Nanotechnológie

Nanotechnológie majú spoločný pojem a účinnosť v širokom spektre vedy, priemyslu a iných oblastiach. Zaoberá sa o atómy a ich štruktúru. Cieľom použitia je dosiahnuť predom stanovené molekulárne rozdelenie miniatúrnych, štruktúrne koloidných jednotiek a častíc veľkosti 5 – 10 molekúl. Dokáže manipulovať s jednotlivými atómami a meniť ich vlastnosti. V súčasnej dobe sa dosahujú vynikajúce vlastnosti a môžu sa využívať v automobilovom priemysle. Sú formulované ako nanomateriály, resp. štruktúrované nanomateriály. Sú to povlaky odolné voči poškriabaniu majúce samočistiacu schopnosť pre ľahké a pevné trubkové rámy, nátery chrániace pred koróziou obsahujúce nanočastice pre katalyzátory. [43;44;45;46]

V automobilovom priemysle nanotechnológie znamenajú meniť sacie materiály v nenasiakavé, ktoré odpudzujú vodu. Chráni povrchy mnoho materiálov pred vlhkosťou a znečistením. Impregnácia látky je označená ako tekuté sklo. Používa sa ako tekuté stierače, ochrana autolaku, diskov, ráfov. [44]

Nátery polymérnych spojív, ktoré náterovým systémom určujú základné aplikačné vlastnosti. Pre zlepšenie vlastnosti sa dodávajú nanočastice. Majú lepšie antikorózne vlastnosti a dosahujú vyšší stupeň pevnosti a odolnosti voči poškriabaniu. Odolná proti mechanickému opotrebeniu a má vysokú UV stabilitu. Automobilové laky majú podstatne zvýšenú pevnosť a reparačné účinky a môže dokonca zvýšiť stabilitu a tým uchovať vzhľad. Najfrekventovanejšia oblasť použitia nanotechnológie je samočistiaci povrch - samočistiaci náter. Efektivita je založená na fotokatalytickom tzv. lotosovom efekte. Týmto efektom sa v tvare kvapky sa skotúľa a zozbiera častice nečistoty. Týmto spôsobom zmyje nečistoty. Do náterov sa pridávajú prísady ako napríklad bakteriálne. Krycie bezfarebné laky proti poškrabaniu, exponovaní UV žiarenia, abrázii, kolísaní teplôt a atmosférickom vplyvu dlhodobo uchoval vysoký lesk. [46]

Samočistiacou technológiou sa zaoberá spoločnosť Nissan. Pre niektoré modely ponúka samoopravovací lak ScratchShield, ktorý má zaceliť malé škrabance. V súčasnosti experimentuje s lakom Ultra-EverDry, ktorý vďaka hydrofóbnym vlastnostiam bude odpudzovať špinu. [60]

Princíp nanolaku sa zakladá na vytvorení malej vzduchovej vrstvy medzi povrchom a prostredím vozidla. Vrstva má zabrániť usadzovaniu nečistôt. [60]

Ultra-EverDry bol vyvinutá spoločnosťou Ultra Tech International. Táto technológia nie je novinka, ale vo svete automobilového priemyslu, áno. [60]

Obr. 19Ochrana karosérie pred nečistotami zabezpečené nanotechnológiou (odpudenie vody, blata, prachu) [60]

Reflow efekt je na odstraňovanie poškodení a v predchádzaní vzniku poškodení pomocou prídavkov nanočastíc SIO2. Na zlepšenie odolnosti krycích teplôt a atmosférických vplyvov dlhodobo uchovávajúcich vysoký lesk. Je to efekt v dôsledku rastu teploty okolia nad teplotu pri ktorej látka prechádza z rigidného do plastického stavu, čo umožňuje zaliatie vzniknutých rýh. [46]

Fotokatalýza je možná alternatívna metóda, ktorá môže udržať čisté povrchy a obsahuje nanoanatus. Pred vplyvom UV lúčov, ktoré rozkladajú organickú zlúčeniny. A s obsahom nanorutilu s ktorým dosiahne väčšiu stabilitu suspenzie a vyššiu transparentnosť náteru. Takýto náter predĺži životnosť povrchu o 40%. [46]

Príklady na jednotlivých častiach v automobile:

Podvozok a exteriér

Zníženie spotreby paliva je kľúčovou súčasťou stratégie a to tým, že sa zníži hmotnosť vozidla. Zameriavajú sa na hliníkové zliatiny na atómovej úrovni ako napríklad pre jednotlivé bloky motora z hliníkových zliatin. [59]

Nahradenie minerálneho skla za polymér je jednou z oblastí v ktorých neboli dosiahnuté dôležité parametre ako odolnosť proti poškrabaniu a ultrafialovému žiareniu. Prekonať tieto nedostatky môžu polykarbonáty. [59]

Termoplastické materiály, umožňujú zníženie hmotnosti oceľového rámu až o 40%. Povrchové úpravy a farby na povrchoch nanoštruktúr, vedú k zlepšeniu adhézii laku a farebnej stálosti. [59]

Pneumatiky

Nanoštruktúry materiálov sa najskôr aplikovalo práve na pneumatiky ako uhlíkové sadze. Používali sa ako pigmenty a spevňujúce činidlá. Zmes kaučuku bola pre vývoj kľúčová pre priľnavosť, no jeho valivý odpor musí zostať nízky. Vlastnosti prírodného kaučuku sú zlepšované sadzou, oxidom kremičitým a organosilanom. [59]

Pohon

Elektrický pohon má požiadavky na bezpečnejšie skladovanie energie pre dojazd, motory a súvisiace elektronické komponenty pre uloženú energiu, ľahké komponenty pre kompenzáciou hmotnosti batérie. [59]

V elektromobiloch sa intenzívne rozvíjajú lítiovo-iónové batérie. Potenciál nanotechnológii pri zlepšení výkonu, životnosti batérii, zvýšení hustoty energie a výkonu, skrátení nabíjania taktiež zmenšenie hmotnosti je v budúcnosti sľubná. [59]

Zlepšenie palivových článkov pre dopravné aplikácie sú protónové výmenné membrány. Sú napájané pomocou elektrochemickej oxidácie vodíka a elektroredukciou kyslíka dosiahnutého vo vzduchu. Ale kým sa táto technológia rozvinie, platinové články budú ešte dlhú dobu pôsobiť ako palivové články. [59]

Motor

V tejto dobe sú už vyvinuté tenké flexibilné vodíkové senzory z nanoštrukturovaných materiálov. Sú potrebné pre zaistenie bezpečnosti automobilov a okolia pre zníženie škodlivých emisií výfukových plynov. Spotreba paliva je ovplyvnená trením pohyblivých častí motora ako piest, kľuka a ventil a nanopovlaky znižujú trenie a odery pre zlepšenie spotreby paliva. Taktiež opotrebenie valcov a blokov motora z liatinových vložiek, ktoré sú nahradené tepelne striekaným nano náterom. Táto náhrada znižuje hmotnosť a zvyšuje výkon motora s rovnakou životnosťou a spoľahlivosťou. Taktiež nanokryštalické materiály by mali zlepšiť spaľovanie paliva vo vstrekovaní paliva. [59]

Interiér

Interiér vozidla evokuje komfort a v tomto smere sa aj uberajú nanotechnológie. Antimikrobiálne textílie a povrchy odpudzujúce nečistoty, nanočasticové vzduchové filtre, anti – oslňujúce nátery zrkadiel a nástrojov. Kontrolovanie klímy na základe termoelektroniky a to premieňanie elektrickej energie priamo na chladenie alebo ohrievanie. [59]

Elektrické systémy a elektronika

V súčasnej dobe je elektronika neoddeliteľnou súčasťou všetkého navôkol. Inovácie riadenia je viac súčasťou elektroniky, elektromechaniky alebo elektromagnetiky. Konvenčné polovodiče na báze oxidov kovov môžu nahradiť spintronikou s ďalším aspektom elektrónov. Využitie magnetické nanomateriály by elektronické zariadenie pri vypnutí nemalo mať problém s výkonom pri zapnutom režime. [59]

Hybridné odvetia automobilov tlačí technológie na opätovné využitie brzdnej energie. Mení sa na elektrický prúd prostredníctvom generátora pri brzdení a ukladá sa v akumulátoroch alebo ultra kondenzátorov. [59]

Obr. 20 Schéma rozloženia základných častí solárneho automobilu [61]

Do strešných okien môžu byť integrované mikroštruktrurované solárne panely. Slúži pre pohon pomocných elektrických zariadení. Takáto energia dokáže vychladiť vozidlo pomocou ventilácie nezávisle od chodu motora. Môže napájať rôzne palubné systémy a tým môže dôjsť k zníženiu spotreby paliva a tým zníženia množstva emisií. Solárna energia na streche vozidla sa dá využiť aj pri vozidlách na elektrický pohon. Napríklad na nabíjanie batérií na pohon elektromotora alebo na napájanie elektrických systémov. [61]

Solárna energia generovaná nie len v strešných oknách, ale aj na celej streche vozidla. Túto technológiu využíva Toyota Yaris a Auris HSD Full Hybrid a Kia Rayplug-in. Ventiláciou poháňa generovaná energia zo strešných panelov. Auris má aj na palubnej doske solárny panel pre nabíjanie telefónov, hudobných nosičov a pod. [61]

Obr. 21Kia Ray plug-in Hybrid [61]

Obr. 22Popis vrstiev solárnej strechy [61]