NAMRI/SME отмечает прорывы в производственных исследованиях на 45-й ежегодной конференции NAMRC

Академики производства были награждены за их служение, вклады и выдающиеся производственные исследования во время ежегодной Североамериканской конференции по производственным исследованиям (NAMRC), проводимой Североамериканским институтом производственных исследований SME (NAMRI/SME). 45-е ежегодное мероприятие этого года было организовано Университетом Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе.

Во время ежегодной церемонии награждения было вручено 21 награда исследователям, студентам и промышленным профессионалам. NAMRC — это преемерный международный форум для прикладных исследований и промышленных применений в производстве и дизайне. NAMRI/SME объединяет исследователей из всего мира для целей продвижения научной основы дискретного производства.

«Производство — это отрасль исключительных возможностей, движимая исследованиями, которые проталкивают границы возможного», — сказал президент NAMRI/SME Дин Бартлс, PhD, FSME. «Те, кто отмечен сегодня, движут этими исследованиями и нашей отраслью вперед способами, которые будут делать разницу на десятилетия».

Победители наград NAMRI/SME 2017 года включают:

• Награда NAMRI/SME S.M. Wu за внедрение исследований, Аджей Малше, PhD, Университет Арканзас / NanoMech Inc., Спрингдейл, Арканзас.
• Награда NAMRI/SME за выдающуюся пожизненную службу, Нил Даффи, PhD, FSME, CMfgE, PE, Университет Висконсин, Медисон, Висконсин.

Награда NAMRI/SME за выдающуюся статью была вручена за три статьи:

• «Адаптивное обучающее управление для компенсации тепловых ошибок 5-осевых станков»,
• «Виртуальное сенсирование на основе дополненного частичного фильтра для прогнозирования состояния инструмента»,
• «Высокоудаляемая водная поддержка для стереолитографии».

Первая награда NAMRI/SME David Dornfeld Manufacturing Vision Award и Blue Sky Competition, финансируемая Национальным научным фондом, также была вручена на NAMRC в этом году. Награда David Dornfeld Manufacturing Vision Award призвана поощрять по-настоящему видение концепций исследований и образования и вручается лучшей презентации, определенной программным комитетом.

«Производство составляет более трех четвертей всех частных исследований и разработок в США», — сказал Скотт Смит, PhD, FSME, профессор Университета Северной Каролины — Шарлотт и бывший президент NAMRI/SME. «Этот конкурс ищет радикальные, вызывающие [идеи], которые проталкивают пределы того, чем может быть будущее производства».

Финансируемая Национальным научным фондом, аннотации для первоговорого конкурса были частью специального трека «Blue Sky Ideas» на конференции. Представления оценивались комитетом на основе того, как они бросают вызов существующим предположениям и в какой степени они расширяют возможности и горизонты области.

Первая награда NAMRI/SME Dornfeld Manufacturing Vision Award названа в честь покойного профессора Университета Калифорнии в Беркли, который считался глобальным лидером в устойчивом производстве и умном производстве, и награда признает выдающееся видение и лидерство в производственном сообществе. «Мы чествуем признание профессора Дорнфельда, члена и бывшего директора SME, а также основателя NAMRC, за его вклад в производство», — сказал Смит. «Его наследие будет жить в будущих пионерах отрасли и их приверженности продвижению нашей отрасли».

Награда была вручена Тони Шмицу, PhD, FSME, Университет Северной Каролины в Шарлотте, за его презентацию «Биомиметическое производство». Инновации производства следующего поколения будут частично обеспечены подражанием биологическим системам в производственных средах. В своей презентации Шмиц очертил новые исследования в области биомиметического производства.

Дон Лукка, PhD, FSME, CMfgE, регент-профессор и кафедра Херрингтона в передовых материалах в Оклахомском государственном университете, прочитал учредительную лекцию NAMRI/SME, озаглавленную «На пути к ультраточной обработке».

NAMRC 46 будет проводиться 18-22 июня 2018 года в Техасском А&М университете в Колледж-Стейшн, штат Техас.

Лазерная техника делает графен из дерева

Команда ученых в Райсовом университете (Хьюстон) превратила дерево в электрический проводник, превратив его поверхность в графен.

Исследовательская команда, возглавляемая химиком Райса Джеймсом Туром, использовала лазер, чтобы почернить тонкопленочный рисунок на блоке сосны. Рисунок — это лазерно-индуцированный графен (LIG), форма атомно-тонкого углеродного материала, открытого в Райсе в 2014 году.

«Это союз архаичного с новейшим наноматериалом в единую композитную структуру», — сказал Тур в заявлении. Материал может использоваться для биоразлагаемой электроники. Открытие подробно описано в этом месяце в Advanced Materials, см. веб-страницу https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702211/full. Предыдущие итерации LIG делались нагреванием листа полиимида, недорогого пластика, лазером. Вместо плоского листа гексагональных атомов углерода, LIG — это пена из листов графена с одним краем, прикрепленным к нижележащей поверхности и химически активными краями, выставленными к воздуху.

Не любой полиимид давал LIG, сказал Тур. Исследовательская команда, возглавляемая аспирантами Райса Рукуан Е и Ие Чьян, пробовала березу и дуб, но обнаружили, что перекрестно-связанная лигноцеллюлозная структура сосны делает её лучше для производства высококачественного графена, чем древесины с более низким содержанием лигнина. Лигнин — это сложный органический полимер, образующий жесткие клеточные стенки в дереве.

Е сказал, что превращение дерева в графен открывает новые пути для синтеза LIG из не-полиимидных материалов. «Для некоторых применений, таких как трехмерная печать графена, полиимид может не быть идеальным субстратом», — сказал он. «Кроме того, дерево обильно и возобновляемо».

Как и с полиимидом, процесс происходит со стандартным промышленным лазером при комнатной температуре и давлении и в инертной аргоновой или водородной атмосфере. Без кислорода тепло от лазера не сжигает сосну, а трансформирует поверхность в сморщенные хлопья графена, пенообразно связанные с поверхностью дерева. Изменение мощности лазера также меняло химический состав и термическую стабильность получаемого LIG. На 70% мощности лазер производил высшее качество «P-LIG», где P означает «сосна».

Лаборатория зашла дальше своего открытия, превратив P-LIG в электроды для расщепления воды на водород и кислород и суперконденсаторы для накопления энергии. Для первого они наносили слои кобальта и фосфора или никеля и железа на P-LIG, чтобы сделать пару электрокатализаторов с высокой площадью поверхности, которые оказались долговечными и эффективными.

Нанесение полианилина на P-LIG превратило его в суперконденсатор накопления энергии с пригодными метриками производительности, согласно Туру. «Есть больше применений для изучения», — сказал Е. «Например, мы могли бы использовать P-LIG в интеграции солнечной энергии для фотосинтеза. Мы верим, что это открытие вдохновит ученых подумать о том, как мы могли бы спроектировать природные ресурсы в лучше функционирующие материалы». Процесс также создаст биоразлагаемую электронику.

Соавторы статьи — аспиранты Райса Джибо Чжан и Илюн Ли; Сяо Хань, у которого комплементарное назначение в Райсе и который аспирант в Бэйханьском университете, Пекин, Китай; и ученый-исследователь Райса Картер Киттрелл. Тур — кафедра T.T. и W.F. Чао в химии, а также профессор компьютерных наук и материаловедения и наноинженерии в Райсе.

Исследование поддержало Научное исследование ВВС Многодисциплинарная университетская исследовательская инициатива и NSF Наносистемный инженерный исследовательский центр для нанотехнологического водоподготовки.

Новые наноматериалы могут построить будущие электронные устройства

Исследователи в Чикагском университете и Аргоннской национальной лаборатории разработали новый метод паттернирования наноматериалов, который может помочь создать новые электронные устройства.

Это исследование, опубликованное в Science (см. https://science.sciencemag.org/content/357/6349/385), может привести к тому, что ученые сделают эти материалы более доступными для использования во всем: от LED-дисплеев до мобильных телефонов, фотодетекторов и солнечных элементов. Хотя наноматериалы перспективны для будущих устройств, методы их построения в сложные структуры до сих пор были ограничены и маломасштабны.

«Это шаг, необходимый для перевода квантовых точек и многих других наноматериалов из доказательства концепции в реальные технологии, которые мы можем использовать», — сказал соавтор Дмитрий Талапин, профессор химии в Чикагском университете и ученый в Центре наномасштабных материалов в Аргонне, в заявлении. «Это действительно расширяет наши горизонты».

Транзисторы, основа современных вычислений, — это сверхмалые коммутаторы, делаемые миллиардами через процесс, называемый фотолитографией. Процесс, который сделал смартфоны повсеместными и недорогими, создает шаблон из слоя органического полимера путем нанесения паттернированной «маски» и освещения ультрафиолетовым светом. После того как новый материал наносится сверху, полимерный шаблон снимается, чтобы раскрыть паттерн. Несколько раундов такого паттернирования строят миниатюрный транзистор на материале.

Фотолитография имеет свои ограничения. Только несколько материалов могут быть отпаттернированы этим способом. Метод был изначально разработан для кремния, но по мере того как полувековое царство кремния над электроникой подходит к концу, ученые смотрят вперед к следующим материалам. Один из таких путей интереса — наноматериалы — крошечные кристаллы металлов или полупроводников. В этом масштабе они могут иметь уникальные и полезные свойства, но производство устройств из них было сложным.

Новая техника, называемая DOLFIN, делает разные наноматериалы непосредственно в «чернила» в процессе, обходя необходимость класть полимерный шаблон. Талапин и его команда спроектировали химические покрытия для отдельных частиц. Эти покрытия реагируют на свет, так что если вы светите светом через паттернированную маску, свет передаст паттерн непосредственно в слой наночастиц ниже — соединяя их в полезные устройства.

«Мы обнаружили, что качество паттернов было сравнимо с теми, сделанными современными методами», — сказал ведущий автор Юаньюань Ван, постдок в Чикагском университете. «Это можно использовать с широким спектром материалов, включая полупроводники, металлы, оксиды или магнитные материалы — все широко используемые в производстве электроники».

Исследовательская команда работает над коммерциализацией технологии DOLFIN с Центром предпринимательства и инноваций Polsky Чикагского университета.

Tech Front отредактирован старшим редактором Патриком Ваурзиняком; pwaurzyniak@sme.org.