نانو تکنولوژی در صنعت خودرو

نانو تکنولوژی در صنعت خودرو اهداف فناوری نانو 

نانوتکنولوژی را می‌توان به عنوان فرآیندی برای مهندسی مواد در مقیاسی بین 1 تا 100 نانومتر برای دستیابی به ویژگی‌های اصلاح‌شده یا جدید تعریف کرد که بر همه مسائل روزمره تأثیر می‌گذارد و در همین راستا  نانوتكنولوژي به دليل تاثيرات آن بر اقتصاد عملاً در تمامي كارها و پيشرفتها قابل استفاده است. با توجه به قابلیت‌ها ، نانوتکنولوژی در مهندسی خودروسازی حیاتی‌تر است. بسیاری از محققان به دنبال تحقیق در مورد تأثیر نانوذرات GO و TiO₂ بر کارایی ساخت قطعات خودرو بودند. استفاده از نانوذرات در تولید کامپاندهای تقویت‌شده نه ‌تنها فرمولاسیون و شرایط فرایندی را بهبود می‌بخشد بلکه خواص مواد سازنده را افزایش می‌دهد. نانوسیلیکا، نانوکلی، گرافن، گرافیت و نانولوله‌های کربنی از جمله نانوذراتی هستند که در ساخت کامپاندهای پلیمری به کار می‌روند. نوع نانوذره به کاربرد محصول نهایی بستگی دارد، برای مثال برای تولید محصولی با خاصیت رسانایی از گرافن یا گرافیت استفاده می‌شود که قادر به هدایت جریان رسانا هستند. به منظور رعایت قوانین مربوط به آلایندگی و ایمنی، صنایع خودروسازی بسیار سریع از پیشرفت‌هایی استفاده می‌کنند که علاوه بر بهینه نمودن کیفیت به ارزان سازی کمک نماید.

افزایش درجه بندی در محصولات و روش‌های متعددی که سنتز  مواد نانو انجام می‌شود، تأثیر زیادی در صنعت خودروسازی ایجاد می‌کند. برای اجزای سیستم سوخت، شامل پوشش‌های CNT برای EMI و ESD، پشتیبانی و ایمنی ساختاری توسط نانوکامپوزیت‌های ("روغنکاری، تمیز کردن آسان، خود تمیز شوندگی، ضد مه، ضد سایش، ضد خوردگی و پوشش‌های خود ترمیم شونده") نانو افزودنی‌ها انجام می‌گردد .

سازمان‌هایی مانند «تویوتا، جنرال موتورز، فورد و رولز رویس» با تلاش‌های مشترک  با توسعه‌دهندگان خلاق کاربردهای نانومواد را در زنجیره تحقیقات و تجارت خود جهت  تقویت تحقیق و توسعه داخلی قرار داده و توجه به این موضوع در ایجاد پیشرفت‌ها پیشرو بوده است. یک نمونه مخصوص ساخته شده  در قطعات خودرو ، شامل یک کاغذ فیلتر میکروفیبر شیشه‌ای است که بر روی یک قاب فولادی کم کربن پشتیبانی می‌شود.  کاربرد این قطعات در   بخش خودرو،  باعث شد این محصولات در محصولات ارتقا یافته "نسل اول" قرار گیرد. در حالی که محصولات "نسل دوم" شامل "پیل‌های سوختی، لاستیک‌های هوشمند ، مواد فولادی چند منظوره با استحکام بالا دارای وزن کم و حسگرها خواهد بود. این تحقیق بر روی سناریوی بازار فعلی «نسل اول» و جنبه‌های اقتصادی محصولات «نسل دوم» که قرار است در آینده مثلاً 5 تا 7 سال آینده عرضه شوند، تمرکز دارد.  از جمله موادی که دارای ساختار و مورفولوژی نانو  هستند و  در  بدنه خودروهای مختلف بکار رفته شامل  نانوکامپوزیت‌هایGO ، TiO₂، GO₂-TiO₂  هستند.

1. اهداف فناوری نانو

اهداف فناوری نانو در بخش خودرو  جهت  بکارگیری این فناوری در خودرو عبارتند از:

   محیط

• بهره‌وری منابع
• کاتالیزورها
• سلول‌های سوختی

راحتی

• کیفیت محصول
• سهولت کار
• راحتی مسافر

ایمنی

• ایمنی فعال
• ایمنی غیرفعال
• تعمیر و نگهداری آسان

1.  عملکردهای بالقوه در اتومبیل

عملکردهای مربوط به عرصه خودرو به شرح زیر است :

 مکانیکی

در دمای پایین،  ویژگی‌های «سختی، استحکام شکست و چقرمگی شکست» بسیار  مهم هستند که برای ساخت جامدات نانوساختار افزایش یافته و در نتیجه   اندازه دانه کاهش می‌یابد تا مکانیسم‌های تغییر شکل در دانه‌ها حذف شود  و منجر به دوام بیشتر گردد.  ابزارهای مورد استفاده در تولید، روانکاری بهتر و مواد دارای وزن سبک افزایش یابد.  در این دسته، برخی از شرایط  مانند "سختی، اصطکاک، خواص تریبولوژیکی و مقاومت در برابر شکست" دچار افت می‌شود.

واکنش بین  نانو مواد و سیال در سطوح تماس اتفاق می‌افتد. نسبت سطح به حجم نانو ذرات به دلیل اندازه کوچک برجسته می‌شود. واکنش‌پذیری شیمیایی مواد نانوساختار تحت تأثیر  سطح صاف و خواص آن است. یکی از این مدل‌ها، نانوفیلترها است که به دلیل منافذ نانومتری مواد آن،  اثر طبیعی داشتند.  مقاومت عادی در برابر "اکسیداسیون، خوردگی، سایش مکانیکی و خواص دمای بالا" ایجاد می‌شود. "نسبت سطح به حجم و اندازه منافذ" عظیم منجر به تاثیر هندسی می‌شود.

 عملکردهای الکترونیکی / مغناطیسی

تاثیرات قابل توجهی در محدوده نانومتری وجود دارد که ممکن است در اجسام بزرگتر دیده نشود. تطابق میزان بار حامل به شدت تحت تاثیر اندازه نانو ذرات  قرار می‌گیرد.  بهبود را می‌توان در مقاومت الکتریکی و تنظیم دمای مقاومت در مقایسه با مواد متشکل از کریستال‌های میکرو متری مشاهده کرد و با کنترل اندازه دانه، خواص الکترونیکی را می‌توان تنظیم کرد. ویژگی‌های الکتریکی و مغناطیسی وابسته به اندازه ذرات قرار می‌گیرند.

  قابلیت‌های نوری

رفتار نانوذرات در مواجهه با امواج نور با مواد توده‌ای متفاوت است و این ویژگی یکی دیگر از تفاوت خواص بین مواد توده‌ای و نانوذرات است. در نانوذرات با تغییر در اندازه آن‌ها، فاصله بین ترازهای انرژی تغییر کرده و بنابراین میزان جذب نور در آن‌ها تغییر می‌کند. در نتیجه نانوذرات از یک جنس مشخص با تغییر در اندازه، می‌توانند به رنگ‌های متفاوتی مشاهده شوند. برخی از نانومواد خواص نوری متفاوتی را مانند رنگ یا شفافیت در مقیاسه با مواد توده‌ای نمایش می‌دهند. از دیدگاه کاربردهای صنعتی، خواص نوری نانوذرات و نانوکامپوزیت‌ها بسیار مورد توجه هستند.

رنگ یک ماده در نتیجه برهمکنش نور با ماده می‌باشد. با وجود این که رنگ ویژگی ذاتی یک ماده است اما در مقیاس نانومتری رنگ نانوذرات به شکل و اندازه نانوذرات بستگی دارد. در نانوذرات فلزی با کاهش اندازه ذره دامنه ارتعاشات الکترون‌های موجود در سطح نانوذره تغییر کرده و در نتیجه رنگ نانوذره تغییر می‌کند. هم ‌چنین در سایر نانوذرات با تغییر اندازه ذره فاصله بین ترازهای انرژی در نانوذره تغییر کرده که به تبع آن میزان جذب نور به وسیله نانوذره تغییر کرده و رنگ آن تغییر می‌کند. با تناسب اندازه نانوذرات، یک نوار رنگی دقیق را می‌توان به وضوح در جایی که مواد نور را جذب یا نشر می‌کند متعادل کرد، که از این ویژگی می‌توان از پراکندگی شفاف نانوذرات در سطوح نوری استفاده درست یا نادرست کرد. نانوذرات پودری در اثر پراکندگی در محیط آبی به علت اندازه ذرات ریزشان شفاف به نظر می‌رسند این مزایایی کارایی زیادی در خواص رنگ، فلورسانس و مواد شفاف دارد.

عملکردهای شیمیایی

فواید شیمیایی نانو اجسام به ساختار سطح آن بستگی دارد. مواد نانوساختار دارای بخش بالایی از اتم‌های سطحی هستند که به دلیل پیوند اشباع، عمیقاً واکنش‌پذیر هستند. کرنش شبکه باعث افزایش انرژی سطحی می‌شود که می‌تواند کاربردهایی را برای سطوح با هدایت رطوبت تعیین شده، برای ارتقاء واکنش شیمیایی و علاوه بر آن برای پایداری شیمیایی در روش‌های شیمیایی مختلف کشف کند. واکنش پذیری، گزینش پذیری، و خواص سطحی، عملکردهای این دسته از مواد هستند.

1.  کاربردهای نانوتکنولوژی در خودرو:

زمینه‌های کاربردی احتمالی فناوری نانو در خودروها را می‌توان به طور کلی به شرح زیر طبقه بندی کرد :

نمای بیرونی بدنه خودرو:

عملکردهای مکانیکی - لاک نانو و لعاب پلیمری

 عملکردهای نوری - لایه‌های الکتروکروماتیک و  لایه‌های فوق نازک

 ویژگی‌های شیمیایی - سیستم‌های آب بندی

سطوح نانوساختار چسبندگی رنگ را بهبود می‌بخشد. رنگ‌های ضد خش، خود تمیز و ترمیم شونده خودرو کاربردهایی هستند که ممکن است برای پیشرفت مورد توجه قرار گیرند. لایه بیرونی بدنه خودرو پس از چند بار شستشوی خودرو و مدت زمان طولانی کارکرد بدون عیب و نقص باید تضمین شود. برخلاف چارچوب‌های رنگ معمولی، لاک‌های نانو مقاومت بالاتری در برابر خراش و درخشندگی رنگ را دارا می‌باشند. دلیل این تأثیر فناوری،  وجود ذرات سرامیکی در لایه لاک در گستره نانومتری است. در طول فرآیند خشک شدن و سخت شدن، آنها با ساختار مولکولی ماتریس رنگ ارتباط متقابل دارند و یک ماتریس ضخیم و  مناسب را روی سطح رنگ ایجاد می‌کنند که به شدت مقاومت در برابر خراش و درخشندگی رنگ را بهبود می‌بخشد. رنگ‌های نانو شامل  چسبی آلی با خاصیت ارتجاعی بالا و نانوذرات معدنی با استحکام بالا هستند. نانوذرات دارای استحکام اتصال بالا ، رنگ را در برابر خراش مقاوم می‌کند. برای شیشه جلوی خودرو عمدتاً شیشه‌ها تا حد زیادی پردازش می‌شوند. جایگزینی شیشه‌های معدنی با شیشه‌های پلیمری، قابلیت نانوتکنولوژی را برای ساخت شیشه‌های سبک وزن افزایش میدهد.

پوشش رنگ اکریلات برای ایجاد خاصیت مقاوم در برابر خراش استفاده شده است که در طی فرآیند سخت شدن، نانوذرات سخت Al₂O₃ در ماتریس زیرلایه وارد می‌شوند که این باعث استحکام ضربه مواد و مقاومت بالاتر در برابر سایش شده است. این پوشش بسیار شفاف است و ذرات پرکننده شده دارای اندازه بسیار کوچک و  توزیع خوبی می‌باشد.

فرصت‌های جدیدی توسط "پلاستیک‌های مقاوم در برابر خراش با استحکام بالا" ایجاد می‌شود. که جنبه وسیع تری از کاربرد این پلاستیک را در "روکش‌های شفاف سقف و قطعات رویه بدنه خودرو به ماژول‌های کامل خودرو" می‌دهد. ضخامت‌های کمتر از 100 نانومتر " لایه بازتابنده فوق العاده نازک Al₂O₃" برای داشتن کیفیت نوری برتر آینه‌ها و چراغ‌های جلوی مدرن استفاده می‌شود که کاملاً بر اساس اجزای شیشه و پلاستیک است.

مواد پوششی با TiO₂  تا کنون برای نقش‌های خودتمیزشوندگی، ضدمیکروبی، ضدبخار استفاده شده است. توجه به این نکته مهم است که این نقش‌ها بدون استفاده از مواد شیمیایی و فقط تنها با استفاده از نور خورشید و آب باران به دست آمده است. بنابراین مواد پوشش داده شده می‌توانند به عنوان مواد سازگار با محیط زیست طبقه بندی شوند.

بدنه ماشین

عملکردهای مکانیکی - نانو فولاد

عملکردهای شیمیایی - تشکیل فولاد با استحکام بالا و محافظ در برابر خوردگی

 ایمنی کاربران جاده‌ها دلیل مهمی‌برای پاسخ  به این سوال است که چرا ما در حال توسعه مواد و مواد دارای ساختار نانو هستیم. عواملی مانند اصطکاک، سایش و شرایط محیطی در ابزارآلات و قطعات صنایع خودرو موجب تخریب سطوح قطعات می‌شوند. از این رو برای حل این چالش، طراحان با استفاده از» مهندسی سطح « و اعمال نانوپوشش‌ها توانسته‌اند درصد تخریب قطعات را کاهش دهند.

قطعات نانوساختار استحکام بالا  مورد استفاده در بدنه خودرو  باعث می‌شود به عنوان جذب کننده ضربه در تصادفات به صورت  فوق العاده عملکرد داشته باشد و از طرفی این منجر به کاهش وزن و کاهش مصرف سوخت می‌شود. برای ساخت بدنه خودرو ، مصرف فولاد هنوز به عنوان ماده حیاتی است که به طور فزاینده ای در بدنه‌ها استفاده می‌شود، با توجه به نیازهای فعلی و اهمیت کاهش وزن، فلزات سبک و پلاستیک به عنوان جایگزین در نظر گرفته می‌شوند. فولاد با استحکام بالا در حال حاضر با استفاده از فناوری نانو تولید می‌شود تا گریدهای فولادی با استحکام بالا بدست آید. استحکام فولاد را می‌توان با افزودن "نیترید کربن فلزی" چند برابر نمود.

 فرآیند یکنواختی استحکام با  استفاده از ذرات ریز که در حال حاضر رایج است و به طور یکنواخت پراکنده شده اند ممکن است برای تولید مقادیر زیادی فولاد مقرون به صرفه نباشد. این مشکل را می‌توان با افزودن نانوذرات نیترید کربن فلزی از بین برد.  ذرات نیترید کربن با اندازه 5 تا 10 نانومتر قابلیت شگفت انگیزی برای  قابلیت ساخت  و  ارزان‌سازی می‌باشد.

استفاده از کروم شش ظرفیتی به عنوان محافظ در برابر خوردگی، برای خطرات بهداشتی و خطرات زیست محیطی ناشی از آن باید متوقف شود. این ایراد در تغییر کروم به شکل سه ظرفیتی یا حذف کروم است. در کروم  III در مقایسه با کروم  IV، حفاظت طولانی مدت وجود ندارد اما این عیب را می‌توان با استفاده از نانوذرات سیلیس با الکترولیت برطرف کرد بدین طریق که برای ایجاد لایه روی سطح آسیب دیده با ایجاد  سطحی مثبت ، ذرات SiO2 باردار منفی به سمت ناحیه آسیب دیده منتشر می‌شوند.

چالش‌های موجود در بازار پوشش:

•  انتظارات مشتری
•  سازگاری با محیط زیست و پایداری
•  نوآوری، تغییر

انتظارات از فناوری نانو در پوشش ها:

•  مقاومت در برابر خراش
•  مقاومت در برابر سایش
• ویژگی‌های مکانیکی
•  محافظت در برابر اشعه فرا بنفش
•  ضد میکروبی (خود تمیز شونده، دفع آب)
• رسانایی
•  جذب و نشر  امواج مادون قرمز( IR )
•  فلورسانس
• خواص مغناطیسی

 فضای داخلی خودرو

جلوه‌های هندسی - نانو فیلتر

 قابلیت‌های نوری - پوشش‌های ضد تابش

عملکردهای شیمیایی - حفاظت از آلودگی، بوی خوش در کابین

 در داخل خودرو، "صندلی‌های دافع کثیفی، فیلترهای هوا که برای فیلتر کردن ذرات و آلاینده‌های گازی طراحی شده‌اند" نقش مهمی‌ایفا می‌کنند. OEM‌های خودکار وظیفه دارند با در نظر گرفتن مصرف سوخت و ایمنی، راحتی بیشتری را ارائه دهند. شرایط اب و هوای داخل خودرو تحت تأثیر کیفیت هوایی است که توسط فیلتراسیون ذرات و آلاینده‌های گازی آن گرفته و به داخل خودرو هدایت می‌شود.

 فیلتر باید در دماهای مختلف تحت شرایط رطوبت متفاوت عمل کند و لرزش، آب و رسوب میکروبیولوژیکی را تحمل کند. در فیلترهایی که خواص فیلتر بسیار خوبی را نشان می‌دهد هنگام استفاده از الیاف در محدوده نانومتری، می‌توان با به حداقل رساندن مقاومت هوا، انرژی را ذخیره کرد. در خودروهای سواری، فیلتر دود اگزوز با استفاده از فناوری نانو فیلتراسیون برای کاهش انتشار آلاینده‌ها ساخته شده اند.

تامین هوا و تهویه مطبوع نیز یکی دیگر از نگرانی‌های توسعه تکنولوژی است، هوا در سقف با فوم مخصوصی که می‌تواند با استفاده از فناوری نانو تهیه شده باشد فیلتر شود،  پس از یک دوره کاری ذرات گرد و غبار و سایرآلاینده‌ها تخلیه می‌شود تا مواد فوم عاری از ذرات آلاینده باشد زیرا ذرات آلاینده به فوم نمی‌چسبند. مزیت دیگر این مواد استفاده از آن به عنوان عایق حرارتی خوب  این فوم‌ها می‌باشد.

  با استفاده از تکنولوژی نانو می‌توان روکش هایی برای صندلی‌ها تهیه نمود تا مشکل  پارچه‌ها و چرم‌های کنونی  مثل اثرات نامطلوب کثیفی و لکه‌های آب روی صندلی‌ها  در روز بارانی که با ورود آب با باز شدن در ایجاد می‌شود را  می‌توان کاهش داد یا تا حدودی حذف کرد.

با استفاده از فناوری نانو  می‌توان روی صندلی‌های چرمی‌رایحه خاصی با استفاده از  " میکرو کپسول آبی" ایجاد کرد. ضخامت کپسول در محدوده نانومتری کوچک است که باعث می‌شود داخل چرم نفوذ کند و بین الیاف بچسبد. و هنگامی‌که صندلی‌ها استفاده می‌شوند،  کپسول ترکیده و عطر را در خودرو آزاد می‌کند.

در شیشه و آینه‌های معمولی بخار آب باعث ماتی سطح آنها می‌شود. ولی در شیشه و آینه‌های که سطح آنها توسط یک لایه نازک TiO₂ پوشش داده شده است به علت خاصیت آبدوستی TiO₂در حضور تابش نور به جای قطرات آب یک فیلم نازک و یکنواخت آب تشکیل می‌شود ودیگر حالت ماتی وجود نخواهد داشت. با پوشش TiO₂بر روی سطوح این حالت فوق آبدوستی برای چندین روز تا یک هفته بدون تغییر باقی می‌ماند.  بنابراین انتظار داریم با استفاده از این روش که فرایند راحت تر و ارزانتری است، شیشه‌های مختلف مثل آیینه ها، عینکها و وسایل دیگر با کمک این خاصیت، ضدبخار تولید شوند. امروزه آیینه‌های جانبی برخی اتومبیل‌ها به این سیستم ضد بخار مجهز شده است.

شاسی و لاستیک

عملکردهای مکانیکی – دوده کربن در لاستیک‌ها و نانو فولاد

مخلوط‌های لاستیکی نقش برجسته‌ای در ویژگی لاستیک دارند، زیرا چرخ‌ها از نظر فناوری پیشرفته‌ترین محصول هستند که عملکرد را در هنگام تماس با جاده تعیین می‌کنند.  لاستیک‌ها دارای الزامات متناقضی هستند که عبارتند از: "چسبندگی خوب، مقاومت غلتشی کمتر، مقاومت در برابر سایش، ضد لغزش".

فعل و انفعالات شیمیایی و فیزیکی در مورد تایرها بین لاستیک و مواد پرکننده پیچیده است. خواص لاستیک طبیعی با استفاده از دوده به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد که دوام و راندمان سوخت را افزایش می‌دهد. کاهش اصطکاک داخلی و مقاومت غلتشی با افزایش انرژی سطحی نانوذرات حاصل می‌شود که برهمکنش با مولکول‌های لاستیک طبیعی را بهبود می‌بخشد. در سرعت بالا، ارتعاشات کرنش نیز در داخل ماده کاهش می‌یابد.  در جاده‌های خیس مشکل سازترین قسمت در خودرو اثر تایر بر جاده است.

طراحی شاسی پر از تئوری تضاد بین ایجاد تعادل بین راحتی و ایمنی است، از یک طرف "شاسی نرم راحت است" در حالی که از طرف دیگر "شاسی سخت ایمن است". شاسی خودرو در میان تضاد بین راحتی و ایمنی طراحی شده است. شاسی "نرم" راحت در نظر گرفته می‌شود در حالی که "سخت" ایمن است.

با اعمال میدان مغناطیسی و الکتریکی، سیال مغناطیسی رئولوژیکی مورد استفاده در سیستم‌های میرایی می‌تواند ویسکوزیته را تغییر دهد. به این ترتیب مایع باید در عرض چند میلی ثانیه به ژل مقاوم تبدیل شود. نانوذرات به‌عنوان افزودنی می‌توانند این تغییر فاز را با سرعت بسیار سریع‌تر 1500 بار در ثانیه از حالت سیال به جامد انجام دهند.  این تغییر در مقایسه با هیدرولیک‌های مدرن با سرعت نزدیک به 400-500 بار در ثانیه قابل رقابت است.

 برق و الکترونیک

اثرات هندسی - پیل سوختی

قابلیت‌های الکترونیکی / مغناطیسی - سلول‌های خورشیدی

زمانی که سیستم تنظیم اتوماتیک تقریباً در  هر بخش خودرو در نظر گرفته می‌شود، الکترونیک اساسی ترین و مهم ترین بخش است که در وسایل الکترونیکی کنترل می‌شود. ابرخازن‌ها با استفاده از فناوری نانو ساخته می‌شوند. در تنظیم خودکار ، الکترونیک به عنوان یک کمک راننده به راننده کمک می‌کند و دارای نوآوری‌هایی است که طیف گسترده‌ای از برنامه‌ها را ایجاد می‌کند. مسئله اصلی در خودروها مصرف برق است. الکترونیک علاوه بر وسایل برقی سرگرم کننده  به افزایش اقدامات ایمنی و راحتی کمک می‌کند که از طرف دیگر مصرف برق خودرو را افزایش می‌دهد. و از آنجایی که ذخایر سوخت فسیلی با سرعت بسیار بیشتری در حال کاهش است، انرژی متناوب به طور قابل توجهی مورد توجه قرار می‌گیرد، که سلول‌های سوختی نقش مهمی‌در تولید آن ایفا می‌کنند. در هسته پیل سوختی، واکنش‌های شیمیایی بین هیدروژن و اکسیژن انجام می‌شود که در نتیجه گرما و جریان تولید می‌شود. اجزای  این سیستم شامل "یونهای هیدروژن در آند" و "الکترونهای اکسیژن در کاتد" بین الکترود انتشار گاز با کاتالیزور و غشاء است.  کاتالیزور دارای سطحی بالا برای عملکرد الکترود غشایی سیستم مورد نیاز است. لذا از مولکول‌های فلز گرانبها در مقیاس نانو استفاده می‌شود.  چالش اینجاست که بتوان این ذرات را به طور مساوی توزیع کرد و از تجمع در طول عملیات جلوگیری شود.

مشکل سلول‌های خورشیدی معمولی، کاهش بازده به دلیل انعکاس نور در شیشه است، که حتی در "قاب‌های شیشه ای با کیفیت بالا" حدود 10٪ است . کاهش انعکاس نور و بهبود راندمان سیستم خورشیدی با پوشش شیشه ای که بر اساس فناوری سل-ژل ساخته شده است به دست می‌آید . ترکیبی از ذرات دارای قطری حدود 10 تا 35 نانومتری که حاصل استفاده از لایه نانو مواد متخلخل مورد نظر است "پوشش ضد انعکاس پهنای باند" را ایجاد می‌کند. لایه نانو متخلخل  را می‌توان از محلولی که به صورت ژل شده و بر اثر خشک شدن شیشه‌ای شده است و سپس در دمای   600 تا 700 درجه سانتی گراد  کلسینه می‌گردد را بدست آورد.  کاهش انعکاس و افزایش عبور نور خورشید به دلیل ایجاد لایه ای با ضریب شکست کم  می‌باشد.

 موتور و  اجزائ آن

عملکردهای مکانیکی - اجزای اصطکاک کم

عملکردهای شیمیایی - کاتالیزورها، مواد افزودنی سوخت

کاهش اصطکاک توسط سیستم‌های  دارای لایه نانو می‌تواند منجر به صرفه جویی در سوخت شود.  مصرف سوخت تحت تأثیر اصطکاک موتور برای کاهش اصطکاک در قطعات مکانیکی متحرک است. جدای از مجموعه پیستون که دیواره سیلندر و پیستون را تشکیل می‌دهد، عناصر محرک میل‌لنگ و محرک سوپاپ، از جمله میل بادامک و سوپاپ‌ها برای بخشی از قطعات مکانیکی، اصطکاک مجموعه پیستون باعث بخش عمده ای از میزان اصطکاک می‌شود. فناوری نانو می‌توانند با کاهش اصطکاک از طریق اعمال پوشش‌های نانوکریستالی بر روی دیواره سیلندر، به کاهش مصرف سوخت کمک کنند.

برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در خودروها، کاتالیزورها ضروری هستند. کاتالیزورهای کاهش دهنده آلودگی دود اگزوز خودرو شامل ترکیبی از پلاتین (Pt)، رودیوم (Rh) و پالادیوم (Pd)  است. در داخل کاتالیزور، واکنش شیمیایی بین فلزات گرانبها و گازهای خروجی اگزوز انجام می‌گیرد.  کاتالیزور به واکنش شیمیایی اکسید نیتروژن (NO_X)  مونوکسیدکربن (CO) و هیدروکربن‌ها (HC) به ترکیبات غیر سمی‌‌مانند نیتروژن (N₂)، آب (H₂O) و دی اکسید کربن (CO₂)  کمک می‌کند. در کاتالیزورهای معمولی، دمای بالا در داخل کاتالیزور باعث می‌شود که فلزات گرانبها در آن کلوخه شده در نتیجه باعث کاهش سطح فلز ات گرانبها گردیده و منجر به کاهش عملکرد موثر تبدیل گازها آلاینده می‌شود.  برای جبران این مشکل، مبدل‌های موجود حاوی مقدار بیشتری از فلزات گرانبها هستند تا سطح تمیزی کارآمدی حفظ شود. در طی تبدیل گازهای سمی‌به غیر سمی، فناوری نانو نقش مهمی‌ایفا می‌کند.   کاتالیزورهای دارای سطح موثر بالا برای عملکرد بهتر کاتالیزوری نیاز به فناوری نانو  شدت بستگی دارد.

مایع خنک کننده موتور:

رسانایی حرارتی با استفاده از نانوسیالات که دارای نانوذرات معلق در سیالات معمولی هستند، افزایش یافت. چنین افزایشی رسانایی را نمی‌توان با سوسپانسیون‌های دارای سیال با ذرات در محدوده میکرومتر به دست آورد. پتانسیل زیر برای نانوتکنولوژی در خنک کننده موتور وجود دارد:

•  عمر مایع خنک کننده افزایش می‌یابد
•  سیستم خنک کننده را کوچک کنید
• افزایش نسبت تراکم و کاهش سایز موتور
• انتقال حرارت بهبود یافته است

معایب  OEM :

با توجه به نتایج و بحث‌های ارائه شده در بالا یک تحقیق کامل در مورد توانایی اقتصادی فناوری نانو برای صنایع خودروسازی باید  در کنار کارگروه تخصصی ایمنی کاربرد فناوری نانو و سازمان‌های حفاظت از محیط زیست انجام شود. فناوری نانو پتانسیلی خوبی برای باز کردن بازارهای جدید در صنعت خودرو سازی دارد. هر چند که خواسته یا ناخواسته این تکنولوژی در صنعت خودرو وارد شده ولی کمتر از کلمه نانو مواد در آن تکنولوژی استفاده می‌شود. یک نمونه بارز این تکنولوژی استفاده از آن در تهیه واشکوت مبدل کاتالیزوری، رنگ‌ها، پارچه‌ها، روانکار، گریس و .. خودرو می‌باشد  که به دلایل ذیل تمایل صنایع در استفاده از این تکنولوژی مخفی مانده است:

1.  تغییر در فرآیندهای تولید که توسط فناوری نانو ایجاد شده ‌است ممکن است منجر به تغییرات جانبی و گاهی از دست دادن شغل بسیاری از افراد در سراسر دنیا شود.
2. کنترل فرایند در تهیه نانو مواد امر مهمی‌محسوب می‌شود زیرا با تغییر مورفولوژی و سایز عمیقا واکنش‌ها و کارایی مواد تحت تاثیر قرار می‌گیرد و کل سیستم تحت تاثیر قرار می‌گیرد. 
3. عدم حضور کارگروه تخصصی ایمنی  و سازمان محیط زیست از بکار بردن نام نانو در این صنایع خودداری می‌شود.
4. آینده و عاقبت وجود نانو مواد به کار رفته در صنایع بعد از عدم کارایی و برگشت به محیط زیست چه خواهد شد.
5.  برای بازیافت صحیح این مواد تحقیق کامل انجام نشده
6. نانو تکنولوژی برخی اثرات منفی بر روی محیط زیست داشته باشد، زیرا سموم و آلاینده‌های احتمالی جدید توسط فناوری این فناوری ایجاد می‌شود.

هر چند که گفته مى شود نانوفناورى قابلیت تولید و کاربرد فناورى هاى تمیزتر را دارا است؛ اما در کاربرد نانومواد یا ریزمواد باید احتیاط لازم را به عمل آورد و مطالعات تکمیلی قبل از استفاده از نانو مواد انجام پذیرد.  با توجه به اینکه مطالعات نشان مى‌دهد افرادى که در معرض انتشار نانومواد قرار دارند ممکن است به عارضه‌هایى دچار شوند و همچنین تخلیه نانوذرات به آب نیز سبب آلودگى‌هاى سمى زیست محیطى مى‌شود باید به این نکته هم اشاره کرد که به طور کلی استفاده نامناسب از هر گونه مواد شیمیایی این اثرات مخرب را  بر روی انسان و محیط زیست دارد و همانگونه که برای دفع مواد شیمیایی و فاضلابها تحقیقات انجام شده برای روبرو شدن با مواد نانو نیز بتید تدابیر تکمیلی پیشنهاد گردد.

یکى از راه‌هاى ورود نانومواد به داخل بدن موجودات زنده استنشاق است. این امر یکى از موضوعاتى بوده است که بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. مدارک معتبرى وجود دارد که ثابت مى‌کند ذرات پایدار با اندازه کمتر از ۱۰۰ نانومتر پس از استنشاق مى‌توانند مسمومیت اساسى ایجاد کنند. ذرات استنشاق شده تمایل زیادى به رسوب کردن در مجارى تنفسى و ریه‌ها دارند که این تمایل در افراد مبتلا به آسم و سایر عارضه هاى تنفسى بیشتر است. التهاب ریه که از استنشاق نانوذرات حاصل مى‌شود در حیواناتى مانند موش مشاهده شده و اثر آن در حیوانات پیر بیشتر است. البته این مورد از الودگی نیز با راهکارهای مناسب مانند سایر آلاینده‌های تنفسی قابل کنترل می‌باشد. در صورتی که قبل از به کاربردن تکنولوژی تدابیر محیط زیست آنها تکمیل گردیده باشد. از جمله مطالعه اثر نانوذرات کربن و اکسید تیتانیم با اندازه هاى بین ۲۲۰- ۱۲ نانومتر روى موش‌ها نشان داده است که قدرت دفاعى را در شش‌هاى آنها پایین مى‌آورد. تماس مداوم و زیاد با نانوذرات ممکن است سبب تصلب بافت‌ها شود. کار در مکان‌هایى که در آنجا از کربن سیاه استفاده مى‌شود به مرور زمان سبب بروز بیمارى‌هاى تنفسى از قبیل برونشیت و یا حتى سرطان ریه مى‌شود. این بیمارى‌ها در حیواناتى که در تماس دائم با نانوذرات بوده‌اند مشاهده شده است. شواهد زیادى وجود دارد که نشان مى‌دهد سطح فعال و تعداد نانوذرات استنشاق شده در اثرات مخربى که ایجاد مى‌کنند نقش تعیین کننده دارند. طبیعت شیمیایى و بار الکتریکى نانوذرات نیز از دیگر عوامل تعیین کننده در میزان خطرناک بودن آنها در صورت استنشاق است. همانطور که می‌دانید استفاده از آزبست نیز عواقب بدی برای کارگران داشته که برای آن تدابیری اندیشیده شد و مصرف آن ممنوع گردید بدون اینکه متشکل از مواد نانو باشد.

نانوذرات علاوه بر بیمارى‌هاى تنفسى که ایجاد مى‌کنند، مى توانند بروز بیمارى‌هایى را در سیستم قلبى عروقى انسان ایجاد کنند. اثر مخرب این ذرات روى سیستم قلبى حیوانات با آزمایشاتى که انجام شده به اثبات رسیده است. این بیمارى‌هاى قلبى ممکن است از تغییر در عملکرد شش‌ها نشات گرفته باشد و یا به نفوذ نانوذرات به بافت ریه مرتبط باشد. در مورد احتمال دوم شواهد نشان داده اند که نانوذرات جامد توانایى جابه جا شدن در مخاط و بافت‌هاى تنفسى انسان و سایر پستانداران را دارا هستند. حضور نانوذرات استنشاقى در سیستم گردش خون و در کبد مشاهده شده است. از سوى دیگر مطالعات نشان داده که تماس دائم و کامل با نانوذرات سبب ورود این مواد به مغز حیوانات شده است. نفوذ نانوذرات کربنى به قسمت بویایى مغز موش از طریق عبور از مخاط بویایى و عصب بویایى به اثبات رسیده است.

در بعضى از موارد ممکن است اثر یک ماده ویژه اثر منفى نانوذرات را تشدید کند. به عنوان مثال حضور ذرات بزرگ نیکل در کنار نانوذرات این ماده صدمات ریوى و التهاب آن را افزایش مى‌دهد. این مطالعه نشان مى‌دهد که نه تنها سطح ویژه نانوذرات نیکل در اثرات مخرب آن نقش دارد بلکه یون‌هاى نیکل نیز اثر مهمى در ایجاد مسمومیت در سلول هاى موش دارند. سرطان ریه در انسان با در معرض نانوذرات نیکل قرار گرفتن ارتباط دارد. این اثر در حضور مواد محلولى که حاوى نیکل هستند بیشتر خود را مى‌نمایاند. از دیگر موادى که اثر تشدید کننده آنها روى فعالیت مخرب نانوذرات اثبات شده است مى‌توان آهن و دوده را نام برد. به طور کلی به مواد نانو ساختار باید با یک رویکرد جدید و  به عنوان یک گروه عاملی جدید نگاه کرد که ترکیب ایجاد شده این گروه جدید در مجاورت گونه‌های متفاوت با هم فرق دارد. لذا قبل از استفاده از نانو مواد باید تمام آزمون‌های تکمیلی جهت اطمینان از غیر مضر بودن این ترکیب در محیط جدید آن انجام گردد.  از سوى دیگر هنگامى که از نانوذرات ترکیبات آلى فلزى یا پلیمرى استفاده مى‌شود خطر تجزیه ترکیبات وجود دارد که مواد حاصل از این تجزیه ممکن است اثرات زیان آورى را موجب شوند. به عنوان مثال ترکیب پلیمرى پلى آلکیل سیانو اکریلات در صورت داشتن شاخه آلکیلى کوچک به راحتى تجزیه شده و مواد سمى تولید مى‌کند اما این پلیمر اگر حاوى شاخه‌هاى آلکیلى بزرگ باشد تجزیه شدن آن کمتر اتفاق مى‌افتد.  لذا استفاده از نانوذرات به جاى رنگ‌هاى فلورسنتى در تصویربردارى از سیستم‌هاى زنده از کاربردهاى جدید نانومواد است. یکى از موادى که مطالعات زیادى در مورد آن انجام شده نیمه‌هادى نقاط کوانتومى است که از کادمیم و سلنیم ساخته شده است. این ماده به خاطر آزاد شدن یون کادمیم سمیت زیادى از خود نشان مى‌دهد.

در پایان با توجه به مطالب فوق مى‌توان گفت که خطر کلى نانوذرات به پایدارى آنها در مواد زیستى مرتبط است. نانوذراتى که به راحتى به مواد با سمیت کم تجزیه مى شوند نسبت به نانوذرات مقاوم در مقابل تجزیه زیستى از زیان آورى کمترى برخوردارند. شکل و طبیعت سطح  نانوذرات در زیان آور بودن آن نقش مهمى دارد. با توجه به این مطالعات و مشخص شدن اثرات جانبى منفى نانوذرات، باید در جهت رفع این مشکل مطالعات و تحقیقات کامل تری انجام پذیرد.

نتیجه گیری : 

ویژگى بارز نانوفناورى استفاده آن از ذرات بسیار کوچکى است که حداقل یکى از ابعاد آنها کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. گفته شده است که نانوفناورى مى‌تواند مواد زائد و آلودگى‌ها را از محیط حذف کند حتى مى‌تواند به طور فزاینده‌اى از مصرف و هدر رفتن منابع جلوگیرى کند که این خود مى‌تواند سبب شود قیمت تمام شده بسیارى از محصولات و فرآیندها کاهش یابد. از سوى دیگر نانوفناورى این قابلیت را دارد که با فراهم آوردن امکان انتخاب گرى بالا در واکنش‌هاى شیمیایى، بهره‌ورى در مصرف انرژى و کاهش تولید مواد زائد را موجب شود.

فناوری نانو با امکانات کاربردی متعدد و تأثیر قابل توجه بر روی مواد و نانو ساختار‌های ویژه، می‌تواند انگیزه‌ای برای ایجاد نوآوری‌ها به‌ویژه در بخش خودرو داشته باشد. عملکرد شیمیایی این مواد در بهبود "خواص مواد" و "آماده سازی سطح" و به دنبال آن "کارایی  حفاظتی و نوری" آن در  خودروها  را تحت تاثیر قرار می‌دهد. ارتقای محصولات صنعتی با یک تحقیق نوآورانه را می‌توان با به دست آوردن نیازمندی در آن زمینه به دست آورد. ظرفیت تکنولوژیکی صنعت خودرو را بر اساس نیازمندی‌های آن به تصویر می‌کشند. برای به دست آوردن مزیت رقابتی، نانوتکنولوژی یک گزینه مناسب توانایی ارائه راهکار در صنعت خودرو را دارد. با توجه به امکان پیشرفت‌های آتی، تحلیل تحولات جاری باید انجام شود.

در صنعت خودروسازی، فناوری نانو از جایگاهی حیاتی برخوردار است. نمونه‌های نانومواد عبارتند از: «آینه‌های الکتروکرومیک که از کور شدن راننده جلوگیری می‌کنند. لاستیک‌هایی ساخته شده از ترکیب نانومواد، به جاده‌ها بهتر می‌چسبند.  خودروهای آینده نگر را می‌توان در پاسخ به محرک‌های محیطی هوشمندتر دید. خواص کاربردی تزئینات داخلی  با استفاده از فناوری نانو نیز قابل توجه است.  برای وسایل نقلیه، "ساختارهای کامپوزیتی در بدنه، موتور و شاسی، وزن کم" با ویژگی‌های جدید قابل بررسی است که مقاومت بالایی در برابر تصادف دارند. برای سیستم محرکه، فناوری‌های نانو پتانسیل بهینه‌سازی را در رابطه با افزایش بهره‌وری سوخت و کاهش انتشار آلودگی  ارائه می‌دهند.

با این وجود مطالعات نشان مى‌دهد که این فناورى نوظهور در صورت ناقص بودن تحقیقات بى خطر نیست. مهم‌ترین و قدیمى‌ترین  نانو ذرات تولیدی کربن سیاه یا کربن بلاک است که در ساختن لاستیک و نیز در صنایع چاپ به کار مى‌رود. کاربردهاى جدید این نانوماده در صنایع دیگرى چون صنایع پوششى، نساجى، سرامیک، شیشه و… گزارش شده است. نانوذراتى که به صورت ناخواسته به عنوان محصول فرعى بعضى از فرآیندها- مانند سوختن سوخت‌هاى دیزلى، گداختن فلزات و حرارت دادن پلیمرها تولید مى‌شوند، که به این دسته نانوذرات غیرتولیدى نیز گفته مى‌شود. امروزه بیشتر نانوذرات تولیدى از اکسیدهاى فلزى، سیلیکون و کربن ساخته مى‌شوند. بیشتر نانوذرات محلول در روغن  از چربى‌ها و ساختارهایى با پایه پلى اتیلن گلیکول ساخته شده اند. 

نانوتکنولوژی کاربرد مفیدی در مبدل‌های کاتالیزوری پیدا می‌کند.  پتانسیل‌های جدید ممکن است توسط تریبولوژی نانو کاوش شود زیرا ویژگی عملکردی وسیله نقلیه تحت تأثیر ساییدگی قطعات قرار می‌گیرد. غشاهای انتشار را می‌توان با کمک محصولات فناوری نانو بهینه کرد. رقابت در بازار صنعت خودرو و افزایش سودآوری نتیجه کاربردهای فناوری نانو است. صنایع خودروسازی زمانی که دانش و تحقیقات خود را با سازمان‌های دانشگاهی و تحقیقاتی همکاری می‌کنند، می‌توانند در زمینه فناوری‌نانو معجزه کنند.

این تحولات ممکن است یک مزیت برای تمامی‌صنایع باشد، اما اگر نتوان از این موارد محافظت کرد، احتمالا شاهد بروز فاجعه خواهیم بود!

مرجع