Tag Archives: materiale inteligente

Cel mai performant microscop electronic din lume

Compania japoneză Hitachi LTd. Leader mondial în producţia de electronice a finalizat în anul 2015 construcţia celui mai performant microscop electronic din lume. Cu o rezoluţie maximă de 43 pm, cercetătorii pot vizualiza în prezent detalii mai mici decât mărimea medie a unui atom. Având capacitatea de a măsura câmpuri electromagnetice la scară atomică, această performanţă va contribui la dezvoltarea cercetării fundamentale şi aplicate, la creearea de materiale noi funcţionale din domenii de vârf, precum magneţi ultra performanţi, acumulatori sau materiale supraconductoare. Aceste tipuri de materiale noi vor revoluţiona modul cum se generează, transportă şi stochează energie pentru următoarele generaţii de autoturisme sau gadget-uri electronice, sau casele viitorului.

Inginerii de ştiinţa materialelor vor deschide drumul către aceste noi aplicaţii, creând noi materiale cu performanţe uluitoare, construind astfel un viitor mai bun, o lume sustenabilă în care energia joacă un rol esenţial. Toate aceste lucruri, pornesc din laboratoarele de fizică, de ştiinţa şi ingineria materialelor, de chimie, transformând lumea din jurul nostru.

Urmăreşte materialul video de mai jos, pentru a parcurge rapid evoluţia acestor microscoape electronice şi de a avea o idee asupra performanţelor şi condiţiilor extraordinare care trebuiesc asigurate, pentru a pătrunde în fascinanta lume atomică.

Material realizat de dr.ing.IWE Bodea Marius

MATERIALE SEMICONDUCTOARE

Continuăm călătoria noastră şi astăzi vom discuta despre o altă clasă importantă de materiale care a modificat cursul evoluţiei societăţii umane.

Materialele semiconductoare sunt esenţiale pentru industria electronică şi a telecomunicaţiilor şi a progresului tehnologic în toate ramurile industriale. Procesele de fabricaţie, maşini, utilaje, echipamente de măsură şi control, automatizarea fabricaţiei sunt doar câteva repere de bază care ilustrează impactul materialelor semiconductoare asupra civilizaţiei moderne. Toate acestea sunt conduse si controlate de echipamente hardware care sunt realizate din circuite integrate sau chip-uri, microchip-uri în funcţie de dimensiunile şi funcţiile îndeplinite de acestea. La nivelul anului 2012, dimensiunile chip-urilor variau de la câţiva mm pătraţi până la 450 mm pătraţi, cu o densitate de până la 9 milioane de tranzistori pe un mm pătrat.

Semiconductoare

Circuitele integrate sunt de fapt circuite electronice miniaturizate care conţin elemente active şi pasive, respectiv conexiunile dintre acestea. Aceste componente includ tranzistori, diode, condensatori şi rezistori. Aceste circuite integrate se realizează prin tehnologii avansate din wafe din cristale de siliciu de puritate extrem de ridicată. La realizarea şi dezvoltarea acestor materiale avansate, ştiinţa şi ingineria materialelor joacă un rol esenţial. Aplicaţiile acestor tehnologii sunt practic nelimitate: de la controlul şi automatizarea proceselor de fabricaţie, la realizarea dispozitivelor miniaturizate medicale care măsoară neinvaziv glicemia, saturaţia în oxigen, dioxid de carbon, pulsul sau alţi parametri esenţiali pentru corpul uman, până la fabricarea telefoanelor celulare, a electronicelor de consum sau a echipamentelor de control şi navigaţie folosite în industria aerospaţială. Practic, toate electrocasnicele, autoturismele sau orice alt obiect casnic poate fi transformat într-unul inteligent folosind electronică avansată şi programe software.

Materialele semiconductoare revoluţionează întreaga societate care se redefineşte într-o nouă eră informaţională, bazată pe integrarea acestor tehnologii în absolut toate aspectele vieţii definind un nou tip de om. Omul şi societatea cibernetică. Prezentul este fantastic, iar pentru viitor limitele dunt definite doar de imaginaţia noastră. Pentru a ilustra aplicaţiile acestor clase de materiale, astăzi am ales să vă prezentăm o aplicaţie care conectează ştiinţa materialelor, materialele semiconductoare, energia şi protecţia mediului într-un tot unitar care cu siguranţă va schimba destinul societăţii umane.

Energia este fundamentul de bază pe care se clădeşte orice societate avansată. Cărbunele a susţinut revoluţia industrială în sec. IXX, petrolul cea a sec. XX, iar energia regenerabilă pe cea a sec. XXI în sinergie cu politica de protecţie a mediului şi de reciclare a materialelor. Aceasta este viziunea şi rolul ştiinţei şi ingineriei materialelor pentru sec. XXI, un mileniu care se aşează pe fundamente bazate pe descoperirile şi cercetările din domeniul ştiinţei şi ingineriei materialelor.

Mai jos, vă invităm să vizionaţi un material video despre energie, materiale semiconductoare şi soluţiile moderne de gestionare a acestor probleme esenţiale pentru viitorul omenirii.

Nu în ultimul rând, vă invităm să descoperiţi mărturiile unor absolvenţi ai facultăţii noastre care şi-au construit o carieră de succes în domeniul materialelor semiconductoare. Citiţi mai multe aici.

MATERIALELE METALICE în sec. XXI

Materialele metalice sunt esenţiale pentru construcţia podurilor, clădirilor sau a oricărui mijloc de transport: de la autoturisme până la avioane sau navete spaţiale. Tradiţia prelucrării metalelor are o istorie îndelungată, de la făurirea săbiilor de samurai, a armurilor la realizarea implanturilor medicale, a super-aliajelor utilizate în industria aerospaţială sau a aliajelor cu memorie. Aceste realizări moderne ale ingineriei materialelor au fost posibile datorită înţelegerii la un nivel avansat a structurii materialelor şi a capacităţii de procesare a acestora.

În materialul video de mai jos este ilustrată o aplicaţie interesantă a materialelor metalice inteligente care sunt folosite pentru ventilaţia naturală a clădirilor moderne. Uzual spaţiile şi clădirile pentru birouri sau locuinţe sunt mari consumatoare de energie pentru asigurarea unui confort termic. Folosind în arhitectura modernă materiale bimetalice cu proprietăţi termice speciale, acestea acţionează precum pielea omului având o comportare dinamică în funcţie de temperatură şi asigură în mod inteligent procesul de auto-ventilare a clădirii fără consum de energie. Astfel, se reduc emisiile de carbon, consumul de energie în condiţiile în care este asigurat şi confortul termic.

Sectoare extrem de importante ale economiei se bazează pe rezistenţa şi proprietăţile metalelor fără de care nu am dispune de energie nucleară, energie electrică, de infrastructuri precum zgarie-norii, locuinţe, birouri, fabrici sau mijloace de transport de orice fel. Nu s-ar putea imagina o civilizaţie avansată fără materialele metalice. Specialiştii din domeniul ingineriei materialelor sunt cei care proiectează, execută noi aliaje, tehnologii de procesare pentru ca acestea să atingă performanţe tot mai ridicate în toate sectoarele economiei. Specialiştii din domeniul Ingineria şi Protecţia Mediului sunt chemaţi să asigure respectarea condiţiilor de protecţia mediului în procesele complexe de elaborare şi procesare a materialelor, în procesele de reciclare a materialelor. Înpreună, toţi aceşti specialişti sunt pregătiţi pentru provocările secolului XXI, în cadrul Facultăţii de Ingineria Materialelor şi a Mediului, cea mai bună facultate din ţară în domeniul Ingineriei Materialelor, conform clasificării Asociaţiei Universităţilor Europene.

Metalele sunt caracterizate de maleabilitate, ductilitate, conductivitate electrică şi termică ridicată, suprafaţa lucioasă a acestora reflectând lumina. Sunt caracterizate de o legătură metalică între atomi, ceea ce permite ca electronii de valenţă să fie partajaţi de tot corpul metalic. Astfel, datorită electronilor care se pot deplasa prin reţeau cristalină, aceştia determină proprietăţile excelente de conductivitate termică şi electrică specifice metalelor.

Uzual, metalele şi aliajele acestora au o structură cristalină, ceea ce reprezintă elementul cheie pentru a asigura caracteristicile de rezistenţă necesare în aplicaţiile amintite. De exemplu structura metalică a avioanelor se deformează elastic la viteze şi altitudini ridicate, la fel structura de rezistenţă a submarinelor care se deformează o dată cu creşterea adâncimii de imersie sau zgârie norii care se unduiesc sub influenţa vântului. În aceste exemple este ilustrată capacitatea metalelor de a se deforma elastic sub sarcină şi de a oferi rezistenţa necesară pentru ca structura metalică să facă faţă solicitărilor foarte mari.

Mai recent, aplicaţiile în domeniul nanotehnologiilor au revoluţionat modul nostru de a privi aceste metale şi cum pot schimba fundamental tot ce se credea la un moment dat că este posibil. Aplicaţii care par desprinse din lumea SF astăzi sunt transformate în realitate cu ajutorul specialiştilor din domeniul ingineriei materialelor. La scară nanometrică, electronii manifestă ca şi fotonii un caracter ondulatoriu, materialele metalice căpătând proprietăţi complet diferite faţă de cele cunoscute la nivel macroscopic. De exemplu particulele de argint sunt galbene, iar cele din aur sunt roşiatic închis. Aceste noi proprietăţi optice sunt interesante în tehnologiile IT şi de comunicaţii.

Material realizat de S.L. dr.ing. Bodea Marius