سرامیك‌های پیشرفته و كاربرد آن

سرامیك‌های پیشرفته به‌دلیل برخورداری از ویژگی‌هایی چون پایداری در دماهای بالا، استحكام زیاد و مقاومت بالا در برابر خوردگی، خواص مغناطیسی و الكتریكی خاص و منحصربه‌فرد، در بسیاری از صنایع در لیست اجزای بسیار مهم و استراتژیك قرار گرفته‌اند. مثلاً كاربرد آن‌ها در ماشین‌سازی و ساخت قطعات صنعتی به‌خاطر خواصی چون استحكام و مقاومت در برابر سایش و خوردگی، بسیار برجسته است. 

1- تعریف سرامیك و سرامیك‌های پیشرفته
به‌طور كلی به مواد كانی غیرفلزی سرامیك می‌گویند؛ به این مفهوم كه علاوه‌بر اینكه معدنی هستند در عین حال خواص فلزی ندارند. علمی كه به بحث در مورد سرامیك‌ها می‌پردازد به علم سرامیك و صنعت مرتبط با آن به صنعت سرامیك موسوم است. 
در این صنعت دو شاخه اصلی وجود دارد: 1. سرامیك‌های سنتی و 2. سرامیك‌های پیشرفته.
سرامیك‌های پیشرفته گروهی از مواد نو هستند كه با توجه به ‌كاربرد، ارزش افزوده و پیچیدگی فناوری، دارای تقسیم‌بندی‌های مختلفی هستند. رایج‌ترین دسته‌بندی سرامیك‌های پیشرفته بر اساس كاربرد آن‌ها است. این دسته‌بندی شامل: سرامیك‌های مهندسی، بیوسرامیك‌ها، الكتروسرامیك‌ها و شیشه‌سرامیك‌ها می‌شود. در این بین، الكتروسرامیك‌ها به‌علت حوزة وسیع كاربرد و بیوسرامیك‌ها به‌خاطر ارتباطشان با حیات بشر از اهمیت خاصی برخوردار هستند. 
در حال حاضر پیشرفته یا سنتی‌بودن یك ماده بیشتر از اینكه به خود آن مربوط باشد به مفاهیم و دیدگاه‌هایی برمی‌گردد كه بر آن اساس ماده، ساخته شده است؛ به این معنی كه نوع نگرش به این مواد، پیشرفته یا سنتی بودن آن‌ها را تعیین می‌كند. بنابراین اگر با یك دیدگاه علمی پیشرفته، ماده‌ای را بررسی و دگرگون كنند كه از سال‌ها قبل وجود داشته است، ماده موردنظر در حوزه مواد پیشرفته قرار خواهد گرفت و برعكس اگر كاربردی بسیار متداول و غیرعلمی و غیرمهندسی حتی از یك ماده جدید مدنظر باشد با حوزة مواد سنتی و متداول سروكار خواهیم داشت. 
با ذكر یك مثال می‌توان مفهوم را روشن‌تر بیان كرد. گچ و رس جزء مواد بسیار سنتی و متداول هستند و سال‌های زیادی است كه مورد استفاده قرار می‌گیرند، ولی در حال حاضر می‌توان با دیدگاه‌های جدید (مثل نانوفناوری) و در مقیاس اتمی و سلول واحد، تغییراتی را در این مواد ایجاد كرد؛ به‌گونه‌ای كه دارای خواصی شوند كه قبلاً فاقد آن بوده‌اند. در این‌ صورت گرچه هنوز با گچ و رس سروكار داریم ولی حوزة پیش روی ما مربوط به مواد پیشرفته خواهد بود. 
پس به‌طور كلی می‌توان مولفة دانش در تولید یك محصول را به‌عنوان معیاری برای تعیین پیشرفته یا سنتی بودن آن در نظر گرفت، به‌گونه‌ای كه اگر دانش در تولید یك محصول سرامیكی دارای نقش محوری و اساسی باشد آن ماده را در گروه سرامیك‌های پیشرفته قرار داده و سرامیك‌های سنتی را آن دسته از مواد دانست كه در تولید آن‌ها سهم دانش ناچیز باشد. 

2- كاربرد سرامیك‌های پیشرفته 
سرامیك‌های پیشرفته به‌دلیل برخورداری از ویژگی‌هایی چون پایداری در دماهای بالا، استحكام زیاد و مقاومت بالا در برابر خوردگی، خواص مغناطیسی و الكتریكی خاص و منحصربه‌فرد، در بسیاری از صنایع در لیست اجزای بسیار مهم و استراتژیك قرار گرفته‌اند. مثلاً كاربرد آن‌ها در ماشین‌سازی و ساخت قطعات صنعتی به‌خاطر خواصی چون استحكام و مقاومت در برابر سایش و خوردگی، بسیار برجسته است. 
سرامیك‌های پیشرفته در لوازم خانگی نیز كاربرد دارند. البته در حال حاضر، چون قیمت آن نسبت به مواد سنتی برای كارهای عمومی كمی بالا است، استفاده كم‌تری از آن‌ها می‌شود. ولی در آینده به‌دلیل رشد تقاضا و افزایش مقدار تولید، قیمت این نوع سرامیك‌ها كاهش یافته و كاربردهای عمومی آن‌ها بیشتر خواهد شد. 
سرامیك‌های پیشرفته در سال‌های آینده احتمالاً كاربردهای بسیار حساس و دقیق‌تری در زمینه‌های مختلف پیدا خواهندكرد كه برخی از آن‌ها به قرار زیر می‌باشند: 
2-1- اب�?ررساناهای سرامیكی
در بعضی از مواد وقتی كه به یك دمای خاص برسیم، تغییری در حالت ماده به‌وجود می‌آید كه به آن ابررسانایی می‌گویند. در این حالت مقاومت الكتریكی از بین می‌رود؛ به‌طوری كه جریانی كه در یك حلقه ابررسانا تولید می شود تا صد هزار سال بدون تغییر باقی می‌ماند. ابررساناهای سرامیكی كه اخیرا نمونه هایی از آن‌ها در كابل‌ها و مبدل‌های الكتریكی به‌كار گرفته شده است، احتمالاً در سال‌های آینده وارد بازار خواهند شد. 
2-3- كاربرد سرامیك‌های پیشرفته در فناوری زیستی (بیوفناوری)
در مورد كاشت‌های میكرونی‌ كه قرار است به‌صورت میكرورآكتور در بدن كار كنند تحقیقاتی انجام گرفته است كه در آن به حسگرهای سرامیكی در مقیاس نانومتری نیاز خواهد بود. همچنین ساختارهای گیاهی با سیستم‌های بهینه‌ شدة الیاف وكانال‌های خود عیناً در مورد ساختارهای سرامیكی شبیه‌سازی شده‌اند و قرار است به‌عنوان سیستم‌های بسیار مؤثر كاتالیزوری به‌كار گرفته‌شوند. 
2-4- درفناوری ساخت كامپیوترها
در این زمینه امكان وقوع تحولاتی در راستای استفاده از تراشه‌های اس.آی- اس.آی. سی (Si-SiC) بجای تراشه‌های فعلی سیلیكونی وجود دارد. این موضوع امروزه شدیداً مورد پژوهش و تحقیق قرار گرفته‌است. در صنایع اتومبیل‌سازی روزبه‌روز از قطعات الكتریكی بهرة بیشتری گرفته می‌شود و استفاده از قطعات سرامیكی مینیاتوری در این زمینه بسیار حیاتی است. 
2-5- كاربردهای میكروالكترونیكی سرامیك‌ها 
در آینده، سرامیك‌ها باز هم در كاربردهای میكروالكترونیكی نقش خواهند داشت. مزایای پایه‌های سرامیكی درون اتصالی مانند ثبات خواص الكتریكی، نشر حرارتی بالا، قدرت تكنیك بالا، خطوط هدایت كاملاً واضح و قابلیت سوار كردن اجزای كنش‌پذیر، سرامیك‌ها را برای استفاده در قطعات الكترونیكی، ایده‌آل می‌سازد. برخی از كاربردهای این مواد در تلفن‌های همراه، پیجرها، سیستم‌های ترمز ضد قفل شونده، كنترل‌كننده‌های موتور خودرو، باتری قلب و دوربین‌های دیجیتالی می‌باشد. 
2-6- زمینه‌های دیگر كاربرد سرامیك
فناوری‌‌های دیگری كه سرامیك‌ها در آینده در آن‌ها نقش خواهند داشت، كامپوزیت‌های زمینه سرامیكی، دستگاه‌های میكروالكترومكانیكی(MEMS)، سیستم‌های هوشمند با استفاده از مواد سرامیكی (پیزو سرامیك‌ها) و الگوسازی‌های اولیه سریع، خواهند بود. 
اما اگر بخواهیم بیشتر راجع به آینده فكر كنیم، احتمال وجود كامپیوترهای سریع‌تری می‌رود كه بر پایه سیستم دوتایی صفر و یك نیستند. این كامپیوترها در سطح اتمی عمل خواهند كرد و به جای اِلِمان‌های نیمه‌هادی، دارای نقاط كوانتومی به‌عنوان واحدِ مدارشان خواهند بود.

برگرفته از نوشته‌های دكتر سرپولكی، دكتر صولتی، دكتر گلستانی‌فرد، دكتر مارقوسیان و دكتر هاوس‌من.