211service.com
Uzlabota ražošana un jauni materiāli
Jauni materiāli ir būtiskas sastāvdaļas jaunajās tehnoloģijās, kas solās kļūt par galvenajām ekonomikas izaugsmes jomām, piemēram, lētāka saules enerģija, elektrisko automašīnu akumulatori, kas var ilgt ilgāk starp uzlādi, vieglas pārnēsājamas elektroniskās ierīces un implantējamas medicīniskās ierīces personalizētai medicīnai. Taču ceļš no jauna materiāla līdz produktam parasti ilgst vienu līdz divas desmitgades. Tas lielā mērā ir tāpēc, ka jauniem materiāliem ir vajadzīgas progresīvas ražošanas tehnoloģijas, kuru izstrādei var būt nepieciešami daudzi gadi.
Izejmateriāls: šis materiāls, ko varēja izmantot litija jonu akumulatoru katodos, tika atklāts, veicot skaitļošanas skrīningu. Dažādās formas attēlo dažādas savienojuma daļas, litija, mangāna, bora un skābekļa maisījumu.
Baltais nams cer šo laiku samazināt uz pusi, ieguldot 100 miljonus ASV dolāru Materiālu genoma iniciatīva mērķis ir veicināt efektīvāku skaitļošanas modelēšanas rīku izmantošanu, ko pētnieki izmanto, lai prognozētu jaunu materiālu īpašības. Iniciatīva, kas ir daļa no Baltā nama Uzlabotā ražošanas partnerība atbalstīs atvērtu piekļuvi šiem modeļiem un datubāzēm visā materiālu zinātnes kopienā, cerot savienot akadēmiķus ar nozari agrīnā izstrādes procesā.
Pašreizējā situācijā zinātnieki, kas strādā ar jauniem materiāliem, neņem vērā ražošanas problēmas pietiekami agri, saka Sairuss Vadija , Baltā nama Zinātnes un tehnoloģiju politikas biroja direktora asistents tīras enerģijas un materiālu pētniecības un izstrādes jautājumos. Rezultātā viņu pētījumi var novest viņus strupceļos. Viņš uzskata, ka veids, kā to mainīt, ir mudināt visu materiālu zinātnes kopienu, sākot no akadēmiķiem līdz ražotājiem, dalīties ar datiem un skaitļošanas rīkiem - materiālu genomu. Vadija saka, ka vēlas, lai pētnieki sev jautā: kurš to ir darījis iepriekš, ko viņi iemācījušies un ko tirgus var izturēt?
Materiālu zinātnieki pēdējo 20 gadu laikā ir izmantojuši prognozēšanas modeļus ar dažādu panākumu pakāpi, manipulējot ar datiem par tādām īpašībām kā kušanas temperatūra, vadītspēja vai veids, kā savienojums reaģē ar citiem, lai prognozētu, vai materiāls ir piemērots konkrētam lietojumam, piemēram, akumulatora elektrods. Iesaistītie aprēķini ir ļoti sarežģīti. Bet, tiklīdz kods, lai prognozētu daudzsološus kandidātus konkrētam pieteikumam, ir uzrakstīts, to var izmantot, lai pārbaudītu jebkura materiāla potenciālu, saka. Gerbrands Ceders MIT materiālu zinātnes profesors, kurš specializējas jaunu bateriju-elektrodu materiālu skaitļošanas modelēšanā. Diemžēl nebija infrastruktūras, kas palīdzētu pētniekiem koplietot savus datus un kodu, kas tika izmantots to izskaušanai, un tikai daži modeļi ir ņēmuši vērā ražošanas problēmas.
Mērogošanas un ražošanas problēma ir tā, ka jūs nesaprotat visu, saka Seders. Ja mēs varētu izgatavot lietas tieši tā, kā mēs tās pagatavojām laboratorijā, nebūtu nekādu problēmu. Bet tas tā nedarbojas. Nelielas atšķirības ražošanas apstākļos ir neizbēgamas, palielinot apjomu no materiāla izgatavošanas gramos uz tonnām. Un materiālus, kas šodien nāk no akadēmiskajām laboratorijām, ir grūtāk izgatavot nekā pagātnes materiālus. Daudzi uzlaboti materiāli iegūst savas neparastās īpašības, izmantojot molekulāro vai pat atomu mēroga strukturālo precizitāti, un to izgatavošana nav līdzīga, piemēram, tērauda ražošanai. Jūs ražojat tēraudu, kausējot metālus kopā milzīgā tvertnē, saka Aleksandrs Kings , Eimsas Nacionālās laboratorijas direktors Aiovas štatā. King saka, ka, ražojot progresīvus materiālus, jums ir jāizmanto kontrolētākas metodes, pretējā gadījumā atomi nedarīs to, ko vēlaties. Temperatūras kontroles, sajaukšanas vai citu faktoru neatbilstības var izraisīt neveiksmi. Un metodes, ko izmanto, lai sasniegtu atomu mēroga precizitāti laboratorijā, var būt grūti pārvēršamas liela mēroga ražošanā.
Lai rūpnīcā konsekventi izgatavotu lielas kompleksa materiāla partijas, gandrīz vienmēr ir nepieciešami procesi, kas atšķiras no tiem, ko izmanto nelielu partiju izgatavošanai laboratorijā. Tas nozīmē vairāk naudas, laika un riska. Piemēram, pieņemsim, ka pētniecības laboratorija ir izgatavojusi vienu collu kvadrātveida darba saules baterijas, kuru aktīvais slānis tiek izveidots, drukājot nanodaļiņu tinti. Lai komercializētu šādu tehnoloģiju, uzņēmumam ir jāizstrādā vairākas ražošanas metodes. Vispirms ir jāizdomā, kā izgatavot nanodaļiņas lielās partijās; tad tai ir jāatrod iekārtu ražotājs, kas nodrošina pielāgotu iekārtu šo tintes drukāšanai kvadrātmetros vai pašai jāizstrādā šis aprīkojums. Bet tas var pat nesasniegt šo posmu. Ko darīt, ja pētnieki mēģina izgatavot lielu skaitu šo saules bateriju, viņi nevar panākt, lai nanodaļiņas sakārtotu konsekventi un šūnas nedarbojas? Jebkurā posmā var tikt atklāts liktenīgs trūkums.
Materiālu genoma iniciatīvas mērķis ir paredzēt šādas ražošanas problēmas un novērst zinātniekus un inženierus no tām agrākā izstrādes posmā. Problēmas, kas saistītas ar pāreju no laboratorijas stenda uz rūpnīcu, nav nekas īpašs, saka Seders. Šobrīd galvenais izaicinājums ir tas, ka atsevišķas grupas un uzņēmumi ir izstrādājuši koda fragmentus un uzkrājuši datus par jauniem un esošiem materiāliem, taču viņiem nav iespējas dalīties ar šo informāciju. Viņi iesniedz patentu, publicē papīru, un tas beidzas. Materiālu genoms visus šādus datus apkopos centrālajā datu bāzē.
Akadēmiskā kultūra ir vairāk piemērota datu apmaiņai nekā korporatīvā kultūra, taču Vadija, kas pēdējos gados ir runājusi ar lielāko materiālu uzņēmumu pārstāvjiem par šo iniciatīvu, uzskata, ka savu ieguldījumu dos arī korporatīvās laboratorijas. Patiešām, bez tiem šādam projektam būtu grūti gūt panākumus. Tas sāksies kopienu kabatās, bet mums ir jāsaņem kritiskā masa, lai tas darbotos, viņš saka. Uzņēmumi, kas ražo progresīvus materiālus, jau ģenerē lielu datu apjomu, katru dienu uzraugot ražošanas darbības, un viņš cer, ka viņi dalīsies ar šāda veida informāciju ar Materiālu genoma iniciatīvu.
Mēs domājam, ka nozarei galvenā loma var būt mūsu perspektīvas nodrošināšanai par to, kā materiāli tiek izmantoti, izstrādāti un novērtēti rūpniecisko produktu lietojumiem, saka Kristīne Furstosa, uzņēmuma ražošanas un materiālu tehnoloģiju tehniskā direktore. GE globālā izpēte . Mēs izmantojam lielu skaitu materiālu, kas tiek izmantoti vairākās nozarēs, un esam ļoti ieinteresēti palīdzēt uzlabot šādu materiālu veiktspēju un izgatavojamību.
Sākotnējie 100 miljoni ASV dolāru tiks sadalīti starp četrām valdības aģentūrām: Nacionālo standartu un tehnoloģiju institūtu, Enerģētikas departamentu, Nacionālo zinātnes fondu un Aizsardzības departamentu. Baltā nama pārstāvji nekomentēs, cik naudas nonāktu katrai aģentūrai un kādiem konkrētiem projektiem, taču uzsvars, norāda Vadija, tiek likts uz skaitļošanas infrastruktūras veidošanu. Nākamā gada laikā tiks noskaidrots, kādai šai infrastruktūrai vajadzētu izskatīties. Finansējums tiks arī izglītības iniciatīvām.
Jauni materiāli ir galvenie ražošanas veicinātāji, saka Ceder. Ja jūs gatavojaties palielināt ražošanu ASV, jūs to nedarīsit, izmantojot vecās tehnoloģijas.