Εφαρμογές έξυπνων υλικών

Abstract

Οι όροι «έξυπνο», «λειτουργικό», πολύ-λειτουργικό» και «ευφυές» χρησιμοποιούνται συχνά κατ’εναλλαγήν. Αυτό έχει λογική, ακόμα κι αν προκαλεί σύγχυση, για τους τρεις πρώτους όρους όμως ο τελευταίος σχεδόν με βεβαιότητα υπονοεί ένα βαθμό ευαισθησίας που δεν υπάρχει σε κανένα μη-βιολογικό σύστημα. Εύλογα δεν υπάρχει τέτοιο πράγμα όπως «το έξυπνο υλικό» από μόνο του, υπάρχουν μόνο υλικά που παρουσιάζουν ενδιαφέροντα εσωτερικά χαρακτηριστικά που μπορούν να γίνουν αντικείμενα εκμετάλλευσης στα συστήματα, ή τις δομές, που με τη σειρά τους παρουσιάζουν «έξυπνη συμπεριφορά». Αυτή η άποψη αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα όταν συγκρίνουμε π.χ. το φωτοχρωμικό υλικό που αλλάζει κατάσταση όταν εκτίθεται στο φως και ένα άλλο μέταλλο που αλλάζει φυσική κατάσταση όταν περνά από το σημείο τήξης ενώ υπόκειται σε θερμότητα. Το πρώτο συνήθως ορίζεται ως «έξυπνο» ενώ το δεύτερο όχι. Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία αναγνωρίζει τα χαρακτηριστικά που ξεχωρίζουν τα έξυπνα υλικά από τα άλλα, και μετά συστηματικά μελετά πολλά από αυτά που χρησιμοποιούνται ευρέως. Συγκεκριμένα έχουμε τις εξής κατηγορίες: • Τύπος 1 έξυπνων υλικών – μεταβολές ιδιότητας 1. Χρωμικά ή έξυπνα υλικά με μεταβολή χρώματος 2. Υλικά που αλλάζουν φάση 3. Αγώγιμα πολυμερή και άλλοι έξυπνοι αγωγοί 4. Ρεολογικά υλικά που αλλάζουν ιδιότητες-πεδιοεξαρτώμενα ρευστά 5. Τεχνολογίες υγρών κρυστάλλων 6. Άλλα υλικά τύπου Ι • Έξυπνα υλικά Τύπου 2 – ανταλλαγής ενέργειας 1. Υλικά που εκπέμπουν φώς 2. Βασικά φαινόμενα ημιαγωγών 3. Φωβολταϊκά, Δίοδοι εκπομπής φωτός, κρυσταλλολυχνίες , θερμοηλεκτρικά 4. Πιεζοηλεκτρικές επιδράσεις και υλικά 5. Κράματα που έχουν μνήμη σχήματος 6. Πολυμερή με μνήμη σχήματος Στη συνέχεια η διπλωματική εργασία αναφέρεται στα πεδία εφαρμογής των έξυπνων υλικών στην καθημερινότητα μας καθώς και στις προοπτικές εξέλιξής τους.

The terms ‘smart’, ‘functional’, ‘multifunctional’ and ‘intelligent’ are often used interchangeably. This is reasonable, if confusing, for the first three terms but the last almost certainly suggests a degree of consciousness that does not exist in any non-biological system. There is arguably no such thing as a ‘smart material’ per se there are only materials that exhibit interesting intrinsic characteristics which can be exploited within systems, or structures that, in turn, can exhibit ‘smart’ behaviour. This argument is exemplified by comparing a photochromic material that changes its colour state when exposed to light and a simple metal that changes its physical state when passing through its melting point when subjected to heating. The first is often termed ‘smart’; whilst the latter is not. This thesis recognizes the characteristics that distinguish smart materials from others, and then systematically examine many of these commonly used. In particular we have the following categories: • Type 1 smart materials – property-changing 1. PHASE-CHANGING MATERIALS 2. CONDUCTING POLYMERS AND OTHER SMART CONDUCTORS 3. RHEOLOGICAL PROPERTY-CHANGING MATERIALS 4. LIQUID CRYSTAL TECHNOLOGIES 5. OTHER TYPE I MATERIALS • Type 2 smart materials – energy-exchanging 1. LIGHT-EMITTING MATERIALS 2. BASIC SEMICONDUCTOR PHENOMENA 3. PHOTOVOLTAICS, LEDS, TRANSISTORS, THERMOELECTRICS 4. PIEZOELECTRIC EFFECTS AND MATERIALS 5. SHAPE MEMORY ALLOYS 6. SHAPE MEMORY POLYMERS Then the thesis refers to the scope of smart materials in our daily lives and the prospects for their development.