راز زنگ نزدن فولاد ضد زنگ «استنلِس استیل»؛ یک لایۀ نامرئی اکسید کروم

راز زنگ نزدن «استنلِس استیل»؛ یک لایۀ نامرئی!

استنلس استیل یا فولاد ضد زنگ همان آلیاژ آشنایی است که خیلی از ما در آشپزخانه‌هایمان از آن استفاده می‌کنیم؛ اما راز مقاومت این فلز در برابر زنگ‌زدگی چیست؟

یک زنگ خطر دائمی برای «آهن» این است که به راحتی در هوا و آب اکسید می‌شود. حتی فولاد (آلیاژ سخت آهن با آثار کربن) به راحتی زنگ می‌زند، به این معنا که اکسیداسیون به فولاد در ساختمان‌ها، اتومبیل‌ها و لوازم خانگی آسیب می‌رساند. اما همانطور که از نام «فولاد ضدزنگ» یا همان «استنلس استیل» پیداست، به نظر نمی‌رسد زنگ بزند. اما راز این زنگ نزدن چیست؟ 

به گزارش فرادید، به زبان ساده، شیمی فولاد ضد زنگ، اکسیژن موجود در هوا و محیط را از رسیدن به آهن فولاد باز می‌دارد و از واکنش اکسیداسیون مضر جلوگیری می‌کند. 

کانال عصر ایران در تلگرام

وقتی آهن با اکسیژن واکنش شیمیایی نشان می‌دهد تا اکسید آهن را شکل دهد، فولاد معمولی زنگ می‌زند. اگرچه زنگ‌زدگی در کل برای انسان ضرری ندارد، اما می‌تواند آهن را به شدت خورده و آن را ناایمن و زشت کند. 

فولاد معمولی آلیاژی از ۹۹٪ آهن و بین ۰.۲٪ تا ۱٪ کربن است، در حالی که فولاد ضدزنگ معمولاً بین ۶۲٪ تا ۷۵٪ آهن، تا ۱٪ کربن و بیش از ۱۰.۵٪ کروم دارد. فولاد ضدزنگ همچنین معمولاً دارای چند درصد نیکل است که می‌تواند کار با آن را هم سخت‌تر و هم آسان‌تر کند. 

کروم کلید مقاومت در برابر زنگ‌زدگی فولاد ضدزنگ است. کروم با اکسیژن موجود در محیط (معمولاً در هوا و همچنین زیر آب) واکنش می‌دهد تا یک «لایه غیرفعال» از اکسید کروم (Cr2O3) روی سطح فلز ایجاد کند. این لایه از رسیدن اکسیژن به آهن در فولاد برای ایجاد زنگ جلوگیری می‌کند.

لایه‌ی غیرفعال روی فولاد ضدزنگ تنها چند نانومتر ضخامت دارد، پس «نامرئی» است. لایه‌ی اکسید کروم همچنین می‌تواند در صورت آسیب خودش را ترمیم کند. لایه‌ی اکسید کروم خنثی یا بی‌اثر است، به این معنا که از نظر شیمیایی با مواد دیگر واکنش نشان نمی‌دهد و از سطح فلز خارج نمی‌شود و همین امر سبب می‌شود فولاد ضد زنگ برای تولید مواد غذایی، جراحی و سایر کاربردها مناسب باشد. 

کشف تصادفی

فولاد ضد زنگ مدرن سال ۱۹۱۲ توسط متخصص ذوب فلزات انگلیسی، هَری برِرلی که در حال مطالعه آلیاژهای فولادی برای جلوگیری از خوردگی در لوله‌های تفنگ بود، ساخته شد. 

بررلی آلیاژی از آهن، کربن، کروم و نیکل ایجاد کرد، اما این آلیاژ برای لوله تفنگ مناسب نبود، بنابراین آن را در حیاط خلوت خود انداخت. چند هفته بعد، برلی متوجه شد آلیاژ براق حیاط خانه‌اش زنگ نزده، بنابراین روی این ماده کار کرد و سال ۱۹۱۵ آن را به دنیا معرفی کرد. 

فولاد ضدزنگ در حال حاضر سالانه حدود ۴ درصد از فولاد مصرفی سراسر جهان را تشکیل می‌دهد: تقریباً ۲ میلیارد تن. 

اما ساخت فولاد ضدزنگ پیچیده و پرهزینه است (معمولاً بین سه تا پنج برابر هزینه تولید فولاد معمولی) و گنجاندن عناصر فلزی خاص در آلیاژها (مانند مولیبدنوم برای کاربردهای زیر آبی) می‌تواند آن را همچنان گران‌تر کند. 

در نتیجه، بیشتر کاربردهایی که به فولاد نیاز دارند، از فولاد معمولی یا کربنی استفاده می‌کنند، چه در شرایطی که زنگ نمی‌زند یا جایی که با یک لایه بیرونی رنگ یا پوشش دیگر محافظت می‌شود. 

با این حال فولاد ضدزنگ امروزه بیش از همیشه کاربرد دارد، از جمله در تولید مواد غذایی و ایمنی مواد غذایی. 

فولاد ضدزنگ مزایای زیادی نسبت به جایگزین‌ها دارد: در برابر خوردگی ناشی از اسیدهای غذا و مواد شیمیایی پاک‌کننده (بر خلاف آلومینیوم و مس) مقاوم است و غذایی را که با آن تماس داشته باشد، آلوده نمی‌کند. 

فولاد ضدزنگ بادوام، قوی‌تر از آلومینیوم و بهداشتی است و سطحی غیر متخلخل دارد که می‌توان آن را به راحتی تمیز و ضدعفونی کرد.

روش هیجان انگیز استاد پاکستانی برای تولید آچار فرانسه در ;کارگاهش

روش هیجان انگیز استاد پاکستانی برای تولید آچار فرانسه در خانه

تولید سوخت از خاک ماه و ماهواره‌های از کار افتاده

خاکی که مستقیما از سطح ماه منشا می‌گیرد می‌تواند به فضانوردان کمک کند تا حضور دائمی روی ماه داشته باشند.

فضانوردان می‌توانند غبار ماه را با ماهواره‌های قدیمی مخلوط کنند تا سوخت بسازند.

به گزارش ایسنا، خاکی که مستقیما از سطح ماه منشا می‌گیرد می‌تواند به فضانوردان کمک کند تا حضور دائمی روی ماه داشته باشند.

به نقل از اسپیس، انتقال مواد از زمین برای ایجاد زیرساخت‌های قمری، تلاشی پرهزینه و زمانبر خواهد بود. بنابراین، در عوض، محققان آزمایشگاه تحقیقات انرژی نوظهور دانشگاه واترلو (LEER) نشان می‌دهند که خاک ماه که لایه بالایی خاک و غبار ماه است به عنوان یک منبع محلی در دسترس می‌تواند به مواد قابل استفاده برای پشتیبانی از حیات، تولید انرژی و ایجاد زیستگاه‌های طولانی مدت تبدیل شود.

کانر مک رابی(Connor MacRobbie)، نویسنده ارشد این مطالعه اخیر، در بیانیه‌ای از دانشگاه گفت: خاک قمری حاوی مقدار زیادی غبار فلزی است که دارای اکسیژن است. بنابراین ما می‌توانیم بدون نیاز به اکسیژن اتمسفر، از آن برای تولید انرژی حرارتی استفاده کنیم.

این واکنش ترمیت نامیده می‌شود که در فضا مفید است زیرا اکسیژن به راحتی در دسترس نیست. محققان ترکیب‌های مختلف سوخت و ترکیبات اکسید کننده را برای بهینه‌سازی واکنش ترمیت برای کاربردهای مختلف مبتنی بر فضا، مانند گرمایش و ساخت، آزمایش کردند. آزمایشهای آنها در یک محفظه احتراق طراحی شده برای شبیه‌سازی محیط ماه انجام شد.

جان ون(John Wen)، مدیر آزمایشگاه تحقیقات انرژی نوظهور دانشگاه واترلو و یکی از نویسندگان این مطالعه، در بیانیه‌ای گفت: نتایج نشان می‌دهد که خاک سطحی ماه، انسان‌ها را قادر می‌سازد تا سطح ماه را کاوش کرده و در آن ساکن شوند.

ما در حال حاضر به طور مداوم در حال کار بر روی استخراج بهتر فلز و سایر مواد مفید از خاک ماه و همچنین طراحی فرآیندهای خودکار، با همکاری محققان کانادایی و بین‌المللی، برای تسهیل استفاده از منابع در محل و حمایت از اقتصاد فضای دایره‌ای هستیم.

برای این منظور، محققان همچنین از آلومینیوم ماهواره‌های از بین رفته در ترکیب با خاک قمری برای ایجاد یک واکنش ترمیت که گرما تولید می‌کند، استفاده کرده‌اند. بازیافت مواد ماهواره‌ای برای ایجاد منبع سوخت نه تنها به ساخت زیرساخت‌های ماه کمک می‌کند، بلکه به کاهش مسئله فزاینده زباله‌های فضایی نیز کمک می‌کند، که اغلب در مدار زمین و ماه قرار می‌گیرند.

مک رابی(MacRobbie) در این بیانیه گفت: تحقیق ما در حال تبدیل داستان‌های علمی تخیلی به واقعیت است. هدف ما کمک به ساخت زیرساخت‌ها و فناوری‌هایی است که امکان استقرار پایدار انسان در ماه و فراتر از آن را فراهم می‌کند.

آشنایی با ورق آهن

مهمترین تفاوت در بین انواع ورق آهن

گروه کسب و کار: بیش از صد و پنجاه سال از ساخت اولین ورق آهن به صورت صنعتی و امروزی می‌گذرد. این محصولات در صنایع گوناگونی مورد کاربرد قرار می‌گیرند و می‌توان گفت یکی از اصلی‌ترین تولیدات صنعت فولاد هستند. از ساخت انواع خودرو تا تیرورق‌های بکارگیری شده برای تولید انواع پل و سازه‌های سنگین همه از کاربردهای ورق‌های آهنی هستند.

از سوی دیگر قیمت ورق سیاه تعیین کننده قیمت بسیاری از تولیدات و تجهیزات کارخانجات مختلف است. این امر به سبب کاربرد بسیار بالای این قطعه در مشاغل گوناگون می‌باشد. فولاد و استیل مستحکم‌ترین گروه‌های آلیاژی آهن هستند که به سبب برخورداری از ویژگی‌های مختلف کارایی متفاوتی نیز دارند.
پس از آهن خام، اولین گروه آلیاژی آهن که کشف شد و مورد استفاده قرار گرفت، فولاد بود. استحکام فولاد در برابر ضربه، و انعطاف و ضربه پذیری آن بسیار بیشتر از آهن خام بوده و از قدیم تا کنون برای کاربردهای سنگین از آن استفاده می‌شود. در ادامه این مطلب درباره تفاوت اصلی انواع ورق آهن، بزرگترین ضعف سازه‎ها و مقاطع فولادی، همچنین راهکارهای صنعتگران برای پوشاندن این عیبها توضیح خواهیم داد.

آب و رطوبت بزرگترین ضعف ورق آهن
آهن به صورت خام و همچنین در قالب ترکیبات آلیاژی گوناگون برای کاربردهای مختلفی مورد استفاده صنعتگران می‌باشد. این ماده بسیار مستحکم، مقاوم و نسبت به برخی از مصالح ساختمانی دیگر قیمت مناسب‌تری دارد. همین امر موجب فراگیری استفاده از آن در کاربردهای سنگین و عمده شده است. اما در هر صورت حساسیت آن در برابر رطوبت و آب، موجب ضعف عملکرد آن در محیط‌های حاوی این مواد است.
بله بزرگ‌ترین ضعفی که می‌توان برای ورق آهن در نظر گرفت و از دیرباز ذهن صنعتگران مشغول آن بوده، واکنش سریع و شدید آهن در برابر آب و رطوبت است. این مسئله باعث به وجود آمدن گریدهای مختلف از آلیاژهای آهن به منظور تقویت آن در برابر آب و رطوبت بود.
پس از آلیاژهای مختلف فولاد(منظور نویسنده فولاد نرم است)، چدن و استیل (منظور نویسنده فولاد سخت (در برابر فولاد نرم) است. خود واژه استیل steel در انگلیسی یعنی فولاد در فارسی) دو گروه دیگر از استانداردهای آلیاژی بودند که صنعتگران برای تقویت آهن در برابر اکسیداسیون و آسیب‌های آن، ابداع کردند. اما هزینه تولید آن دو بالاتر از هزینه ساخت فولاد بوده و به همین دلیل بکارگیری آنها در حجم زیاد، نیازمند هزینه‌کرد بسیار بیشتری است.



فرق اصلی انواع ورق آهن
با توجه به آنچه تاکنون بیان کردیم، می‌توان گفت مهمترین تفاوتی که در بین گروه‌های آلیاژی آهن مورد توجه می‌باشد، مربوط به میزان مقاومت آنها در برابر رطوبت و اکسیداسیون می‌باشد. این فاکتور با مقدار عمر مفید ورق نیز ارتباط دارد. اگر بخواهیم آلیاژهای اصلی آهن را به ترتیب افزایش میزان مقاومت در برابر زنگ زدگی معرفی کنیم باید به ترتیب به فولاد، چدن و استیل اشاره نماییم.
البته در گروه استیل تنها برخی از استانداردهای آلیاژی مقاومت بالایی در برابر زنگ زدگی دارند. ورق استنلس استیل را می‌توان به عنوان مقاوم‌ترین محصول آهنی در برابر زنگ زدگی معرفی نمود. هزینه ساخت این نوع ورق به نسبت فولاد بسیار بیشتر بوده و در کاربردهای عمده و سنگین هزینه بسیار زیادی خواهد داشت. به همین دلیل بیشتر از این ورق بیشتر به منظور قطعه سازی در صنایع گوناگون استفاده می‌شود.
در صورت نیاز به ورق فولادی ضد زنگ در کاربردهای عمده بهتر است از نمونه‌های گالوانیزه استفاده نمود. به دلیل کمتر بودن هزینه ساخت، قیمت ورق گالوانیزه به شدت کمتر از دیگر ورق‌های ضد زنگ می‌باشد. مقدار مقاومت این محصولات در برابر زنگ آهن تا 40 برابر بیشتر از انواع ورق معمولی فولاد خواهد بود.

مقایسه انواع ورق فولادی
فولاد به عنوان مهمترین آلیاژ آهن در صنعت‌های گوناگون، کاربردهای بسیار زیادی دارد. این کاربردهای فراوان موجب ساخت استانداردهای آلیاژی متنوع در این گروه از آهن‌ها شده است. هر مصرف کننده با توجه به ویژگی‌هایی که برای کار خود نیاز دارد، محصول خاصی را انتخاب خواهد کرد و هر تولیدکننده با توجه به ویژگی‌هایی که در محصولات نهایی خود انتظار دارد، از استاندارد خاصی استفاده می‌کند.



تا کنون در سراسر جهان استانداردهای متعددی برای فولاد تعریف شده. بنابراین یکی از فاکتورهایی که برای مقایسه انواع ورق آهن مورد توجه قرار می‌گیرد، آلیاژ مصرفی در ساخت آن می‌باشد. مولفه دیگری که برای مقایسه این محصولات اهمیت دارد، نوع آن خواهد بود. به طور کلی ورق آهن در دو گروه عمده سرد و گرم تقسیم می‌شود.
ورق‌های گرم برای کاربردهای پایه‌ای تر و ورق‌های سرد به منظور استفاده‌های سبک‌تر و ظریف‌تر به کار می‌روند. انواع ورق گرم فولادی عبارتند از ورق‌های سیاه با آلیاژهای گوناگون و ورق آجدار فابریک. این تولیدات را می‌توان برای کاربردهایی مانند ساخت تیرورق، پوشش‌های کف و سطوح گوناگون و همچنین برای ساخت پروفیل‌های مختلف ساختمانی و صنعتی بکارگیری نمود.
ورق سرد به نمونه‌هایی از انواع ورق فولادی می‌گویند، که دارای سطحی با کیفیت‌تر هستند. این محصولات نیز برای ساخت پروفیل و بدنه قطعات و لوازم گوناگون در صنایع مورد کاربرد هستند. همانطور که گفتیم این ورق‌ها برای کاربردهای سطحی و ظریف‌تری به نسبت انواع ورق گرم طراحی و تولید شده‌اند.

جمع بندی
آلیاژهای گوناگونی که برای آهن تعریف شده‌اند در سه گروه فولاد، استیل و چدن قرار می‌گیرند. از میان این سه نوع، هزینه ساخت فولاد کمتر بوده و به همین دلیل در کاربردهای گسترده و عمده می‌توان از انواع ورق فولادی استفاده نمود. در میان انواع استانداردهای فولادی،st37  و st52 به میزان بیشتری مورد کاربرد قرار دارند.
این تولیدات پایه ساخت انواع ورق گالوانیزه، رنگی و قلع اندود نیز هستند. به همین دلیل می‌توان این ورق‌های آلیاژی را مهمترین نمونه‌ها در بازار ورق فولادی دانست. ورق‌های فولادی گالوانیزه شده مقاومت بسیار بیشتری در برابر زنگ آهن دارند و هزینه تولید آنها نیز نسبت به انواع ورق‌های ضد زنگ مانند ورق آلومینیوم و استیل پایین تر است.

اولین ربات زنده (زیستی) جهان ساخته شد

اولین ربات زنده جهان ساخته شد

گروه علمی:زینوبات اولین ربات زنده جهان از همگرایی زیست‌شناسی و هوش مصنوعی ساخته شد.

به گزارش ایرنا، زینوبات را می‌توان به عنوان محصولی که از همگرایی زیست‌شناسی و هوش مصنوعی ایجاد شده در نظر گرفت. اولین ربات زنده جهان که توسط سلول‌های بنیادی ساخته شده است.
 

این ربات از روی سلول‌های یک نوع قورباغه آفریقایی به نام Xenopus ساخته است. در واقع واژه زنوبات (Xenobot) از ترکیب حروف ابتدایی Xenopus و Robot ایجاد شده است. این محصول، نَه یک رباتِ سنتی و نه گونه‌ای شناخته‌شده از جانداران است، بلکه نوع جدیدی از مصنوعات دست انسان است که می‌توان آن را «ارگانیزم زنده قابلِ برنامه‌ریزی» نامید.
این ربات توسط ۲ دانشمند زیست‌شناسی محاسباتی و هوش مصنوعی دانشگاه ورموند آمریکا به نام‌های سام کریگمن و جوش بونگارد طراحی و ساخته شده است. آنها در سال ۲۰۱۷، این ایده به ذهن‌شان رسید که برنامه‌ کامپیوتری بنویسند که بتواند با شبیه‌سازی از سلول‌های کوچک، ربات بسازد.
آنها با ترکیب سلول‌های پوست و قلب قورباغه اقدام به ساخت این ربات کردند. برای طراحی روبات، از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری استفاده کردند. سلول‌های پوست، بدنه این ربات را تشکیل می‌داد و سلول‌های قلب نیز با انبساط و انقباض، امکان حرکت را فراهم می‌کرد. با هزاران مدل شبیه‌سازی و مطالعه آنها، این گروه ربات‌هایی ساختند که می‌توانستند حرکت کنند.
زینوبات‌هایی که این گروه تولید کرد کمتر از یک میلیمتر طول داشته و از سه هزار سلول زنده تشکیل شده‌اند. آنها اشکال ساده و متنوعی دارند و می‌توانند در مسیرهای مستقیم یا دوَرانی حرکت کنند؛ زینوبات می‌توانند به هم وصل شده و گروهی تشکیل دهند و حتی اشیای کوچک را جابه‌جا کنند. این موجودات، با استفاده از انرژی سلولی خود، می‌توانند تا ۱۰ روز زنده بمانند.
هرچند این «ماشین‌های زیستی» می‌توانند نقش فوق‌العاده مثبتی در سلامت انسان‌ها و حیوانات و محیط‌زیست بازی کنند، نگرانی‌های اخلاقی و قانونی متعددی درباره آنها وجود دارد.داگلاس بلکیستون دانشمند ارشد دانشگاه تافتس که یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی است، گفت: در ابتدایی‌ترین سطح، این پلتفرم ابزاری برای ساختن روبات با سلول‌ها و بافت‌ها است. تقریباً می‌توانید آن را به‌عنوان لگو در نظر بگیرید، جایی که می‌توانید لگوهای مختلف را با هم ترکیب کنید و با مجموعه‌ای از بلوک‌ها دسته‌ای از چیزهای مختلف بسازید.»
اما چرا کسی بخواهد از اجزای زنده به جای مواد سنتی، مانند فلز و پلاستیک، ربات بسازد؟، یک مزیت این است که داشتن یک ربات زیستی به این معنی است که زیست تخریب پذیر است. در کاربردهای محیطی، این بدان معناست که اگر ربات بشکند، محیط را با زباله‌هایی مانند فلز، باتری یا پلاستیک آلوده نمی‌کند. محققان همچنین می توانند زینوبات‌ها را طوری برنامه ریزی کنند که در پایان عمر خود به طور طبیعی از هم جدا شوند.