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薄膜印刷技术为运输装置带来更智慧的外壳设计

发表于:2011-01-14 10:11:30 来源:Solarbe.com 作者:索比太阳能

能在在黑暗中发光、可提供更大乘客空间的汽车;可完整监测外壳状况的飞机和潜艇;以及已经被导弹锁定的军用车辆,可望具备摧毁导弹的能力──要实现这一切,都需要为运输装置提供更智慧的外壳设计。

今天的汽车外壳是一种不甚聪明的产物:它只不过是用一些弯曲的金属、玻璃和塑胶材料所制成的一种包装,用来保护坐在汽车内部的乘客或是货物。车内的笨重电池和马达经常会过热,它们需要使用昂贵和不什可靠的冷却技术──通常是水冷──来降温。然而,随着人们发展出更多新技术,如太阳能、外部感测以及照明等,这些技术都无法在汽车内部有效地运作,它们需要透过更加智慧的外壳来实现。举例来说,美国国防部已经制定了一项计划,可用于对采用智慧外壳之飞机的整体外部结构进行即时监控。

目前,业界已经出现了许多能让未来的运输装置外壳变得更加智慧的技术,如多层、共形电气和电子产品等。另一方面,透过采用薄膜和印刷技术,诸如平面电动马达和本地化悬吊系统,以及轮内控制等技术也变得更加切实可行。

机械联动和传动系统可能会被淘汰,进而节省成本和空间,并提高可靠性。

换句话说,多层印刷可取代汽车中沉重、昂贵的铜线,让厚重的天花板和汽车仪表板成为多层层压板。 Schreiner公司已经为BMW汽车提供了当车门打开时会发亮的贴花印刷技术,同时,BMW也正准备采用能够从引擎和排放获取热能的流线型汽车热电产生器(ATEG)。在汽车照明应用中,发光二极体的寿命已经提高了十倍。事实上,目前最薄的LCD TV也是采用LED背光。但大面积交流电致发光以及OLED照明和显示等技术的寿命问题也正逐步被克服。

德州大学奥斯汀分校的'分子开关'印刷层具备模拟植物采集光源并转换成能源的潜力。其能源可以直接自太阳取得,而不是透过玉米等低效率的生物燃料来获得。

综合以上提及的技术进展,我们的确可以相信,更智慧的外壳设计将为陆地、海上和空中的运输装置节省更多空间、成本、重量和能源,同时可增加更多新功能。例如,若一辆卡车或飞机能在黑暗中发光,它们将更容易被辨认,并避免意外。另外,若一辆汽车的整个外壳都可用来发电,那么它能产生的电力可能会是目前一些在车顶装设太阳能板汽车的十倍之多。

运用新技术可提供的好处不仅于此。我们还可以从汽车的窗户或照明等透明印刷层中产生电力。目前,台湾、日本和全球许多地区的实验室,都已展示了透明和半导明的无机和有机太阳光电印刷技术。对所谓的智慧型外壳而言,这些技术相当重要。

目前已经有一些印刷的太阳能电池具备了外部的透明电晶体,可用来控制光谱响应。透明的太阳能电池可以在透明的发光表面上加以分层。日本NEC公司正在开发透明的可充电电池层以及透明的OLED显示装置,能方便地运用透明太阳能电池所产生的微小DC电压来运作。

乍看之下,将担负一些运算的大脑型装置和电源等设计在汽车外壳,让它们直接面对冲击的做法似乎不大妥当,但事实却不像听起来那么糟。在淘汰了湿式电解液之后,也同步消除了湿式化学物品可能带来的危险。这使其适用于包括染料敏化电池(Dye Sensitised Solar Cells, DSSC)、超级电容器,以及称之为超电容电池(supercabatteries)的混合型超级电容电池架构。另外,新一代的设计也不再使用有毒物质了。

仿生学(Biomimetics)也将发挥作用,就像人类大脑总有多余的部份,今天我们在军舰或飞机上,通常也会看到冗余的电源和电路。大部份这些组件都具有更大的损伤容限,就像鸟类,失去一些羽毛仍然可以飞翔,而人手若仅失去部份作用,也仍可能保留触觉。

那么,能抵御导弹侵袭的汽车外壳有可能实现吗?根据欧洲最近的研究,'电能盔甲'(Electric Armor)将是一种能保护汽车,使其免于被穿透性爆破损坏的极具经济效益的方法。

传统的厚钢板装甲被电容器层取代──两个导电层被一个绝缘体隔开。当弹头要穿透智慧型外壳时,它便会关闭电路并使电容放电以抵御攻击。这项研究是由英国的BMT Defence Services为欧洲国防署(European Defence Agency)而进行的。

英国陆军的新型装甲车很可能配备来自国家科学与科技实验室(DSTL)的电能盔甲,以抵抗火箭手榴弹的攻击。 DSTL已经开发出一个重仅两吨,但却与搭载额外10~20吨钢铁盔甲装备具有同样保护效果的系统,能够将火箭手榴弹攻击的影响降至几乎为零的程度。透过各种更加智慧的运输装置外壳技术不断问世,未来我们将看到更多的魔法成为可能。

作者:Peter Harrop / Chairman, IDTechEx
编译: Joy Teng

 

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