Potřeba vývoje materiálů, které dokáží díky svým fyzikálním vlastnostem reagovat na podněty z vnějšího okolí stejně, jako to dokáží např. živé organismy, je s rostoucím technologickým vývojem stále naléhavější. Jsou to „chytré“ materiály (smart materials), které ze své fyzikální podstaty umí zaznamenat změnu prostředí a určitým způsobem na ní odpovědět. A to např. změnou své teploty, změnou rozměrů nebo ovlivněním elektromagnetického pole. Stejně jako organické struktury tak dokáží vhodnou reakcí např. ochránit svojí „existenci“ – tedy dále bez poškození plnit technický cíl i za nových, změněných podmínek. Tyto materiály tak dokáží „pracovat“ naprosto samostatně, nebo poskytovat významné informace vnějším digitálním řídícím jednotkám. Obecně se dá říci, že materiály těchto vlastností, dokáží přeměnit jeden druh energie na druhý. Můžeme je rozdělit do dvou skupin. První skupinou jsou tzv. snímající materiály (sensors), které reagují na fyzikální podněty (změna teploty, tlaku, nebo osvětlení) a vyšlou fyzikální signál o této změně. Druhou pak tzv. budící materiály (actuators), které reagují na vnější buzení změnou svých mechanických vlastností (změna rozměrů, viskozity atd.). Podrobněji pak můžeme tyto materiály od sebe oddělit na:
1) Pyroelektrické – materiály, které se dokáží elektricky polarizovat při změně teploty. Složením se jedná o různé monokrystalické keramické materiály (BaSrTIO3,LiTaO3, vysoce čistý polymer ze skupiny teflonů PVDF)
2) Piezoelektrické – velmi využívaná skupina materiálů umožňující změnu rozměrů při změně elektrického pole, nebo opačně při mechanickém namáhání dokáží změnit své elektromagnetické vlastnosti. Jsou to materiály především na bázi olova (PbZrTiO3) a polymery. Podobnou skupinou jsou pak materiály elektrostriktní, které však poskytují nelineární, ale velmi rychlou odezvu.
3) Magnetostriktní – materiály měnící tvar při vložení do magnetického pole (opačný efekt se nazývá piezomagnetismus). Tuto vlastnost vykazuje většina vzácných rud, avšak za nízkých teplot. Proto jediným běžněji používaným materiálem jsou slitiny niklu.
4) Slitiny s tvarovou pamětí – tuto velmi důležitou a stále častěji využívanou skupinu tvoří především slitiny Ni-Ti. Tzv. jednostranná tvarová paměť se projevuje při zchlazení austenitické struktury na martenzitickou a následné deformaci. Při zpětném ohřátí na původní teplotu pak materiál dostane původní tvar.
5) Elektroaktivní tekuté polymery – jsou kompozitní polymery umístěné v elektrolytu (neběžněji voda) které po externím impulsu (magnetické pole, změna pH, změna osvětlení, teploty) významně změní rozměry. Polymery mohou být nahrazeny velmi účinnými nano-trubičkami uhlíku.
6) Elektro/photo/thermo-luministentní – anorganické i organické materiály, u kterých po dodání vnější energie (elektrické) valenční elektrony přestoupí na vyšší energetickou hladinu. Poté přecházejí zpět a emitují světelné záření. Nejznámější použití těchto materiálů najdeme v tzv. LED (light emiting diode) světelných zdrojích.
7) Elektrochromické – materiály umožňující optické změny jako jsou změna barvy, průhlednosti atd. Jedná se o oxidy kovů. Celý efekt je plně vratný.
Jako příklady použití inteligentních materiálů v automobilové praxi může sloužit např. aktivní lopatky odvětrání chladiče motoru z produkce amerického automobilové koncernu General Motors. V případě potřeby rychlého zahřátí motoru jsou lopatky zavřené proud vzduchu okolo chladiče proudí minimálně. Pokud dojde k nežádoucímu zahřívání chladící kapaliny, lopatky obsahující inteligentní materiál reagující na změnu teploty začnou měnit svůj tvar. Napětí takto vytvořené se přemění v mechanickou energii, která pohne lopatkami a otevře tak přívod vzduchu ke chladiči.
Dalším použitím pak můžou být na podobném principu pracující výsuvné aerodynamické spoilery nebo např. i mechanické brzdění využívající efektu reverzní změny rozměrů. To je však ještě budoucnost. Nicméně velmi slibná.
Žádné komentáře:
Okomentovat