Advanced Material ، مواد پیشرفته

مواد پیشرفته (Advanced Material) به دسته ای از مواد اطلاق می شود که دارای خواصی بسیار برتر از مواد معمولی هستند. از این خواص می توان به چقرمگی، سختی، دوام و الاستیسیته بالا اشاره کرد. این گروه دارای ویژگی های خاص مانند قابلیت حفظ کردن شکل ( آلیاژهای حافظه دار ) هستند که در حقیقت با درک تغییرات محیط، عکس العمل نشان می دهند. استفاده از این گونه مواد در ساخت ایمپلنت ها و تراشه های کامپیوتری بسیار توسعه یافته است.         
دسته بندی مواد پیشرفته
مواد پیشرفته در گروه های زیر دسته بندی می شوند:
1- کامپوزیت
یک ماده ی همگن است که از ترکیب دو یا چند جزء ( الیاف و زمینه ) برای دستیابی به خواص بهتر به وجود آمده است. این اجزاء در مقیاس ماکروسکوپی با یکدیگر ترکیب شده اند ولی در یکدیگر قابل حل نیستند. کامپوزیت ها بر مبنای نوع مواد زمینه به کامپوزیت های زمینه فلزی (MMC)، کامپوزیت های زمینه سرامیکی و کامپوزیت های زمینه پلیمری  (PMC) تقسیم می شوند.

2- آلیاژهای فلزی
ترکیبات فلزی هستند که دارای استحکام، سختی و چکش خواری بسیار بالاتر از هر یک از اجزای سازنده خود هستند. نسبت هر یک از این اجزاست که خواص آلیاژ مورد نظر را تعیین می کند. این آلیاژهای مدرن فقط با افزودن چند درصد از فلز دیگر ساخته می شوند. آلیاژهای حافظه دار، سوپر آلیاژها و غیره جزء این گروه محسوب می شوند.

3- سرامیک های مدرن
مواد جامد غیر آلی و غیر فلزی که در فشار ها و دما های بالا مورد استفاده قرار می گیرد. سرامیک ها از ترکیب عناصر فلزی - غیرفلزی درست می شوند. نمونه هایی از سرامیک ها مانند ظروف چینی و سفالی دارای ویژگی هایی چون سختی و تخلخل و تردی هستند. سرامیک های مدرن برای ساخت استخوان، دندان و ابزار برشی استفاده می شود.

4- نیمه هادی
ماده ایست که رسانایی جریان الکتریسیته ی آن بین مواد عایق و مواد رسانا قرار دارد. خواص الکتریکی نیمه هادی ها می تواند با افزودن مقادیر کمی ناخالصی و اتم های دیگر کنترل شود. ترانزیستورها که در همه ی انواع کامپیوتر، موبایل، ماشین حساب و غیره استفاده می شوند از نیمه هادی ها ساخته شده اند. برخی دیگر از نیمه هادی ها می توانند زمانی که به یک زمینه ی الکتریکی متصل می شوند از خود نور متصاعد کنند. از این دسته کاربرد می توان به دیود های لیزری و دیود های انتشار نور اشاره کرد. سیلیکون متداول ترین ماده برای استفاده در نیمه هادی ها محسوب می شود.

5- ابر رسانا
ابر رسانا ها موادی هستند که از یک دمای مشخص به پایین جریان الکتریسیته را بدون هیچ مقاومتی از خود عبور می دهند. این مواد می توانند برای ذخیره ی انرژی، ذخیره و بازیابی اطلاعات دیجیتالی، ماشین های عکس برداری پزشکی و حمل و نقل بدون اصطکاک استفاده شوند.  
 
6- بیو مواد
این گروه مواد مصنوعی هستند که در بدن به عنوان یکی از سیستم های حیاتی در بافت زنده کار گذاشته می شود. این مواد کیفیت زندگی انسان را هر ساله بهبود می بخشد. محدوده کاربرد این گروه از مواد پیشرفته بسیار وسیع است و مواردی چون مفاصل و پیوند عضو مصنوعی مانند عروق و شریان تا پوست مصنوعی، لنز های تماسی و انواع پروتز ها را در بر می گیرد.

7- مواد آگزتیکی
این مواد وقتی کشیده شوند ضخیم و وقتی فشرده شوند باریک می شوند، درست عکس پیوند لاستیکی. مواد آگزتیکی مقاوم در برابر ضربه هستند لذا در سپر و کمربند ایمنی اتومبیل، واشر ها، جلیقه های ضد گلوله و صداگیر مورد استفاده قرار می گیرند.

8- اسپین ترونیک
این ماده با نام الکترون اسپینی نیز شناخته می شود که در حقیقت علم استفاده از الکترون برای ذخیره اطلاعات است. در این روش از جرم الکترون همانند حالت اسپینی برای ذخیره سازی اطلاعات استفاده می شود. اسپینترونیک پایه گذار روش جدید محاسبات به نام محاسبات کوانتومی است.

9- کولار
کولار یک فیبر مصنوعی پلیمری است که وقتی به وزن کم، استحکام بالا و عمر سایشی بالا نیاز است، مورد استفاده قرار می گیرد. استحکام کششی کولار سه برابر بیشتر از فولاد و چگالی آن کمتر از یک پنجم آن است؛ بنابراین برای ساختارهای محکم، سبک و انعطاف پذیر ایده آل است.

10- نئوپرن
نام یک پارچه ی لاستیکی مصنوعی است که از پلیمر های کلروپرن ساخته می شود. با وجود اینکه بسیار کم کشیده می شود ولی بسیار محکم است. به دلیل پایداری بالایی که دارد، در کاربردهای صنعتی و تجاری بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

11- پلیمر های دارای میکروتخلخل ذاتی (PIMs)
پلیمر های آلی هستند که در ارتباط با برخی مواد متخلخل بوده و در ارتباط با مواد دیگر متخلخل نیستند، از اینرو برای فیلتر کردن مولکول های مورد نظر استفاده می شوند. این مواد جهت استفاده در فرآیند های صنعتی، فناوری های پزشکی و در آزمایشگاه مفید بوده و همچنین برای تهیه آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می گیرند.

12- آمفیفیلیک
مولکول آمفیفیلیک دارای یک سر قطبی ( آب دوست ) و یک سر غیرقطبی ( روغن دوست ) است. سر قطبی آن در آب حل شده و سر غیر قطبی آن در آب نامحلول است. هنگامی که این مولکول ها بر روی سطح قرار داشته باشند منجر به کاهش انرژی چسبندگی و متعاقب آن کاهش کشش سطحی می شوند. در واقع این مولکول ها فعال کننده ی سطح بوده و با نام سورفکتانت نیز شناخه می شوند. همچنین برخی مواد هم چون TiO2 تحت شرایط ویژه آمفیفیلیک هستند. برای مثال در تصویر زیر سطح یک شیشه که پوشش TiO2 دارد نشان داده شده است.

وقتی TiO2 تحت تابش فرابنفش قرار بگیرد، قدرت اکسایش بسیار قوی در سطح تولید می شود و اکثر ترکیبات آلی جذب شده بر روی سطح می توانند تجزیه شوند.
TiO2  + اشعه فرابنفش  =  TiO  یا  Ti2O3  
بر اساس واکنش بالا مواد مختلف پوشیده شده با TiO2 می توانند ترکیبات حاوی مواد آلی جذب شده روی سطح را تحت اشعه فرابنفش موجود در نور خورشید، تجزیه کنند. با این روش، خاصیت تمیزکنندگی و ضد باکتری بودن مصالح بدون استفاده از هیچ ماده شیمیایی و یا مصرف عنصری، اما با استفاده از نور خورشید و آب باران به صورت چرخه تجدیدپذیر ایجاد می گردد.
13- پلیمر
پلیمر مولکول درشتی است که از بخش های کوچکی به نام مونومر تشکیل شده که زنجیروار به یکدیگر متصل شده و ساختار پیچیده ای را به وجود می آورند. پلی به معنای چند و مر به معنی تکه یا پاره است و از اینرو این گروه با نام چندپاره و یا بسپار نیز شناخته می شوند.  نحوه و ترتیب قرارگیری این اتصالات زنجیره ای در کنار هم باعث ایجاد پلیمر های نوین با خواص جدید می گردد.