از اختراع اولین خودرو نزدیک به 250 سال می‌گذرد. اولین خودرو در واقع موتوری برون‌سوز (موتور بخار) بود که بر ارابه‌ای نصب شده بود اما با پیشرفت فناوری هر روز شاهد تحولی نو در این حوزه هستیم.

به گزارش مرکز ارتباطات و اطلاع رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، در طی دو و نیم‌قرن، طرح ساده و اولیه مخترع فرانسوی به انواع اتومبیل‌های پیچیده و کارای امروزی تبدیل شده است. هر تغییر در هر بخش از خودرو معادل با اختراع و یا کشف ماده یا ساختاری جدیدی از مواد و با روشی جدید برای تولید قطعات بوده است.

امروزه موتور خودروها از موتور بخار برون‌سوز به موتور درون‌سوز بنزینی یا دیزل تبدیل شده است. استفاده از سیستم درون‌سوز مستلزم استفاده از موادی با مقاومت بالاتر نسبت به دما و فشار است. آلاینده‌های موجود در سوخت، باعث تشکیل محصولات خورنده متنوعی در محفظه احتراق می‌شوند. مواد به‌کاربرده شده در موتور باید به‌گونه‌ای انتخاب شوند که در مقابل این حملات شیمیایی مقاومت داشته باشند. آلیاژهای پیشرفته و پوشش‌های مختلف در بخش موتور اتومبیل‌ها معمولاً از خانواده مواد پیشرفته انتخاب  و استفاده از پوشش‌های محافظ برای ایجاد خواص متفاوت در سطح و مغز قطعه انجام می‌شود. این پوشش‌ها می‌توانند خواص مقاومت به خوردگی و یا سایش را در سطح قطعه بهبود بخشند، بدون اینکه نیازی به تغییر خواص مغز قطعه و یا استفاده از مواد گران‌قیمت پوشش برای کل قطعه باشد.

از مهم‌ترین دغدغه‌های طراحان اتومبیل‌های امروزی، کاهش وزن خودرو است. به‌طور سنتی بدنه خودرو از فولاد‌هایی با استحکام متوسط تولید می‌شد. یکی از روش‌های سبک‌سازی، استفاده از انواع مواد سبک و مستحکم در خودرو بوده است. استفاده از آلیاژهای منیزیم، آلومینیوم و تیتانیوم به‌جای فولاد و چدن در موتور اتومبیل و به‌کارگیری کامپوزیت‌های پیشرفته در برخی قطعات، در کنار استفاده از ورق‌هایی از فولادهای پر استحکام در بدنه، از اقدامات انجام شده برای سبک‌سازی خودرو‌ها است. انواع فولادهای آلیاژی، میکرو‌آلیاژی، دو فاز، ایزوتروپیک، فولادهایی که با  عملیات حرارتی سخت شده‌اند، فولادهای فسفردار، فولادهای کربنی فوق مستحکم، فولادهای ریز‌ساختار و فوق ریزساختار، فولادهای نانو ساختار و .... ازجمله خانواده فولادهای مورداستفاده در بدنه خودروها بوده‌اند.  منیزیم، آلومینیوم و تیتانیوم با چگالی بین یک‌چهارم تا نصف فولاد در بسیاری موارد استحکام برابر و یا حتی بیشتر و خواص مقاومت به سایش، فرسایش، خوردگی و .... بهتری نسبت به فولادها دارند.

از سوی دیگر، سطح راحتی و آسایش سرنشینان با موارد مختلفی در اتومبیل ارتباط دارد. میزان لرزش و صدای خودرو ازجمله این موارد است. سبک‌سازی خودرو‌ها، کنترل لرزش و صدا را حیاتی‌تر نموده است. چراکه برای کاهش وزن خودرو نسبت سفتی به وزن، باید حد‌اکثر و برای کاهش لرزش، باید حداقل باشد. با توجه به این امر، استفاده از مواد متخلخل، فوم‌ها، ساندویچ پنل‌ها و ساختار‌های لانه‌زنبوری در خودرو‌ها مورد توجه قرار گرفته است.

پیشرفت خودرو‌ها و استفاده از کنترل الکترونیک خود مستلزم استفاده از مواد متنوعی است. سیلیسیوم، فلزات کمیاب خاکی، انواع نیمه‌رسانا‌ها و .... برخی از عناصر مورد استفاده در بخش الکترونیک خودرو‌ها هستند. خودروهای خورشیدی برای تأمین قدرت خود وابسته به سلول‌های سیلیسیومی با خلوص بسیار بالا هستند. با توجه به مداوم نبودن تابش خورشید، این خودرو‌ها نیازمند مکانیزم‌های ذخیره‌سازی انرژی همچون باتری‌ها نیز می‌باشند. در سال‌های اخیر با توجه به آلایندگی باتری‌های جیوه و کادمیوم، استفاده از باتری‌های یون‌های فلزی دیگر رایج شده و امروزه بیشترین مصرف مربوط به باتری‌های یون لیتیوم است. خودرو‌های هیبریدی نیز نیازمند باتری‌های سبک، کوچک و با ظرفیت بالا می‌باشند. باتری و ژنراتور این خودرو‌ها نیز با استفاده از فلزات کمیاب خاکی ساخته می‌شوند.

حسگر‌های مختلف مورد استفاده در خودرو‌های جدید همگی با استفاده از مواد هوشمند حساس به کنش‌های مختلف طراحی و ساخته می‌شوند. هر حسگر در واقع کنشی بیرونی را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کند. لرزش، دما، ضربه، مجاورت اشیاء، غلظت اکسیژن، ولتاژ، کیفیت احتراق و .... همگی با استفاده از مواد پیشرفته اندازه‌گیری می‌شوند. دریافت و پردازش اطلاعات این سنجه‌ها و تصمیم‌گیری خودکار و یا دستی بر اساس آن‌ها نیز خود مستلزم استفاده از مواد خاص است.

یک اتومبیل مدرن تقریباً 30000 قطعه دارد. تعیین ماده مورد استفاده در هر قطعه بر اساس کارکرد آن انجام می‌شود. در برخی موارد طراحان بر اساس مواد موجود در زمان طراحی تصمیم به ساختن قطعه از یک جنس خاص می‌گیرند و در برخی موارد دیگر، نیاز به تغییرات، خود نیروی پیشران تحقیقات برای تولید مواد جدید با خواص و کارکرد‌های ویژه در صنعت خودرو بوده است. توجه به کاهش وزن در کنار استفاده از انواع تجهیزات ناوبری و ایمنی برای افزایش راحتی و امنیت سرنشینان فلسفه تغییرات در صنعت خودرو بوده است. اما اجرایی شدن هر تغییری در این صنعت، مستلزم وجود موادی با ویژگی‌های مناسب برای کاربرد خاص است.
ستاد توسعه فناوری‌های مواد و ساخت پیشرفته معاونت علمی نیز درصدد ساماندهی فعالیت ها در این حوزه است تا شاهد پیشرفت فعالیت شرکت های دانش بنیان باشیم.

انتهای پیام/25