Nanotechnologie v automobilovém průmyslu

Nanomateriály budou hrát v automobilovém průmyslu významnou roli. Výroba se změní na personalizovaný 3D tisk z nanokompozitů, které nahradí zcela ocel a plasty. Automobil s nanosenzory se bude sám orientovat a přizpůsobovat okolí.

Nano je měřítko něčeho velmi malého. Srovnávat jeden metr a nanometr je v poměru asi jako srovnávat velikost zeměkoule a lískového oříšku. V nanotechnologiích se pracuje s jednotlivými molekulami a atomy, tím je možné vytvářet úplně nové vlastnosti hmoty. Pokročilé nanomateriály, pod kterými si můžeme představit různé typy polymerních kompozitů vylepšených uhlíkovými nanotrubičkami, anorganickými nanovlákny, popř. grafenem nebo jinými 2D materiály, umožní významný pokrok v bezpečnosti, designu i výkonu automobilů. Čeká nás úplně nová éra a technologická revoluce ve výrobě. Nové materiály, většinou na bázi uhlíku, jsou mnohem pevnější než ocel. Jsou i lehčí a namísto obrábění je možné díly vytisknout na 3D tiskárně. V této souvislosti se mluví o tzv. dematerializaci výroby, každý díl má nejprve svůj digitální obraz, který se následně materializuje 3D tiskem. Odpadá současně nutnost unifikace pro sériovou výrobu, tímto způsobem bude možné vyrábět zakázkově, aniž by se zvýšila cena. Nanomateriály také umožňují výrobu ohebné a průhledné elektroniky, můžeme si například představit interiér vozu, který bude jedním velkým displejem. Ostatně řídit bude umělá inteligence, takže člověk může během jízdy relaxovat nebo pracovat.

Nanotechnologie za sebou nemají dlouho historii. Vědecký výzkum začal v 80. letech 20. století s nástupem elektronové mikroskopie, ale první výrobky se objevily až na začátku 21. století. Nástup nanomateriálů do automobilismu a automobilového průmyslu je tak zatím stále na samém začátku, přesto existuje už řada prvních aplikací. Nanotechnologické firmy v České republice se pyšní řadou z nich.

Superkluzké a supertvrdé povrchy

Současná výroba dílů automobilů je zatím stále založená na obrábění a lisování. Česká firma AdvaMat používá technologii PVD (physical vapour deposition) a DLC (diamond-like-carbon) povlakování povrchů materiálů. Bombardováním materiálu urychlenými ionty ve vysokém vakuu a odprašováním atomů se vytváří velmi tenká a zároveň velmi homogenní supertvrdá a superkluzká vrstva. Tloušťky povlaků se pohybují v řádech jednotek mikrometrů, ale jednotlivé nanovrstvičky pro zlepšení mechanických vlastností jsou v řádech desítek nanometrů. Radikálně se tak dá zvýšit životnost zápustek, forem, protahovacích a válcovacích nástrojů pro tváření kovů, plastů a keramiky. Povlaky také zabraňují korozi. Vysoká tvrdost povlaků chrání nástroje proti abrazi skelnými vlákny nebo poškrábání povrchu při manipulaci a čištění. Je možné povlakovat na nástroje z oceli, hliníku i slitin AMC. V automobilovém průmyslu se často používají povlaky AdvaMat ke zlepšení vlastností forem pro výrobu umělohmotných dílů. Najdeme je i na velmi zatěžovaných částech výkonných motorů renomovaných značek. Skupina DLC povlaků se používá pro zvýšení spolehlivosti pohyblivých částí lisovacích forem kluzných dílů v pohyblivých částech automobilů.

Nanooptika tvaruje světlo reflektorů aut

Nezbytnou výbavou automobilu je optika, ať už v podobě reflektorů nebo osvětlení kabiny. Česká nanotechnologická firma IQ Structures je první a dosud jedinou firmou na světě, která zvládla výrobu ploché nanooptiky. Využívá se zcela nový přístup navrhování a výroby optiky s pomocí přesně vypočtených nano a mikrostruktur. Tyto struktury se umísťují před LED diody na povrchu skla, plastů a dalších transparentních materiálů. Nanooptika je plochá, extrémně tenká, lehká, malá, ale především přesná a velmi přizpůsobivá. Díky těmto vlastnostem odstraňuje řadu omezení, se kterými se dosud potýkali návrháři a konstruktéři. Designéři ocení její miniaturní rozměry a široké možnosti jejího tvarování. Technici ji díky vysoké přesnosti využijí v senzorech. Výrobci automobilů použitím nanooptiky také ušetří na výrobních nákladech a současně dojde ke snížení hmotnosti vozů o mnoho kilogramů. Lehčí auta spotřebují při srovnatelném výkonu méně energie. U elektromobilů to znamená delší dojezd a u aut se spalovacími motory nanoptika přispěje k plnění přísných emisních limitů a šetření životního prostředí.

Nanofiltry proti zápachu

Česká republika se pyšní tím, že byla jednou z prvních zemí na světě, kde se nanotechnologie začaly využívat v průmyslové výrobě. Stalo se to v roce 2004, kdy jsme patentovali Nanospider, stroj na průmyslovou výrobu nanovlákna. Nanovlákno je tisíckrát tenčí než lidský vlas. Lze ho využít v biomedicíně na kultivaci náhradních lidských tkání nebo v podobě membrán na filtraci vody nebo vzduchu. Trik je v tom, že otvory v nanomembránách jsou také nano, dokáží spolehlivě zachytit i velmi malé submikronové částice, které normálním filtrem projdou . Automobilové filtry roudnické firmy Pardam s nanomembránou dopovanou nanočásticemi stříbra a aktivním uhlím mají navíc antibakteriální a protizápachovou funkci. 

Auta pro alergiky

V průmyslových zemích, kam patří i Česká republika, roste počet lidí s alergickým onemocněním. V současné době je v Evropě až 40 % osob trpících respiračními alergiemi, většinou se jedná o alergii na prach či pyl. Alergie není onemocnění jednoho orgánu, je to celková porucha imunity ve smyslu zvýšené reaktivity na některé běžné podněty, například prachové roztoče. Prachový roztoč potřebuje ke svému životu tmu, teplo a potravu, kterou je prach z odumřelé lidské kůže. Ideální prostředí jsou pro něj místa, kde odpočívá člověk. Zalézá do matrací, přikrývek i polštářů, kde vytváří své kolonie a produkuje alergeny. Otvory běžné textilie roztoč i jeho alergen hravě projde, jenže pokud se mu do cesty postaví nanomembrána chytré české textilie nanoSPACE, je to asi jakoby se slon snažil projít myší dírou. Antialergické autopolštářky a polstrování s nanovlákennou membránou zabrání průniku roztočů i jejich alergenů na 100% a v kombinaci s výše uvedeným nanofiltrem v rozvodu klimatizace vznikne ideální auto pro alergika.

Nejmodernější ochrana laku a skel

Největším nanotechnologem je příroda, používá nanotechnologie od zrodu života na zemi a pro vědce je trvalou inspirací. Jedním z příkladů je samočisticí vrstva na sklech nebo karoserii vozidla vytvořená pomocí nano autokosmetiky českých firem Nanotrade nebo Pikatec. Jedná se vlastně o obdobu efektu lotosového listu, po kterém se kutálejí kapky vody a unášejí nečistotu. Nanošampon a nanopolitura  vytvářejí na povrchu automobilu neviditelnou vrstvu z nanočástic oxidů křemíku, zirkonu a titanu. Na povrchu ošetřeném nano autokosmetikou se mění povrchové síly, které ovlivňují přilnavost kapalin.  Neviditelný nanoštít funguje jako tekuté stěrače a zároveň auto chrání i proti škrábancům a znečištění. Povrch vylepšený hydrofóbní úpravou lépe odolává škodlivému působení solí a dalším chemikálií.

Nanoochrana proti zlodějům

Neviditelná nanotečka pražské firmy IQ Structures zvyšuje šanci nalezení ukradeného vozu a potrestání zloděje. Představte si, že se do autolaku přidají tisíce nanoteček, které budou obsahovat VIN kód vozidla. Po nalakování budou nanotečky rozmístěné po celé karoserii, lidským okem, lupou ani obyčejným mikroskopem neidentifikovatelné. Podobná technologie se používá v kombinaci s hologramy také při ochraně důležitých dokumentů, bankovek nebo dokladů. Vzhledem k vysoké technologické náročnosti je to pro zloděje a padělatele v současnosti zatím nepřekonatelná překážka. 

Revoluční 3D baterie je 100% bezpečná

Nástup elektromobility se zdá být na spadnutí, všechny významné světové automobilky plánují uvést na trh během několika let desítky nových modelů a masivně investují do této technologie. Klíčem ke skutečnému rozvoji a snižování cen elektromobilů je levná, naprosto spolehlivá baterie s velkou kapacitou. Taková baterie ale zatím na trhu neexistuje. Česká republika má velkou šanci, že se stane v blízké budoucnosti jedním z největších světových výrobců baterií, které budou požadovaným parametrům vyhovovat.Významný český nanotechnolog Jan Procházka vynalezl lithium-iontovou 3D baterii, která se od svých konkurentů liší zcela unikátním konstrukčním řešení. Baterie HE3DA, jak ji vynálezce nazval, má bezprecedentní  bezpečnostní parametry. S výjimkou elektrolytu neobsahuje žádné organické hořlavé látky, nepřehřívá se ani ve zkratu a nemůže hořet nebo explodovat. Její životnost je přes 5000 cyklů, je 100% recyklovatelná. Kilowatthodinový modul poskytuje patnáctkrát vyšší maximální výkon, než u technologií, využívaných v současnosti. Její výroba je relativně jednoduchá a dá se dobře automatizovat. V současnosti už běží malá zkušební  robotizovaná linka v Letňanech a buduje se velká továrna v Horní Suché na severní Moravě. Jedná se o investici několika miliard korun a když bude vše probíhat podle plánu, výroba se rozběhne už na konci letošního roku. 

Je zřejmé, že nanotechnologie mají automobilovému průmyslu co nabídnout. S jejich pomocí budou automobily blízké budoucnosti bezpečnější, levnější a komfortnější pro svého uživatele, i když jím bude třeba těžký alergik. Nanotechnologie mají potenciál urychlit i rozvoj elektromobility. Pro Českou republiku znamenají nanotechnologie velkou šanci udržet se mezi lídry v automobilovém průmyslu i v 21. století.

Článek také vyšel v tištěné i elektronické verzi časopisu MM Průmyslové spektrum 4/2019

https://www.mmspektrum.com/clanek/nanotechnologie-v-automobilovem-prumyslu-14190.html