Vật liệu mới và sản xuất tiên tiến xu hướng trong tương lai
Nghiên cứu vật liệu mới và sản xuất tiên tiến là nền tảng cho sự thành công của cuộc cách mạng công nghiệp và điều đó dự kiến sẽ tiếp tục. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu rộng lớn, liên quan đến các đặc tính thực sự độc đáo và đáng ngạc nhiên của vật liệu 2-D, phương pháp chế tạo 3-D mới, thiết kế độc đáo, vật liệu thông minh, lập mô hình và mô phỏng lượng tử, công nghệ nano và sản xuất sinh học.
Vật liệu mới là vật liệu nhân tạo có đặc tính độc đáo và mới lạ. Vật liệu mới có thể được sản xuất bằng các kỹ thuật rút ra từ công nghệ nano hoặc sinh học tổng hợp. Sự phát triển có thể bao gồm các lớp phủ có khả năng chịu nhiệt cực cao, áo giáp nền hoặc thân có độ bền cao, lớp phủ tàng hình, thu và lưu trữ năng lượng, tính siêu dẫn, cảm biến và khử nhiễm tiên tiến, sản xuất hàng loạt thực phẩm, nhiên liệu và vật liệu xây dựng. Nghiên cứu về graphene, các vật liệu 2-D mới lạ khác và các vật liệu tôpô là một lĩnh vực có tiềm năng cao và ngày càng được quan tâm.
 |
|
Vật liệu mới trong xây dựng-Kính tiết kiệm năng lượng. Ảnh: Thanh Tùng. |
Graphene là một vật liệu mới dựa trên carbon với một loạt các đặc tính cơ học, vật lý, hóa học và điện học không thể tìm thấy trong bất kỳ vật liệu đã biết nào khác. Nó ổn định về mặt hóa học, không độc hại, nhẹ và tương đối dễ sản xuất từ các nguyên liệu thô có sẵn rộng rãi. Các thuộc tính riêng lẻ của graphene vượt quá các đặc tính của các vật liệu thông thường và sự kết hợp của các đặc tính này là độc đáo. Nó được kỳ vọng rộng rãi sẽ dẫn đến các vật liệu được cải tiến đáng kể cho các ứng dụng trong hàng không vũ trụ (cấu trúc hỗn hợp), điện tử tần số cao (terahertz, radar, làm mát), lớp phủ chức năng (chống đóng băng, bảo vệ ăn mòn), lưu trữ năng lượng (pin, siêu tụ điện), ngụy trang (bộ hấp thụ radar), công nghệ vũ khí (năng lượng, tên lửa), bảo vệ (áo giáp, hàng dệt), cảm biến (bộ tách sóng quang, áp suất/biến dạng, hóa chất) và thiết bị di động (màn hình). Các vật liệu 2-D mới lạ khác như phosphorene, boron nitride lục giác và dichalcogenides kim loại chuyển tiếp cũng đã thể hiện các đặc tính độc đáo và đáng ngạc nhiên.
Một cuộc cách mạng trong nghiên cứu vật liệu 2-D đã xuất hiện kể từ khi cô lập và xác định đặc tính ban đầu của graphene và gần đây hơn, họ của chất cách điện tôpô và dichalcogenide kim loại chuyển tiếp. Những vật liệu này và những vật liệu mới lạ khác đã tạo ra sự phấn khích đáng kể cho nghiên cứu và phát triển, bắt đầu bằng việc phát hiện ra graphene vào năm 2004, và việc trao giải Nobel Vật lý năm 2010 cho những người phát hiện ra nó là Geim và Novoselov.
 |
|
Sản xuất tiên tiến-Advanced Manufacturing. Ảnh nguồn: aucontech.vn. |
Nghiên cứu vật liệu 2-D đang diễn ra trên khắp thế giới. Các thuộc tính cơ bản của các vật liệu 2-D là những yếu tố hỗ trợ quan trọng cho một loạt các công nghệ trong tương lai, graphene và các vật liệu 2-D khác sẽ cung cấp các cải tiến công nghệ, sẽ có những tiến bộ từ việc kết hợp các vật liệu 2-D để tạo thành các lớp vật liệu không cấu trúc phân lớp mới, cũng như việc sử dụng các vật liệu rời truyền thống. Nghiên cứu vật liệu 2-D hiện nay rất rộng, bao gồm sản xuất và lưu trữ năng lượng, thông qua quang điện tử và cảm biến sinh hóa học cũng như các loại vải linh hoạt, nhẹ nhưng bền cơ học và polyme dẫn điện. Việc thử nghiệm đang được thực hiện trong ngành công nghiệp về việc ứng dụng graphene vào nhiều công nghệ khác nhau liên quan đến các lĩnh vực như điện tử, y học, hàng không vũ trụ, ô tô, lưu trữ năng lượng, khử muối trong nước, vật liệu tổng hợp, chất phủ và sơn, công nghệ năng lượng mặt trời, dầu và liên lạc.
Một loại vật liệu khác đang được khám phá là vật liệu tôpô, một loại vật liệu lượng tử có trạng thái lượng tử ổn định không tự nhiên dưới những thay đổi của môi trường. Chất cách điện tôpô được quan tâm đặc biệt do sự kết hợp bất thường giữa các đặc tính cách điện và dẫn điện.
Một vài năm gần đây, kính tiết kiệm năng lượng là loại vật liệu xây dựng mới có công năng cao đang dần được sử dụng khá phổ biến trong các công trình. Tại Bến Tre tòa nhà của Công ty Điện lực đã sử dụng kính tiết kiệm năng lượng cho công trình của mình.
Kính xây dựng tiết kiệm năng lượng là tiêu chuẩn cần thiết cho công trình xanh, thân thiện môi trường. Đặc điểm chung của những loại kính này là được phủ vật liệu vô cơ lên bề mặt nhằm hạn chế năng lượng mặt trời truyền vào trong nhà, ngăn chặn tối đa các tia bức xạ, cực tím từ ánh nắng mặt trời. Kính có khả năng ngăn chặn 99% tia UV và 79% năng lượng mặt trời. Kính giúp tòa nhà tiết kiệm đến 51% chi phí điện năng sử dụng. Việc sử dụng kính tiết kiệm năng lượng trong công trình xây dựng hiện nay không chỉ tiết kiệm năng lượng thụ động, ngoài khả năng ngăn nhiệt từ ngoài vào trong, giảm truyền nhiệt từ trong ra ngoài, kính còn có khả năng tự động thu và chuyển hóa năng lượng sang dạng sử dụng. Theo đó, việc sử dụng vật liệu kính tiết kiệm năng lượng là một trong những giải pháp có vai trò rất quan trọng, đã được ngành xây dựng tập trung nghiên cứu, phát triển và khuyến cáo nhân rộng.
Sản xuất tiên tiến (Advanced Manufacturing) được biết đến với cái tên Công nghiệp 4.0, là một thị trường đang phát triển, nơi có nhiều nhà máy của tương lai, nơi công nghệ mới nhất trong sản xuất được phát triển và sử dụng như robot, trí tuệ nhân tạo, in 3D, cảm biến thông minh, Internet vạn vật,…. Tốc độ mà những công nghệ này đang thâm nhập vào ngành công nghiệp sản xuất đã khiến các doanh nghiệp phải trang bị để chuyển đổi, giành lấy lợi thế cạnh tranh.
Sản xuất tiên tiến là việc sử dụng các công nghệ và phương pháp luận sáng tạo để cải thiện khả năng cạnh tranh trong các lĩnh vực sản xuất. Sản xuất tiên tiến có khả năng đáp ứng các yêu cầu sản xuất khác nhau và khả năng tùy chỉnh hàng loạt thường gặp trong ngành mà không cần đầu tư quá nhiều vốn. Sản xuất tiên tiến bao gồm tất cả các khía cạnh của chuỗi giá trị từ khái niệm đến cân nhắc cuối đời và dựa vào công nghệ truyền thông thông tin (ICT) để tích hợp các hoạt động sản xuất và kinh doanh thành một hoạt động hiệu quả liền mạch. Mục đích của sản xuất tiên tiến là nâng cao sản lượng; gia tăng giá trị, chất lượng, khả năng đáp ứng thị trường và tính linh hoạt; đồng thời giảm thời gian đưa ra thị trường, giảm hao tổn nguyên vật liệu và tồn kho.
