Az anyagtudomány szerepe

Az előadások a következő témára: "Az anyagtudomány szerepe"— Előadás másolata:

1 Az anyagtudomány szerepe
Anyagismeret Az anyagtudomány szerepe

2 Az anyagtudomány szerepe a XX-XXI. század fordulóján
Stratégia: anyag- és energiatakarékos rendszerek Reciklizálható rendszerek ! Kritikus tudományok: ·        energetika, ·        számítástechnika, ·        anyagtudomány, ·        környezeti stb. -technika (logisztika)

3 Anyagtudomány és technológia
a fizikai, kémiai törvények anyagalakításra alkalmazása, "szerszámok" (akár atomi szinten) Technológia: szabályrendszer, amely reprodukálhatóan rögzíti a "szerszámok" működési tartományát A technológiák jellege építkező – (élővilág – kristálynövesztés) lebontó – (hagyományos megmunkálás)

4 Szerkezeti anyagok, funkcionális anyagok. I
alapvetően a mechanikai, a szilárdságtani tulajdonságok, pl. szakító szilárdság, ill. kopás-, és/vagy korrózióállóság, de lehet fontos a biokompatibilitás, hőállóság, sugárzásállóság, stb. Legtöbbször az anyag tömbi tulajdonságai dominálnak a kiválasztáskor

5 Szerkezeti anyagok, funkcionális anyagok. II
Funkcionális: Bármilyen külső hatásra (elektromos, optikai, mágneses, gravitációs, stb.) adott - elektromos - válasz A „funkció” lehet: fizikai, kémiai, biológiai elvű tulajdonság technológiai műveletek sorával kialakított számítás-, híradástechnikai, optikai stb. alkalmazás, mágneses, mechanikai, gravitációs stb. érzékelés. az "érzékelés" (jeladás) és/vagy a "beavatkozás" képessége

6 Trendek 2001

7 Frontvonalak Közlekedés, energiafaló
Hibrid motorok, elektromos autó anyagai Akkumulátorok, tüzelőanyagcellák + fényelem Építőipar - a városi lét energia-krízise energiatakarékos építkezés mint minimum, „intelligens ház" mint cél a világítás forradalma – félvezetők, kisülések Villamos technológiák – több ág elektronikai, – kémiai, – bio- és biomimetikus, – orvosi rendszerek

8 Közlekedési eszközök anyagai
hibrid motorok - 2-3 literes (széria) elektromos autó - automatizálási kérdés akkumulátorral nem az igazi üzemanyag napelemmel akkumulátorok - kicsi a tartalék, metastabil állapot tüzelőanyagcellák - hidrogén tárolás megoldandó ma, kőolaj bontással, még "10 literes" a kocsi

9 Építőipar Energiatakarékos építkezés
előllítás: alu-acél-cement-beton-homok-hamu-talaj hőszigetelés, 75% megtakarítás „intelligens ház" mint cél (naptelepek, tetőcserépbe integrálva, sugárzásfüggő árnyékolás, stb.)

10 Egyéb területeken – pl. sporteszközök
Csúcsteljesítmény szinte valamennyi területen Főleg a műanyagipar tekintetében: teniszütő, hajók, síléc, textiliák, stb. Fémek: golf-ütők, kard-tőr, korcsolya, Komplex: versenyautók

11 Miniatürizálás Nem csak a kis méret, hordozhatóság, a kis fogyasztás miatt is fontos. A megbízhatóság is fontos elem: minél több intelligenciát kell belezsúfolni a tokba, A hibák főleg az emberrel való kommunikáláskor lépnek fel. Elérhető 1010 lépésre egyetlen tévesztés, (redundáns szervezéssel) "Soft" hiba

12 Az öregedés Nemkívánatos atomi mozgásokkal függ össze.
Főleg helyi melegedések okozzák. Jól tervezett áramkörnél ennek az esélye minimális. A mikroelektronika anyagai olyan tökéletesek, hogy pl. egy vékony, szigetelő oxidrétegben elhelyezett kis szilícium-szigetre helyezett, akár egy-két elektron évtizedig ott marad!

13 MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) tranzisztor
A kapuelektródra adott feszültség nyitja/zárja a f-ból a ny-be az áramot – attól függően, hogy milyen a Si vezetési típusa, ill. hogy az ún. többségi vagy kisebbségi "töltéshordozók" viszik az áramot. Kapu elektród "Vékony" SiO2 Csatorna Nyelő Forrás Si

14 Nanotechnológiák Informatika, hírközlés, optoelektronika
Minden fizikai mennyiség, aminek két stabil állapota van, pl. spin egyelektron tranzisztor, kvantumpötty, "mesterséges atom"

15 Nanotechnológiák, II. Nagyfrekvenciás eszközök Lézerek
Fizikai határok... A fizika, kémia átalakítja a biotudományokat

16 A nanotechnológia nem-informatikai ágai
A pásztázó szondás módszerek – mint preparatív technika Kémiai: katalízis, a fullerén-, szén nanocső, bio-rendszerek Önszerveződéssel nanostrukturált tömbi anyagok, fémek, kompozitok, kerámiák, dielektrikumok Végső cél: az élővilág napenergiára alapozott "preparatív technikáját" a szervetlen világban alkalmazni, a kódolás-kiválogatódás ottani elveit megkeresni

17 Pórusos Si kvantumos fényemitter, elektrokémiai marással

18 E.Coli baktérium forgó zászlója 100000/perc, nanomotor

19 Irodalom …..szemelvények Dr.Gyulai József: Anyagtudomány ea.– részlet