Anyagismeret Az anyagtudomány szerepe
Az anyagtudomány szerepe a XX-XXI. század fordulóján Stratégia: anyag- és energiatakarékos rendszerek Reciklizálható rendszerek! Kritikus tudományok: energetika, számítástechnika, anyagtudomány, környezeti stb. -technika (logisztika)
Anyagtudomány és technológia Anyagtudomány: 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)
Szerkezeti anyagok, funkcionális anyagok. I Szerkezeti anyagok: 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
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
Infotechnol. Energetika Közlekedés Gépipar, építőipar Agro-, bio- Gyógyászat Félvezetők Si, A + B 5, széncső? Teljesítményelektronika, SiC Napelemek Organikus félvezetők Aktív implantok Szerkezeti kerámiák átlátszó kerámiák Funkcionális Szenzorok, kerámiák Szupravezetők Optikai, Hullámvezető, fotonikai chip anyagok Polimerek low, high k, CD, memóriák Fémkutatás Trendek 2001 Nanoszerk. anyagok, nanotechnoló gia Tiszta fémek, Cu, Au, W, Ta, stb.) 1-elektron tranzisztor, kvantumkomputer, lézer, memória Többfunkciós Adaptív optika Turbinák, Motorok ("1-2 l- csapágyak es") Tüz.ag cella, magas hőm. szenzorok, akku, szupravezetők? Kisfogyasztás LED, lézer (GaN), ú elektronika kisüléses szigetelők járműipari igények szerint Könnyű fémötvözetek, kompozitok, "smart" aktív anyagok, acélok Turbinák, vasmagok Önoptimáló anyagok motorok, szerszám, kemény bevonatok, Protézisek gépek Szenzor, Szenzorok, Idegstimulátorok nanomegmunkálás beavatk. Monitorok Távirányítás Mesterséges érzékszervek hőálló és terhelhető polimérek (300-500 km önhordóképesség!), "smart" aktív anyagok Korrózióálló ötvözetek Mágneses elemek, Genetikailag módositott fajok Teherbíró és korrózióálló szerkezeti anyagok, bevonatok Intelligens ütközők Intelligens szersz., Intelligens házak Intelligens gépek biokompatibilis, terhelhető, "smart" aktív anyagok Kompozitok, Protézis elemek, "smart" aktív anyagok Protézisek, beültetett elemek génsebészet Intelligens implantok, "smart" aktív anyagok bekapcsolásával, mesterséges érzékszervek
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
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
Építőipar Energiatakarékos építkezés előllítás: alu-acél-cement-beton-homok-hamu-talaj hőszigetelés, 75% megtakarítás intelligens ház" mint cél (naptelepek, tetőcserépbe integrálva, sugárzásfüggő árnyékolás, stb.)
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
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 10 10 lépésre egyetlen tévesztés, (redundáns szervezéssel) "Soft" hiba
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 szilíciumszigetre helyezett, akár egy-két elektron évtizedig ott marad!
MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) tranzisztor "Vékony" SiO 2 Forrás Si Kapu elektród Csatorna Nyelő 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.
Nanotechnológiák Informatika, hírközlés, optoelektronika Minden fizikai mennyiség, aminek két stabil állapota van, pl. spin egyelektron tranzisztor, kvantumpötty, "mesterséges atom"
Nanotechnológiák, II. Nagyfrekvenciás eszközök Lézerek Fizikai határok... A fizika, kémia átalakítja a biotudományokat
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 kódoláskiválogatódás ottani elveit megkeresni
Pórusos Si kvantumos fényemitter, elektrokémiai marással
E.Coli baktérium forgó zászlója 100000/perc, nanomotor