اند این مصالح نوعی ویژگی ذاتی دارند که آن‌ها را قادر می‌سازد که انرژی را به صورت گرما یا سرما (معکوس گرما) به صورت انرژی نهانی در خود ذخیره کنند.[۱۱] این مصالح در معماری دارای کاربرد و مورد توجه بسیار هستند. پرکاربردترین آن‌ها که با عنو ان مصالح تغییر حالت دهنده (Phase Changing Material) با نام اختصاری PCM مشهور است، به آن دسته از مصالح و فراورده‌هایی اطلاق می‌شود که می‌توانند به عنوان واسطه تنظیم دما عمل کنند مثلاً به عنوان عنصر واسطه ذخیره سرما یا گرمای نهانی تنظیمات دمای داخل اتاق. مصا لح PCM این ویژگی را دارند که وضعیت خود را از حالت مایع به جامد به وسیلهٔ کریستاله شدن (بلوره شدن) تغییر دهند و میزان مشخصی از انرژی گرمایی که قبلاً در درجه حرارت بالاتر ذخیره کرده بودند، از خود آزاد کنند و در حالت معکوس با تغییر وضعیت از جامد به مایع در زمان ورود انرژی گرمایی میزان حرارت یا دما را ثابت نگه دارند. ذکر این نکته ضروری است که مصالحی با ظرفیت ذخیره حرارتی بالا یا اتلاف حرارتی پایین در این دسته از مصالح هوشمند جای نمی‌گیرند. اولین استفاده‌کننده مصالح PCM سازمان NASA در سال ۱۹۶۰ میلادی بود که از این مصالح با توجه به کاربردهای ویژه آن در پروژه‌های فضایی استفاده نمود.

    کاربرد موادهوشمند[ویرایش]

    یکی ازمهمترین مباحث درحوزه پایداری محیطی تقلیل مصرف منابع تجدید ناپذیر و بهینه‌سازی مصرف انرژی‌های تجدید پذیر می‌باشد از آنجا که ساختمان‌ها مصرف بیش از۴۰درصد ازکل انرژی تولید شده در کشور را به خود اختصاص می‌دهند حوزه محیطی معماری پایدار اهمیت بسزایی درتوسعه پایدار کشور دارد از طرف دیگر باتوجه به اهمیت پوسته‌های ساختمان درکنترل تبادل حرارتی بین درون و بیرون بنا مصالح بکار رفته درآن‌ها دارای اهمیت بسیار زیادی در ایجاد شرایط آسایش حرارتی درساختمان می‌باشد بر این اساس یکی ازمهمترین راه کارها در جهت دستیابی به معماری پایدار محیطی شناخت فناوری‌های نوین و مزایای استفاده از آن‌ها به منظور بکارگیری مواد و مصالحی است که موجب کاهش مصرف انرژی و همچنین تأمین شرایط آسایشی مطلوب برای ساکنان ساختمان گردد. اهمیت مواد هوشمند هنگامی مشخص می‌شود که نقش آن‌ها را در ایجاد سیستم‌های سازگارتر در نظر آوریم. این مصالح اساس کار سایر سیستم‌های حسگر، سازگار و کنترل شده را تشکیل می‌دهند. هدف نهایی، ساخت موادی با هوشمندی مواد موجود در طبیعت است. با ایجاد خواص مورد نظر در سطح مولکولی، می‌توان مواد ابر هوشمند ساخت که قادرند نقش نظام‌های هوشمند موجود را ایفا، کنند. یک سیستم ساختمانی هوشمند پیشرفته می‌تواند علاوه بر کنترل سیستم ایمنی، انتقال بار، گرمایش، تهویه مطبوع و HVAC اثر بارهای باد و زلزله را اندازه‌گیری نموده و سیستم‌های ضد ارتعاش را در مقابل نیروهای محرک خارجی به کار اندازد. با عرضه مواد هوشمند توانمندی‌ها و امکانات نو در اختیار مهندسان و طراحان قرار خواهد داد. با پیشرفت‌های اخیر در این زمینه برای ایجاد سازه‌های هوشمند مناسب نیازهای امروز و رو به رشد آینده باید چشم دوخت. از مهم‌ترین مصالح هوشمند موجود در صنعت ساختمان می‌توان به بتن و شیشه هوشمند مورد کاربرد در ساختمان‌ها اشاره کرد. در ادامه چند نمونه از مواد هوشمند رایج در نمای ساختمان به صورت موردی بررسی می‌گردد.[۱۲]

    شیشه هوشمند[ویرایش]

    در سه دهه آخر قرن ۲۰ تغییرات وسیعی در صنعت شیشه ایجاد شد. در دهه ۶۰ و ۷۰ افزودن رنگ‌هایی برای کاهش اتلاف حرارتی و خیرگی مرسوم شد. این روند در سال‌های بعد به ایجاد فیلم‌های شفاف شیشه از اکسید فلزات، فیبر شیشه، واحدهای رزینی، تیوب‌های اکرلیک، کریستال‌های مایع، ائروژل‌ها و شیشه کاری کرموژنیک منجر شد. این شیشه‌ها به صورت دینامیکی با شرایط اقلیمی متغیر خارجی و نیازهای ساکنین تطبیق داده می‌شود. ایجاد این سیستم‌ها گام بلندی به سمت طراحی پوسته پایدار ساختمان است که نور در آن فاکتور اساسی بوده و علاوه بر کاهش مصرف انرژی، شفافیت و آسایش را به همراه دارد.[۱۲]

    شیشه‌های ترموکرومیک[ویرایش]

    با استفاده از پوشش‌هایی از مصالح ترموکرومیک می‌توان نوعی شیشه هوشمند ساخت که بدون مسدود کردن نور، گرما را سد می‌کند. توانایی پوشش برای تغییر وضعیت بین جذب و انعکاس نور به معنی استفاده از مزایای گرمایش خورشید در شرایط زمستانی و انعکاس در دماهای بالاتر و جلوگیری از گداختگی فضاهاست. ضمن آنکه در هر دو حالت نور مریی مطلوب جهت روشنایی فضا وجود دارد.

    شیشه‌های الکتروکرومیک Electrochromic[ویرایش]

    در این سیستم (EC)، واحد شیشه با استفاده از فیلم‌های شفاف با ضخامت ۲۰۰ یا ۳۰۰ نانومتر با شدت‌های رنگی متفاوتی در طیف، مرئی از شفاف تا آبی تیره تغییر می‌کند. واحد شیشه برای تغییر میزان شفافیت مطلوب با توجه به مقادیر مختلف انتقال حرارتی به جریان برق متصل می‌شود. پس از قطع جریان، تغییر حالت نوری حفظ می‌شود و نیازی به جریان مداوم برق نیست. وقتی که رنگ شیشه تیره می‌شود تابش حرارتی کاهش یافته و بیشتر اشعه عبوری در طیف مادون قرمز فیلتر می‌شود.

    شیشه‌های گازوکرومیک Gasochromic[ویرایش]

    سیستم گازوکرومیک GC از سه قسمت اصلی تشکیل شده‌است: یک واحد شیشه عایق شده گازوکرومیک IGU یک فیلم ازWO3است. با قرارگرفتن فیلم GC در معرض فشار ضعیف هیدروژن به رنگ آبی درمی آید و انتقال مرئی رااز۶۷تا۱۶وبه طورمشابه انتقال انرژی خورشیدی ۶۰تا۱۲ کاهش می‌دهد.[۲]

    شیشه‌های خود تمیز شونده یا Self Cleaning[ویرایش]

    پس از یک تحقیق ۴ ساله توسط محققان شرکت پیلینگتون و چندین شرکت بزرگ سازنده شیشه در نقاط مختلف دنیا ساخته شدند. شیشه‌های خود شستشو در سطوح پایین هوشمندی قرار می‌گیرند. در فرایند ساخت این شیشه بر روی سطوح آن پوششی شفاف از نوع سخت اعمال می‌شود که با انجام یک فرایند شیمیایی باعث عدم اتصال مواد آلی و ذرات آلودگی چسبنده به شیشه می‌شود. شیشه‌های خود شو با استفاده از دو فرایند همزمان باعث تمیز نگه داشتن سطح شیشه می‌شوند:

    پوشش خود تمیز شونده اتیلن تترافلوئور اتیلنETFE[ویرایش]

    بیش از بیست و پنج سال است که فویل‌ها برای مسقف کردن سازه‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند. امروزه این سیستم ابتکاری که در آن شفافیت و وزنِ سبک با ویژگی‌های عایق کاری بسیار عالی و طول عمر زیاد ترکیب شده و در توسعهٔ معماری، پیشگام است.[۱۴]

    منابع[ویرایش]

    منبع مطلب : fa.wikipedia.org

    مدیر محترم سایت fa.wikipedia.org لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

    جواب کاربران در نظرات پایین سایت

    مهدی : نمیدونم, کاش دوستان در نظرات جواب رو بفرستن.

    میخواهید جواب یا ادامه مطلب را ببینید ؟
    ناشناس 21 روز قبل
    0

    بدددددددد خیلی زیاده

    ناشناس 27 روز قبل
    -1

    مواد هوشمند مانند عینک افتابی

    باران 28 روز قبل
    -1

    ای وای ببخشید فلش اشتباهی زدم برعکس استیکره .👇👇👇

    باران 28 روز قبل
    -1

    به عنوان مثال عینکهایی ساخته شده که اگر به انها نیرو وارد شود قالب انها مچاله می شود اما پس از حذف نیرو یا فشار دوباره به شکل اولیه خود بر می گردد . این نوع مواد هوشمند نام دارند . لوازم پزشکی نیز نوعی مواد هوشمند هستند .

    ناشناس 12 ماه قبل
    -1

    خوب

    0
    ناشناس 21 روز قبل

    اصلا خوب نبود

    ساناز 1 سال قبل
    -1

    خوب بود

    مائده خضرپور 1 سال قبل
    1

    خیلی عالی است

    مهدی 1 سال قبل
    2

    نمیدونم, کاش دوستان در نظرات جواب رو بفرستن.

    برای ارسال نظر کلیک کنید