روانکاری ماشین های کوچک الکترومکانیکی ( MEM )

شاید تاكنون ماشین های كوچك زیادی در اطراف خود دیده باشید كه همگی از چیپ های كوچك سیلیكونی ساخته شده اند، قطعه ای روی قطعه دیگر ساییده می شود یا محوری در یك یاتاقان در حال گردش است. روانكاری این ماشین ها درست مانند روانكاری دستگاهی بزرگ همچون موتور اتومبیل امری اجتناب ناپذیر است. روانكارهای مرسوم مانند انواع روغن ها، برای بكارگیری در این ماشین ها بسیار سنگین هستند و مولكول های درشت آنها، خود مانعی در مقابل روانكاری در سرعت های بالاست.
در این راستا پژوهشگران استفاده از گازها را برای ایجاد فیلم لغزنده روی قطعات سیستم های میكرو الكترو مكانیكی (MEM) به عنوان یك گزینه مطلوب مورد مطالعه قرار داده اند.
استفاده در كیسه های هوای اتومبیل به عنوان سنسور تشخیص كاهش آنی شتاب خودرو، موتورهای كوچك جهت دهنده آینه خودرو و نازل های كوچك قطرافشان در پرینترهای جوهرافشان، نمونه هایی دیگری از كاربرد MEM است.
در صنعت روانكاری استفاده از مایع ویسكوز (روغن ها یا روغن هاو افزودنی ها) برای كاهش اصطكاك و افزایش بهره وری سیستم متداول است. این در حالی است كه مطابق پژوهشی های دكتر سئونگ كیم، استادیار مهندسی شیمی، استفاده از روانكار روغنی در MEM ها باعث اتلاف شدید انرژی می شود كه امری غیرقابل قبول است.
از آنجا كه MEM ها بسیار كوچك اند. (ضخامت قطعات تشكیل دهنده آن از قطر موی انسان تجاوز نمی كند) و نیروی اعمال شده بر قطعات آن خیلی اندك است، به همین دلیل روانكارهای مرسوم بر روی MEM ها قابل استفاده نخواهند بود. مولكول های روغن كه معمولاً درشت و سنگین هستند نه تنها باعث توقف حركت قطعات MEM می شوند، بلكه توان پوشش خش ها و ترك های ریز را نیز ندارند. روال فعلی روانكاری در این گونه تجهیزات بهره گیری از روانسازهای جامدات، فیلمی نازك از كربن شبه الماس یا تركیب های فلوروكربن است و با وجود اینكه این مواد فیلم نازك مناسبی را روی سطوح فراهم می كنند اما توانایی پوشش قطعات داخلی را ندارند. به علاوه دایماً در معرض سایش قرار دارند، همچنین خود ترمیم نیستند و پركردن مجدد آنها نیز به صرفه نیست.
با توجه به آنچه گفته شد ایده محققان در مورد بهره گیری از گاز همچنان به عنوان حل مشكل در حال بررسی است. روشی كه فیلم نازك روانكار به صورت گاز تزریقی و با میعان روی سطوح، به نقاط روانكاری منتقل می شود- به نظر می رسد- بهترین انتخاب برای طی كردن این فرایند الكل ها (اتانول، پروپانول، بوتانول و پنتانول) هستند. الكل ها هم آبگریزند و هم آب دوست. بنابراین از یك سمت توانایی حمل آب و از سمت دیگر توان جذب تركیبات غیرآبی را دارند.
قابلیت تركیب با آب در روانكار، یك شاخصه با اهمیت در روانكاری MEM هابه حساب می آید چرا كه آب همیشه در هوا به صورت رطوبت موجود است و امكان میعان آن روی سطوح وجود دارد.
در بعضی دستگاه ها مانند سنسور كیسه های هوای اتومبیل، رطوبت دلیل اصلی یك بار مصرف بودن سیستم است. این سنسورها از دو قطعه باریك و بلند تشكیل شده اند كه در اثر افت سریع شتاب اتومبیل به هم می چسبند و موجب بازشدن كیسه های هوا می شوند وجود آب روی این تیغه ها (به دلیل كشش سطحی بالای آن) باعث می شود كه دو قطعه در فاصله بسیار كمی از یكدیگر قرار گیرند و چنانچه روانكاری قطعات توسط الكل صورت گیرد این پدیده نیز برطرف خواهد شد و شاید بتوان كیسه هوا را بدون تعویض سنسور، دوباره به كار انداخت.
تلاش پژوهشگران برای استفاده از روانكار گازی در فشارهای مختلف بخار نشان می دهد این روش در حیطه وسیعی از فشار محیط، قابل استفاده است.
كوچك بودن مولكول های الكل به آنها اجازه می دهد به راحتی تمام جزئیات سطح این قبیل ماشین ها را پوشش دهند و حضور دایمی گاز در اطراف كل سیستم آن را خود تعمیر می سازد به گونه ای كه به محض از بین رفتن فیلم نازك مایع در اثر ساییدگی، بخشی از گاز موجود برای ترمیم آن، روی سطح كندانس می شود. نكته قابل توجه اینكه این نوع روانكاری به هیچ وجه در عملكرد مكانیكی و الكتریكی سیستم اختلالی ایجاد نمی كند. تلاش ها برای دستیابی به روشی به منظور محفظه بندی MEM و همچنین چگونگی تزریق گاز به سیستم همچنان ادامه دارد.

مترجم: محمد فرخنده

منبع : ماهنامه نفت پارس