مادی سائنس

میٹریل سائنس

 

 

میٹریل سائنس اس بات کا مطالعہ کرتی ہے کہ، ٹھوس مادوں کی خصوصیات کا مطالعہ اور ان خصوصیات کا تعین مادے کی ساخت سے کیسے ہوتا ہے۔ یہ سالڈ سٹیٹ فزکس، میٹالرجی اور کیمسٹری کے امتزاج سے پروان چڑھا ہے، کیونکہ مادی خصوصیات کی بھرپور اقسام کو کسی ایک کلاسیکی نظم و ضبط کے تناظر میں نہیں سمجھا جا سکتا۔ خصوصیات کی اصلیت کی بنیادی سمجھ کے ساتھ، ساختی اسٹیل سے لے کر کمپیوٹر مائیکرو چِپس تک کی ایپلی کیشنز کی ایک بہت بڑی قسم کے لیے مواد کو منتخب یا ڈیزائن کیا جا سکتا ہے۔ میٹریل سائنس انجینئرنگ سرگرمیوں جیسے الیکٹرانکس، ایرو اسپیس، ٹیلی کمیونیکیشن، انفارمیشن پروسیسنگ، نیوکلیئر پاور، اور توانائی کی تبدیلی کے لیے اس لیے اہم ہے۔

یہ مضمون مواد سائنس کے موضوع کو استعمال کے پانچ بڑے شعبوں کے ذریعے پہنچاتا ہے: توانائی، زمینی نقل و حمل، ایرو اسپیس، کمپیوٹر اور مواصلات، اور طب۔ بات چیت درخواست کے ہر شعبے کی بنیادی ضروریات اور ان ضروریات کو پورا کرنے کے لیے مختلف مواد کی صلاحیتوں پر مرکوز ہے۔

میٹریل سائنس میں مطالعہ اور استعمال کیے جانے والے بہت سے مواد کو عام طور پر چار اقسام میں تقسیم کیا جاتا ہے: دھاتیں، پولیمر، سیمی کنڈکٹرز اور سیرامکس۔ ان مواد کے ماخذ، پروسیسنگ، اور ساخت کی وضاحت کئی مضامین میں کی گئی ہے: دھات کاری؛ (قدرتی اور مصنوعی ربڑ)؛ پلاسٹک؛ انسانی ساختہ فائبر؛ اور صنعتی گلاس اور سیرامکس۔ کیمیائی عناصر اور مادے میں جوہری اور سالماتی ڈھانچے پر تبادلہ خیال کیا جاتا ہے۔ اس مضمون میں شامل ایپلی کیشنز کو توانائی کی تبدیلی، نقل و حمل، الیکٹرانکس اور ادویات میں وسیع کوریج دی گئی ہے۔

توانائی کے لیے مواد

صنعتی طور پر ترقی یافتہ معاشرہ بڑی مقدار میں توانائی اور مواد استعمال کرتا ہے۔ نقل و حمل، حرارتی اور کولنگ، صنعتی عمل، مواصلات — درحقیقت، جدید زندگی کی تمام طبعی خصوصیات — تکنیکی اقتصادی نظام کے ذریعے توانائی اور مواد کے بہاؤ اور تبدیلی پر منحصر ہیں۔ یہ دونوں بہاؤ لازم و ملزوم ہیں اور صنعتی معاشرے کی زندگی بناتے ہیں۔ مادی سائنس کا توانائی کے استعمال سے تعلق وسیع اور پیچیدہ ہے۔ توانائی کی پیداوار، تقسیم، تبدیلی، اور استعمال کے ہر مرحلے پر، مواد ایک ضروری کردار ادا کرتا ہے، اور اکثر خاص مواد کی خصوصیات کی ضرورت ہوتی ہے۔ مواد کی خصوصیات اور ساخت کی تفہیم میں قابل ذکر اضافہ نئے مواد کے ساتھ ساتھ پرانے مواد کو سائنسی بنیادوں پر تیار کرنے کے قابل بناتا ہے، اس طرح زیادہ کارکردگی اور کم لاگت میں حصہ ڈالتا ہے۔

توانائی سے متعلق مواد کی درجہ بندی

توانائی کے مواد کو مختلف طریقوں سے درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، انہیں ایسے مواد میں تقسیم کیا جا سکتا ہے جو غیر فعال یا فعال ہوں۔ غیر فعال گروپ میں شامل افراد توانائی کی تبدیلی کے اصل عمل میں حصہ نہیں لیتے ہیں لیکن وہ کنٹینرز، ٹولز، یا ری ایکٹر کے برتنوں، پائپ لائنوں، ٹربائن بلیڈز، یا تیل کی مشقوں جیسے ڈھانچے کے طور پر کام کرتے ہیں۔ فعال مواد وہ ہیں جو توانائی کی تبدیلی میں براہ راست حصہ لیتے ہیں—جیسے شمسی خلیات، بیٹریاں، کیٹالسٹ، اور سپر کنڈکٹنگ میگنٹ۔

توانائی کے مواد کی درجہ بندی کا ایک اور طریقہ روایتی، جدید اور ممکنہ مستقبل کے توانائی کے نظاموں میں ان کا استعمال ہے۔ روایتی توانائی کے نظام جیسے فوسل فیول، ہائیڈرو الیکٹرک جنریشن، اور نیوکلیئر ری ایکٹرز میں، مواد کے مسائل کو اچھی طرح سمجھا جاتا ہے اور عام طور پر ساختی میکانکی خصوصیات یا سنکنرن جیسے دیرینہ کیمیائی اثرات سے وابستہ ہوتے ہیں۔ جدید توانائی کے نظام ترقی کے مرحلے میں ہیں اور محدود مارکیٹوں میں حقیقی استعمال میں ہیں۔ ان میں شیل اور ٹار ریت سے تیل، کوئلہ گیسیفیکیشن اور لیکیفیکشن، فوٹو وولٹک، جیوتھرمل توانائی، اور ہوا کی طاقت شامل ہیں۔ ممکنہ مستقبل کے توانائی کے نظام کو ابھی تک تجارتی طور پر کسی خاص حد تک تعینات نہیں کیا گیا ہے اور ان کے استعمال سے پہلے بہت زیادہ تحقیق کی ضرورت ہے۔ ان میں ہائیڈروجن ایندھن اور فاسٹ بریڈر ری ایکٹر، بائیو ماس کی تبدیلی، اور بجلی کو ذخیرہ کرنے کے لیے سپر کنڈکٹنگ میگنےٹ شامل ہیں۔

توانائی کے مواد کو غیر فعال یا فعال یا روایتی، جدید یا مستقبل کے توانائی کے نظام کے حوالے سے درجہ بندی کرنا مفید ہے کیونکہ یہ متعلقہ مواد کی ضروریات کی نوعیت اور فوری ضرورت کی تصویر فراہم کرتا ہے۔ لیکن توانائی کے مادّے سے تعلق کو سمجھنے کے لیے سب سے روشن فریم ورک مادّی خصوصیات میں ہے جو توانائی کے مختلف استعمال کے لیے ضروری ہیں۔ اس کی وسعت اور تنوع کی وجہ سے، اس طرح کے فریم ورک کو مثالوں کے ذریعے بہترین طور پر دکھایا گیا ہے۔ تیل صاف کرنے میں، مثال کے طور پر، رد عمل کے برتنوں میں کچھ میکانکی اور تھرمل خصوصیات کا ہونا ضروری ہے، لیکن کٹالیسس ایک اہم عمل ہے۔

توانائی سے متعلق مواد کا اطلاق

اعلی درجہ حرارت کا مواد

ایندھن سے مفید کام نکالنے کے لیے، اسے پہلے جلانا چاہیے تاکہ کچھ سیال (عام طور پر بھاپ) کو زیادہ درجہ حرارت پر لایا جا سکے۔ تھرموڈینامکس اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، حرارت کے کام میں تبدیلی کی کارکردگی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ لہذا، دہن کے چیمبروں، پسٹنوں، والوز، روٹرز، اور ٹربائن بلیڈ کے لیے مواد کی ترقی جو ہمیشہ سے زیادہ درجہ حرارت پر کام کر سکتی ہے، انتہائی اہمیت کا حامل ہے۔ پہلے بھاپ کے انجنوں کی کارکردگی 1 فیصد سے کم تھی، جب کہ جدید بھاپ ٹربائنز 35 فیصد یا اس سے زیادہ کی کارکردگی حاصل کرتے ہیں۔ اس بہتری کا ایک حصہ بہتر ڈیزائن اور دھاتی کام کی درستگی سے آیا ہے، لیکن ایک بڑا حصہ بہتر اعلی درجہ حرارت والے مواد کے استعمال کا نتیجہ ہے۔ ابتدائی انجن کاسٹ آئرن اور پھر عام اسٹیل سے بنے تھے۔ بعد میں، نکل، مولبڈینم، کرومیم، اور سلکان پر مشتمل اعلی درجہ حرارت کے مرکب تیار کیے گئے جو 540 ° سینٹی گریڈ (1,000 ° فارن ہائیٹ) سے زیادہ درجہ حرارت پر پگھل یا ناکام نہیں ہوتے تھے۔ لیکن جدید دہن کے عمل ان مفید درجہ حرارت کی حدوں کے قریب ہیں جو دھاتوں کے ساتھ حاصل کی جا سکتی ہیں، اور اس لیے نئے مواد جو زیادہ درجہ حرارت پر کام کر سکتے ہیں — خاص طور پر انٹرمیٹالک مرکبات اور سیرامکس — تیار کیے جا رہے ہیں۔

اعلی درجہ حرارت پر دھاتوں کے استعمال کو محدود کرنے والی ساختی خصوصیات جوہری اور الیکٹرانک دونوں ہیں۔ تمام مواد ڈس لوکیشن پر مشتمل ہے. ان میں سے سب سے آسان ایٹموں کے طیاروں کا نتیجہ ہے جو تمام کرسٹل کے ذریعے نہیں پھیلا ہوا ہے، اس طرح ایک لائن ہے جہاں ہوائی جہاز ختم ہوتا ہے جس میں معمول سے کم ایٹم ہوتے ہیں۔ دھاتوں میں، بیرونی الیکٹران حرکت کرنے کے لیے آزاد ہیں۔ اس سے ڈی لوکلائزڈ ہم آہنگی ملتی ہے تاکہ، جب تناؤ کا اطلاق ہوتا ہے، تو تناؤ کو دور کرنے کے لیے نقل مکانی کر سکتے ہیں۔ نتیجہ یہ ہے کہ دھاتیں نرم ہوتی ہیں: نہ صرف انہیں آسانی سے مطلوبہ شکلوں میں کام کیا جا سکتا ہے، لیکن جب دباؤ ڈالا جائے گا تو وہ فوری طور پر ٹوٹنے کے بجائے آہستہ آہستہ پلاسٹک سے نکلیں گے۔ یہ ایک مطلوبہ خصوصیت ہے، لیکن درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، دباؤ میں پلاسٹک کا بہاؤ اتنا ہی زیادہ ہوگا- اور، اگر درجہ حرارت بہت زیادہ ہے، تو مواد بیکار ہوجائے گا۔ اس کے ارد گرد حاصل کرنے کے لئے، مواد کا مطالعہ کیا جا رہا ہے جس میں ڈس لوکیشن کی حرکت کو روکا جاتا ہے. سیرامکس جیسے سیلیکون نائٹرائڈ یا سلکان کاربائیڈ اور انٹر میٹالک جیسے نکل ایلومینائڈ وعدہ کرتے ہیں کیونکہ الیکٹران جو انہیں ایک ساتھ رکھتے ہیں وہ والنس یا آئنک بانڈز کی شکل میں انتہائی مقامی ہوتے ہیں۔ یہ ایسا ہی ہے جیسے دھاتوں کو پھسلنے والے گوند کے ذریعے ایک ساتھ رکھا گیا ہو جبکہ غیر دھاتوں میں ایٹموں کو سخت سلاخوں سے جوڑا گیا ہو۔ اس طرح نان میٹلز میں نقل مکانی کرنا بہت مشکل ہوتا ہے۔ درجہ حرارت کو بڑھانے سے نقل مکانی کی حرکت میں اضافہ نہیں ہوتا ہے، اور انہیں پیداوار دینے کے لیے درکار دباؤ بہت زیادہ ہوتا ہے۔ مزید برآں، ان کے پگھلنے والے پوائنٹس دھاتوں کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ ہیں، اور وہ کیمیائی حملے کے خلاف بہت زیادہ مزاحم ہیں۔ لیکن یہ مطلوبہ خصوصیات قیمت پر آتی ہیں۔ وہ ساخت جو انہیں پرکشش بناتی ہے وہ انہیں ٹوٹنے والی بھی بناتی ہے۔ یعنی جب وہ زیادہ دباؤ کا شکار ہوتے ہیں تو وہ بہہ نہیں پاتے اور ٹوٹ پھوٹ کا شکار ہوتے ہیں۔ جدید تحقیق کا مقصد مواد میں ترمیم کرکے اور اسے کیسے بنایا جاتا ہے اس کی لچک کی کمی پر قابو پانا ہے۔ مثال کے طور پر، سیرامک پاؤڈر کو گرم دبانے سے ان نقائص کی تعداد کم ہوتی ہے جن پر دراڑیں پڑ سکتی ہیں، اور بعض دھاتوں کی تھوڑی مقدار کو انٹرمیٹالک میں شامل کرنے سے کرسٹل اناج کے درمیان ہم آہنگی مضبوط ہوتی ہے جس پر عام طور پر فریکچر بنتے ہیں۔ اس طرح کی پیشرفت، ذہین ڈیزائن کے ساتھ، اب دستیاب ان سے کہیں زیادہ کارکردگی کے ہیٹ انجن بنانے کے قابل ہونے کا وعدہ رکھتی ہے۔

ڈائمنڈ ڈرلز

ڈائمنڈ ڈرل بٹس ایک بہترین مثال ہیں کہ کس طرح پرانے مواد کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ ڈائمنڈ سب سے مشکل معلوم مادہ ہے اور یہ ایک بہترین ڈرل بٹ بناتا ہے سوائے اس کے کہ یہ مہنگا ہے اور اس کی کرسٹل ساخت میں کمزور طیارے ہیں۔ چونکہ قدرتی ہیرے سنگل کرسٹل ہوتے ہیں، اس لیے طیارے پورے مواد میں پھیلے ہوتے ہیں، اور وہ آسانی سے پھٹ جاتے ہیں۔ اس طرح کے کلیویج طیارے ہیرے کٹر کو خوبصورت جواہرات پیدا کرنے کی اجازت دیتے ہیں، لیکن وہ چٹان کے ذریعے سوراخ کرنے کے لیے ایک آفت ہیں۔ اس حد کو سٹرٹ پیکس نے دور کیا، جو کہ امریکہ کی جنرل الیکٹرک کمپنی کی طرف سے تیار کردہ ہیرے کا ایک مواد ہے۔ یہ مصنوعی ہیرے کے پاؤڈر پر مشتمل ہوتا ہے جو ایک پتلی پلیٹ میں بنتا ہے اور اسے سنٹرنگ کے ذریعے ٹنگسٹن کاربائیڈ سٹڈ سے جوڑ دیا جاتا ہے (پگھلنے والے مقام کے نیچے مواد کو گرم کرکے فیوز کیا جاتا ہے)۔ چونکہ ہیرے کی پلیٹ پولی کرسٹل لائن ہے، اس لیے کلیویج مواد کے ذریعے پھیل نہیں سکتی۔ نتیجہ ایک بہت ہی مشکل چیز ہے جو تیل اور قدرتی گیس کو حاصل کرنے کے لیے چٹان کے ذریعے ڈرل کرنے کے لیے استعمال ہونے پر درار سے ناکام نہیں ہوتا۔

تیل کے پلیٹ فارمز

پرانے مسائل سے جدید طریقوں سے نمٹنے کی ایک اہم مثال آف شور آئل ڈرلنگ پلیٹ فارمز میں شگاف بڑھنے کی روک تھام کے ذریعے فراہم کی گئی ہے۔ بنیادی ڈھانچہ ویلڈڈ اسٹیل نلیاں پر مشتمل ہے جو سمندر کی لہروں سے مسلسل مختلف دباؤ کا شکار ہے۔ چونکہ ایک پلیٹ فارم کی تعمیر اور تعیناتی کی لاگت کئی بلین ڈالر تک پہنچ سکتی ہے، اس لیے یہ ضروری ہے کہ پلیٹ فارم کی زندگی لمبی ہو اور وقت سے پہلے دھات کی خرابی کی وجہ سے ضائع نہ ہو۔

شمالی سمندر میں، 75 فیصد لہریں دو میٹر (چھ فٹ) سے بلند ہیں اور پلیٹ فارم پر کافی دباؤ ڈالتی ہیں۔ دھات کی سائیکلک لوڈنگ بالآخر تھکاوٹ کی ناکامی کا نتیجہ ہے جس میں سطح پر دراڑیں بنتی ہیں، وقت کے ساتھ ساتھ بڑھتی ہیں، اور آخر کار دھات کے ٹوٹنے کا سبب بنتی ہیں۔ ویلڈز اس طرح کے عمل کے لیے کمزور دھبے ہیں کیونکہ ویلڈ میٹل میں میکانکی خصوصیات ہوتی ہیں جو اسٹیل سے کمتر ہوتی ہیں، اور یہ اندرونی دباؤ اور نقائص کی وجہ سے اور بھی بدتر ہوتے ہیں جو ویلڈنگ کے عمل میں متعارف کرائے جاتے ہیں۔

تھکاوٹ اس وجہ سے ہوتی ہے کہ چکراتی تناؤ دھات میں نقل مکانی اور آگے پیچھے حرکت کرنے کا سبب بنتا ہے۔ نقل مکانی کی حرکت کو رکاوٹوں کی موجودگی سے روکا جا سکتا ہے جیسے کہ چھوٹی خالی جگہیں، اناج کی حدود، دیگر سندچیوتی، نجاست، یا خود سطح۔ جب اس طرح سے سندچیوتی کو پن کیا جاتا ہے، تو وہ تناؤ کی وجہ سے پیدا ہونے والی دیگر سندچیوتی کی حرکت کو روک دیتے ہیں، اور ایک الجھا ہوا ڈس لوکیشن نیٹ ورک بنتا ہے جس کے نتیجے میں ویلڈ میں سخت جگہ بن جاتی ہے۔ اس کے بعد تناؤ کو آسانی سے دور نہیں کیا جاتا ہے، اور انحطاطی حرکت کی قسمیں جو تھکاوٹ کے عمل کی خصوصیت ہیں ویلڈ کی سطح پر شگاف پڑ جاتی ہیں۔ یہ رجحان ویلڈ کے مائیکرو اسٹرکچر کا براہ راست نتیجہ ہے اور ویلڈ کو بہت یکساں بنا کر، ترجیحا اسی مواد سے جو نلیاں لگا کر، اور جوائنٹ پر بہت نرمی سے خم دار جیومیٹری رکھ کر اسے کم کیا جا سکتا ہے۔ لیکن، ویلڈنگ کی جدید تکنیکوں کی نفاست کے باوجود، یہ ابھی تک ممکن نہیں ہے۔ اس لیے ایک متبادل حکمت عملی استعمال کی جاتی ہے جس میں ویلڈ کریک کی پیشرفت کی نگرانی کی جاتی ہے تاکہ تباہ کن ناکامی سے بچنے کے لیے بروقت مرمت کی جا سکے۔ ایسا کیا جا سکتا ہے کیونکہ، جوائنٹ کی جیومیٹری کو دیکھتے ہوئے، شگاف کی گہرائی وقت کے متناسب ہوتی ہے جب تک کہ شگاف کافی بڑا نہ ہو۔ اس کے برعکس، لیبارٹری ٹیسٹوں میں جس میں دھات کی سادہ پٹیاں چکراتی دباؤ کا شکار ہوتی ہیں، شگاف کے بڑے ہونے کے ساتھ شرح نمو بڑھ جاتی ہے۔ تیل کے پلیٹ فارمز میں T یا K کنفیگریشن میں، تناؤ بہت زیادہ یکساں طور پر تقسیم کیا جاتا ہے، اور شگاف اس وقت تک بڑھتی ہوئی رفتار سے نہیں بڑھتا جب تک کہ یہ مہلک ہونے کے قریب نہ ہو۔

شگاف کی گہرائی کی پیمائش کرنے کی ایک تکنیک جلد کے اثر پر مبنی ہے، وہ رجحان جس میں ایک اعلی تعدد متبادل کرنٹ ایک موصل کی سطح تک محدود ہوتا ہے۔ اس سے ایک چھوٹے سے علاقے کی سطح کے رقبے کو ایک سادہ میٹر سے ناپنا ممکن ہو جاتا ہے، کیونکہ شگاف کی گہرائی میں اضافے کا مطلب ہے موجودہ راستے میں اضافہ، اور اس کے نتیجے میں وولٹیج کی کمی میں اضافہ ہوتا ہے۔ وقت کے ساتھ پیمائش پھر ناکامی کے وقت کا اندازہ لگانے کی اجازت دیتی ہے۔ ناکامی ہونے سے پہلے مرمت کی جا سکتی ہے۔ اس صورت میں، مائیکرو اسٹرکچر کا علم، تھکاوٹ کی مادی سائنس، اور شگاف کی تشکیل کا مطالعہ بڑی اقتصادی اہمیت کی ایک سادہ جانچ تکنیک کا باعث بنا ہے۔

بڑے پیمانے پر حرکت اور حرارت کی منتقلی (بشمول کنویکشن) کی ریاضیاتی ماڈلنگ، ٹھوس، گیس کی تحلیل، اور بہاؤ کے اثرات کے مطالعہ کے ساتھ، ویلڈ کی ساخت کو کنٹرول کرنے والے عوامل کی بہت زیادہ تفصیلی تفہیم فراہم کر رہی ہے۔ اس علم کے ساتھ، بہت کم نقائص کے ساتھ ویلڈز بنانا ممکن ہونا چاہیے۔

نقائص

تابکار فضلہ

ایک مختلف مثال تابکار فضلہ کو ضائع کرنے سے فراہم کی گئی ہے۔ یہاں یہ مسئلہ بنیادی طور پر حفاظت اور معاشیات کے بجائے حفاظت کا تصور ہے۔ فضلہ کو ضائع کرنے سے ان عوامل میں سے ایک ہوتا رہے گا جو ایٹمی طاقت کے استحصال کو روکتا ہے جب تک کہ عوام اسے کوئی خطرہ نہ ہونے کی وجہ سے محسوس نہ کریں۔ موجودہ منصوبہ یہ ہے کہ فضلہ اور انسانوں کے مابین تین رکاوٹوں کو پہلے کسی ٹھوس مادے میں گھس کر ، دھات کے کنٹینر میں ڈال کر ، اور آخر کار اس کنٹینر کو جغرافیائی طور پر مستحکم شکلوں میں دفن کرنا ہے۔ پہلے مرحلے میں ایک غیر فعال ، مستحکم مواد کی ضرورت ہوتی ہے جو بہت لمبے عرصے تک پھنسے ہوئے تابکار ایٹموں کو روک سکے گا ، جبکہ دوسرے مرحلے میں ایک ایسے مواد کی ضرورت ہوتی ہے جو سنکنرن اور انحطاط کے خلاف انتہائی مزاحم ہو۔

انکیپسولیشن کے لئے دو اچھے امیدوار ہیں۔ پہلا بوروسیلیٹ شیشے ہے۔ اس کو تابکار مادے سے پگھلایا جاسکتا ہے ، جو پھر شیشے کے ڈھانچے کا ایک حصہ بن جاتا ہے۔ شیشے میں بہت کم گھلنشیلتا ہے ، اور اس میں جوہری ہجرت کی بہت کم شرح رکھتے ہیں ، تاکہ یہ ریڈیو ایکٹیویٹی کے فرار میں ایک بہترین رکاوٹ فراہم کرے۔ تاہم ، تابکار کشی کی گرمی کے نتیجے میں شیشے کے اعلی درجہ حرارت پر شیشے کی وضاحت ہوتی ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ، امورفوس شیشے کی ریاست کرسٹل لائن بن جاتی ہے ، اور ، اس عمل کے دوران ، بہت سے دراڑیں مادے میں بنتی ہیں تاکہ اب یہ تابکار ایٹموں کے فرار کے خلاف اچھی رکاوٹ فراہم نہ کرے۔ ۔ اس سے ابتدائی طور پر کشی کی اعلی شرح میں کمی واقع ہوگی ، اس طرح درجہ حرارت کم ہوجائے گا جو انکپسولیشن کے بعد پہنچ جائے گا۔ اس طرح سے سنبھالا گیا ، بوروسیلیکیٹ شیشے ری ایکٹر کچرے کے لئے ایک بہترین انکپسولیشن مواد ہوگا جو ایک دہائی یا اس سے زیادہ عمر کے سال کی عمر میں تھا۔

دوسرا امیدوار ایک مصنوعی چٹان ہے جو معدنی مرکب سے بنی ہے جیسے زیرکونولائٹ اور پیرووسکائٹ۔ یہ بہت ہی ناقابل تسخیر ہیں اور ، ان کی فطری حالت میں ، سیکڑوں لاکھوں سالوں سے تابکار عناصر کو الگ کرنے کے لئے جانا جاتا ہے۔ وہ کرسٹل لائن ، سیرامک مادے ہیں جن کے کرسٹل ڈھانچے تابکار جوہری کو ان کے اندر متحرک کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔ وہ منحرف ہونے کے تابع نہیں ہیں ، کیونکہ وہ پہلے ہی کرسٹل لائن ہیں۔

اس طرح کے کچرے کو ضائع کرنے کی تاثیر کا اندازہ لگانے کے ل it ، یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ فضلہ ابتدائی طور پر انتہائی تابکار اور خطرناک ہے لیکن وقت کے ساتھ خطرہ کم ہوتا ہے۔ ریڈیو ایکٹیویٹی اس سطح پر یہ فیصلہ کرتی ہے کہ خطرہ چند سو سالوں کے بعد بہت کم ہے ، 500 سال کے بعد انتہائی کم ، اور ایک ہزار سال کے بعد نہ ہونے کے برابر ہے۔ ٹرپل بیریئر سسٹم کی خلاف ورزی کرنے کے لئے ، زمینی پانی کو لازمی طور پر کنستر میں منتقل ہونا چاہئے ، اسے کھا جانا چاہئے ، اور پھر انکپسولیٹنگ شیشے یا سیرامک سے تابکار جوہریوں کو ختم کرنا ہوگا۔ یہ ایک ایسا عمل ہے جس میں شاید کسی ایک ہزار سالہ سے کہیں زیادہ وقت لگے گا۔ مواد سائنس کا محتاط اطلاق دوسرے زہریلے فضلے کے لئے موجودہ ضائع کرنے کے طریقوں سے تابکار فضلہ ضائع کرنے کو محفوظ بنا سکتا ہے۔

فوٹو وولٹائکس

فوٹو وولٹک نظام بجلی کی نسل کے لئے جیواشم یا جوہری ایندھن کا ایک پرکشش متبادل ہے۔ سورج کی روشنی مفت ہے ، یہ ناقابل تلافی وسائل کو استعمال نہیں کرتا ہے ، اور اس کو بجلی میں تبدیل کرنا غیر منطقی ہے۔ در حقیقت ، فوٹو وولٹائکس اب استعمال میں ہیں جہاں یوٹیلیٹی گرڈ سے بجلی کی لائنیں یا تو ممکن نہیں ہیں یا موجود نہیں ہیں ، جیسا کہ بیرونی جگہ یا دور دراز ، نوربن مقامات میں ہے۔

بجلی پیدا کرنے کے لئے سورج کی روشنی کے وسیع پیمانے پر استعمال کی راہ میں رکاوٹ فوٹو وولٹک نظام کی قیمت ہے۔ لاگت کو کم کرنے کی کوششوں میں مواد سائنس کا اطلاق ضروری ہے جو جیواشم یا جوہری ایندھن کے لئے مقابلہ کرسکتے ہیں۔

الیکٹران ہول: تحریک

روشنی کو بجلی میں تبدیل کرنے کا انحصار شمسی خلیوں کے الیکٹرانک ڈھانچے پر ہے جس میں سیمیکمڈکٹر مواد کی دو یا زیادہ پرتیں ہیں جو روشنی کے بنیادی توانائی کے پیکٹ فوٹون کو جذب کرسکتی ہیں۔ فوٹونز سیمیکمڈکٹر میں الیکٹرانوں کی توانائی کی سطح کو بڑھاتے ہیں ، کچھ دلچسپ توانائی کے والنس بینڈ سے اعلی توانائی کی ترسیل والے بینڈ میں کودنے کے لئے کچھ دلچسپ ہیں۔ کنڈکشن بینڈ میں موجود الیکٹران اور والنس بینڈ میں انھوں نے پیچھے چھوڑے ہوئے سوراخ موبائل دونوں ہیں اور اسے وولٹیج کے ذریعہ منتقل کرنے کی ترغیب دی جاسکتی ہے۔ الیکٹران کی تحریک ، اور مخالف سمت میں سوراخوں کی نقل و حرکت ، ایک برقی موجودہ تشکیل دیتی ہے۔ وہ قوت جو سرکٹ کے ذریعے الیکٹرانوں اور سوراخوں کو چلاتی ہے وہ دو متضاد سیمیکمڈکٹنگ مواد کے جنکشن کے ذریعہ تیار کی گئی ہے ، ان میں سے ایک میں الیکٹران ترک کرنے اور سوراخوں کو حاصل کرنے کا رجحان ہے (اس طرح مثبت ، یا پی ٹائپ ، چارج کیریئر) جبکہ دوسرے الیکٹرانوں کو قبول کرتے ہیں (منفی ، یا این قسم ، کیریئر) بننا۔ الیکٹرانک ڈھانچہ جو اس کی اجازت دیتا ہے وہ بینڈ گیپ ہے۔ یہ الیکٹران کو نچلے بینڈ سے اونچائی پر منتقل کرنے کے لئے درکار توانائی کے مترادف ہے۔ اس خلا کی شدت اہم ہے۔ بینڈ گیپ سے زیادہ توانائی والے صرف فوٹونز والنس بینڈ سے لے کر کنڈکشن بینڈ تک الیکٹرانوں کو حوصلہ افزائی کرسکتے ہیں۔ لہذا ، جتنا چھوٹا فرق ، زیادہ موثر انداز میں روشنی کو بجلی میں تبدیل کردیا جائے گا – چونکہ روشنی کی تعدد کی ایک بڑی حد ہے جس میں کافی زیادہ توانائی ہے۔ دوسری طرف ، خلا زیادہ چھوٹا نہیں ہوسکتا ہے ، کیونکہ الیکٹرانوں اور سوراخوں کو پھر سے دوبارہ کام کرنا آسان معلوم ہوتا ہے ، اور ایک بڑے موجودہ کو برقرار نہیں رکھا جاسکتا ہے۔

بینڈ گیپ شمسی سیل کی نظریاتی زیادہ سے زیادہ کارکردگی کی وضاحت کرتا ہے ، لیکن دوسرے مواد کے عوامل کی وجہ سے اس کو حاصل نہیں کیا جاسکتا۔ ہر مواد کے لئے الیکٹرانوں اور سوراخوں کی بحالی کی ایک اندرونی شرح ہوتی ہے جو الیکٹرک کرنٹ میں ان کی شراکت کو دور کرتی ہے۔ اس بحالی کو سطحوں ، انٹرفیس ، اور کرسٹل نقائص جیسے اناج کی حدود ، سندچیوتی اور نجاست سے بڑھایا جاتا ہے۔ نیز ، روشنی کا ایک حصہ سیل کی سطح سے جذب ہونے کی بجائے جھلکتا ہے ، اور کچھ سیل کے ذریعے بغیر کسی دلچسپ الیکٹرانوں کو کنڈکشن بینڈ میں منتقل کرسکتے ہیں۔

سیل کی کارکردگی اور لاگت کے مابین تجارت میں بہتری سلیکن کی تیاری سے اچھی طرح سے واضح کی گئی ہے جو موجودہ شمسی خلیوں کا بنیادی مواد ہے۔ ابتدائی طور پر ، اعلی طہارت سلیکن ایک سلیکن پگھلنے سے آہستہ آہستہ ایک بیج کا کرسٹل نکال کر پیدا ہوا تھا جو پگھلے ہوئے مواد کی ایکریشن اور سست استحکام کی وجہ سے بڑھتا ہے۔ کووچرالسکی عمل کے نام سے جانا جاتا ہے ، اس کے نتیجے میں ایک اعلی طہارت ، سنگل کرسٹل انگوٹ کا نتیجہ نکلا جس کو اس کے بعد تقریبا 1 ملی میٹر (0.04 انچ) موٹی ویفروں میں کاٹا گیا تھا۔ اس کے بعد ہر ویفر کی سطح کو پی ٹائپ اور این قسم کے مواد کو بنانے کے لئے نجاست کے ساتھ “ڈوپ” کیا جاتا تھا جس کے درمیان ایک جنکشن ہوتا تھا۔ اس کے بعد دھات کو بجلی کی برتری فراہم کرنے کے لئے جمع کیا گیا تھا ، اور ویفر کو تقریبا 100 100 ملی میٹر قطر میں ایک سیل پیدا کرنے کے لئے انکپولیٹ کیا گیا تھا۔ یہ ایک مہنگا اور وقت طلب عمل تھا۔ اس میں مختلف طریقوں سے بہت زیادہ بہتری آئی ہے۔ مثال کے طور پر ، عام سلیکن کو سیلین یا ٹرائکلوروسیلین میں کیمیائی طور پر تبدیل کرکے اور پھر اسے سلیکن میں واپس کم کرکے ، تیز رفتار کم قیمت پر اعلی طہارت سلیکن بنایا جاسکتا ہے۔ یہ سلین عمل اعلی پیداوار کی شرح پر اور کم توانائی کے ان پٹ کے ساتھ مستقل آپریشن کرنے کی اہلیت رکھتا ہے۔ سلیکن سے وابستہ لاگت اور فضلہ سے بچنے کے لیے سلیکن سے وابستہ وفرز میں ، پگھلا ہوا سلیکن کو پتلی چادروں یا ربنوں میں براہ راست ڈرائنگ کرنے کے طریقے تیار کیے گئے ہیں۔ یہ کرسٹل لائن ، پولی کرسٹل لائن ، یا امورفوس مواد تیار کرسکتے ہیں۔ ایک اور متبادل سیرامک سبسٹریٹس پر پتلی فلموں کی تیاری ہے۔ یہ ایک ایسا عمل ہے جو دوسرے طریقوں کے مقابلے میں بہت کم سلیکن استعمال کرتا ہے۔ سنگل کرسٹل سلیکن کی دوسری شکلوں کے مقابلے میں اعلی کارکردگی ہے ، لیکن یہ بھی زیادہ مہنگا ہے۔ مواد کا چیلنج لاگت اور کارکردگی کا ایک مجموعہ تلاش کرنا ہے جو فوٹو وولٹک بجلی کو معاشی طور پر ممکن بناتا ہے۔

سطح کے علاج سے جو کارکردگی میں اضافہ کرتے ہیں ان میں سیل کے سامنے والے حصے پر اینٹیرفلیکٹنگ ملعمع کاری ، جیسے سلیکن نائٹریڈ ، اور عقب میں انتہائی عکاس ملعمع کاری شامل ہیں۔ اس طرح ، ایک سیل پر حملہ کرنے والی زیادہ روشنی دراصل اس میں داخل ہوتی ہے ، اور روشنی جو پیچھے سے بچ جاتی ہے وہ سیل میں واپس جھلکتی ہے۔ ایک ذہین سطح کا علاج نقطہ رابطے کے طریقہ کار کا ایک حصہ ہے ، جس میں سیل کی سطح پلانر نہیں بلکہ مائکروگروڈ ہے تاکہ اس سیل پر حملہ کرنے کے ساتھ ہی روشنی تصادفی طور پر جھلکتی ہے۔ اس سے روشنی کی مقدار میں اضافہ ہوتا ہے جو سیل کے ذریعہ پکڑا جاسکتا ہے۔

زمینی نقل و حمل کے لئے مواد

زمینی نقل و حمل کی گاڑیوں ، جیسے آٹوموبائل ، بسیں ، ٹرک ، اور ٹرینوں کی کارکردگی کو بہتر بنانے کی عالمی کوشش ، اور اس طرح ان کے اخراج کے بڑے پیمانے پر آلودگیوں کو کم کرنے کے لئے ایک بہترین سیاق و سباق فراہم کرتا ہے جس میں یہ واضح کیا جاسکتا ہے کہ کس طرح ماد .ہ سائنس سائنس کو نئی ترقی کے ل. کس طرح تیار کرتا ہے۔ اہم انسانی ضروریات کے جواب میں بہتر مواد۔ خاص طور پر آٹوموبائل انڈسٹری کے لئے ، کہانی ایک دلچسپ ہے جس میں گاڑیوں کے کم وزن ، اخراج کو کم کرنے ، اور ایندھن کی بہتر معیشت کی خواہش کی خواہش ایلومینیم ، پلاسٹک اور اسٹیل کمپنیوں کے مابین شدید مارکیٹوں میں حصص کے لئے شدید مسابقت کا باعث بنی ہے۔ دنیا بھر میں 40 ملین سے 50 ملین کاریں اور ٹرک ہر سال)۔ اس جنگ میں ، مواد کے سائنس دانوں کا کردار ادا کرنے کا کلیدی کردار ہے کیونکہ بہتر مواد تیار کرنے کی ان کی کوششوں کی کامیابی سے مستقبل میں آٹوموبائل کی شکل اور عملداری کا تعین ہوگا۔

دھاتیں

ایلومینیم

چونکہ ایلومینیم میں اسٹیل کی کثافت تقریبا ایک تہائی ہے ، لہذا آٹوموبائل میں اسٹیل کے لئے اس کا متبادل وزن کم کرنے اور اس طرح ایندھن کی معیشت میں اضافہ اور نقصان دہ اخراج کو کم کرنے کے لئے ایک سمجھدار نقطہ نظر معلوم ہوگا۔ تاہم ، اس طرح کے متبادل نہیں دیئے جاسکتے ہیں ، تاہم ، دونوں مواد کی دیگر خصوصیات میں اہم اختلافات پر غور کیے بغیر۔ یہ مواد کے سائنس دان کے کام کا ایک اہم پہلو ہے – کسی دیئے گئے درخواست کے ل a کسی مواد کی مناسبیت کا اندازہ کرنے میں مدد کرنے کے لئے اس کی بنیاد پر کہ اس کی پراپرٹیز ڈیزائن انجینئر کے ذریعہ بوجھ اور کارکردگی کی ضروریات کے خلاف کس طرح توازن رکھتی ہے۔ اس معاملے میں (ایلومینیم بمقابلہ اسٹیل) ، آٹوموٹو پینلز میں ایلومینیم کے استعمال کا اندازہ کرنے کے لئے سائنسدان کے نقطہ نظر پر غور کرنا تعلیمی ہے۔

کسی بھی دھات کی دو بنیادی خصوصیات (1) اس کی پیداوار کی طاقت ہوتی ہیں ، جس کی وضاحت اس کی مستقل اخترتی (جیسے فینڈر ڈینٹ) کے خلاف مزاحمت کرنے کی صلاحیت کے طور پر کی جاتی ہے ، اور (2) اس کے لچکدار ماڈیولس ، جیسے لچکدار یا موسم بہار کی افادیت کے خلاف مزاحمت کرنے کی صلاحیت کے طور پر بیان کی گئی ہے۔ ڈھول ہیڈ ایلوئنگ کے ذریعہ ، ایلومینیم کو ایک اعتدال پسند مضبوط اسٹیل کے برابر پیداوار کی طاقت حاصل کی جاسکتی ہے اور اسی وجہ سے آٹوموبائل پینل میں ڈینٹنگ کے لئے اسی طرح کی مزاحمت کا مظاہرہ کیا جاسکتا ہے۔ دوسری طرف ، الیئنگ عام طور پر دھاتوں کے لچکدار ماڈیولس کو نمایاں طور پر متاثر نہیں کرتی ہے ، تاکہ ایلومینیم مرکب سے بنے آٹوموٹو ڈور پینل یا ہڈز ، جن میں سے سبھی میں اسٹیل کا تقریبا ایک تہائی ماڈیولس ہوتا ہے ، جب وہ فلاپی ہوں گے اور بڑے پیمانے پر پائے جاتے ہیں۔ مثال کے طور پر ہوا کے ذریعہ بفیٹڈ۔ اس نقطہ نظر سے ، ایلومینیم جسمانی پینلز کے لئے ایک معمولی انتخاب دکھائی دے گا۔

ایلومینیم شیٹ اسٹاک کی موٹائی کو اسٹیل کی موٹائی سے تین گنا بڑھا کر اس کمی پر قابو پانے کی کوشش کی جاسکتی ہے جس کا مقصد اسے تبدیل کرنا ہے۔ تاہم ، اس سے وزن میں آسانی سے اسٹیل کے مساوی ڈھانچے کا اندازہ بڑھ جائے گا اور اس طرح اس مشق کے مقصد کو شکست دی جائے گی۔ خوش قسمتی سے ، جیسا کہ 1980 میں دو برطانوی مواد کے سائنس دانوں ، مائیکل ایشبی اور ڈیوڈ جونز کے ذریعہ خوبصورتی سے مظاہرہ کیا گیا تھا ، جب مناسب اکاؤنٹ لیا جاتا ہے جس طرح سے ایک اصل دروازے کا پینل موڑ جاتا ہے ، جیسے ہی دروازے کے کناروں سے ہوتا ہے ، تو ایلومینیم شیٹ کا استعمال ممکن ہے۔ اسٹیل سے صرف تھوڑا سا موٹا اس کی جگہ لے لے گا اور پھر بھی مساوی کارکردگی کو حاصل کرے گا۔ اس طرح کے جسم کے اجزاء پر اسٹیل کے لئے ایلومینیم کے متبادل کے ذریعہ خالص نتیجہ تقریبا دو تہائی وزن کی بچت ہوگی۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ مواد کی خصوصیات اور ساختی ڈیزائن کے مابین باہمی تعلقات کو سمجھنا مواد سائنس کے کامیاب اطلاق میں ایک اہم عنصر ہے۔

سائنس دان کی ایک اور اہم سرگرمی مصر کی نشوونما کی ہے ، جس میں کچھ معاملات میں بہت ہی مخصوص ایپلی کیشنز کے لئے مرکب ڈیزائن کرنا شامل ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر ، الکووا کی اے آئی وی کی کوشش میں ، مواد کے سائنس دانوں اور انجینئروں نے اپنے اسپیس فریم ڈیزائن میں کاسٹ ایلومینیم نوڈس (کنیکٹر) کے طور پر استعمال کے لئے ایک خصوصی کاسٹنگ کھوٹ تیار کیا۔ عام طور پر ، دھات کی کاسٹنگ بہت کم سختی ، یا استحکام کی نمائش کرتی ہے ، اور اس وجہ سے وہ ٹوٹ پھوٹ کے فریکچر کا شکار ہیں جس کے بعد تباہ کن ناکامی ہوتی ہے۔ چونکہ ایک آٹوموبائل کی سالمیت نسبتا آسانی سے ٹوٹنے والے جسم کے اجزاء رکھنے کے ذریعہ محدود ہوگی ، لہذا ایک ملکیتی معدنیات سے متعلق مصر اور پروسیسنگ کا طریقہ کار تیار کیا گیا تھا جو عام طور پر کاسٹنگ مصر دات میں دستیاب ہوتا ہے۔

سٹیل

اگرچہ ایلومینیم اور پلاسٹک انڈسٹریز کا ہدف اسٹیل کے اجزاء کےلیے اپنی مصنوعات کی جگہ لے کر گاڑیوں کے وزن میں کمی کو حاصل کرنا ہے ، لیکن اسٹیل انڈسٹری کا ہدف اس طرح کی جدید ترقیوں کے ساتھ اس طرح کے سفروں کا مقابلہ کرنا ہے جیسے اعلی طاقت ، لیکن سستی ، “مائکروئلائیڈ” اسٹیلز جو موٹائی میں کمی کے ذریعہ وزن کی بچت حاصل کرتے ہیں۔ اس کے علاوہ ، مرکب تیار کیے گئے ہیں جن کو روایتی اسٹیلوں کے لئے عام طور پر درکار الگ اور مہنگے گرمی سے علاج کی بھٹیوں کی بجائے پینٹ بیکنگ تندور میں غصہ (مضبوط) بنایا جاسکتا ہے۔

مائکروئلوڈ اسٹیلز ، جسے اعلی طاقت والے لو-ایلای (ایچ ایس ایل اے) اسٹیل بھی کہا جاتا ہے ، کاربن اسٹیل کے مابین مرکب میں انٹرمیڈیٹ ہیں ، جن کی خصوصیات بنیادی طور پر ان پر مشتمل کاربن کی مقدار (عام طور پر 1 فیصد سے کم) ، اور مصر دات کے اسٹیلوں کے ذریعہ کنٹرول کی جاتی ہیں۔ جو ان کی طاقت ، سختی اور سنکنرن مزاحمت کو بنیادی طور پر دوسرے عناصر سے حاصل کرتے ہیں ، جن میں سلیکن ، نکل اور مینگنیج شامل ہیں ، نے کچھ بڑی مقدار میں شامل کیا۔ L960s میں تیار کیا گیا اور زیادہ طاقت کے ذریعہ وزن کی بچت کی ضرورت کو پورا کرنے کے لئے 1970 کی دہائی کے آخر میں زندہ کیا گیا ،

پلاسٹک اور کمپوزٹ

کاروں ، ٹرکوں ، اور ٹرینوں کے دھات کے اجزاء کو پلاسٹک کے ساتھ تبدیل کرنے کا مقصد کثافت میں بڑے فرق کی وجہ سے وزن کی بڑی بچت کی توقع ہے: پلاسٹک اسٹیل کا ایک چھٹا وزن ہے اور فی یونٹ ایلومینیم کا آدھا حصہ ہے۔ حجم تاہم ، جیسا کہ ایلومینیم کے ساتھ اسٹیل کی جگہ لینے کی مناسبیت کا اندازہ کرنے میں ، مواد کے سائنسدان کو مواد کی دیگر خصوصیات کا موازنہ کرنا ہوگا تاکہ اس بات کا تعین کیا جاسکے کہ تجارتی آفس معقول ہیں یا نہیں۔

بہت سے عوامل پر منحصر ہے ، کمک کی جسمانی شکل اور شکل بہت مختلف ہوتی ہے۔ سب سے زیادہ موثر کمک لمبی ریشے ہیں ، جو یا تو بنے ہوئے کپڑے کی شکل میں یا ایک دوسرے پر الگ الگ پرتوں کے طور پر ملازمت کی جاتی ہیں جب تک کہ مناسب ٹکڑے ٹکڑے کی موٹائی حاصل نہ ہوجائے۔ رال بچھڑنے سے پہلے ریشوں یا کپڑے پر لگایا جاسکتا ہے ، اس طرح اس کی تشکیل کی جاتی ہے جسے پریپریگ کہا جاتا ہے ، یا اسے بعد میں ریشوں کو “گیلا” کرکے شامل کیا جاسکتا ہے۔ دونوں ہی صورتوں میں ، اس کے بعد اسمبلی کا علاج کیا جاتا ہے ، عام طور پر دباؤ میں ، جامع تشکیل دینے کے لئے۔ اس قسم کی جامع ریشوں کی خصوصیات کا پورا فائدہ اٹھاتی ہے اور اس وجہ سے وہ مضبوط ، سخت پینل پیدا کرنے کی صلاحیت رکھتی ہے۔ بدقسمتی سے ، لیٹ اپ آپریشنز اور دیگر عوامل میں شامل لیبر اسے بہت مہنگا بنا دیتا ہے ، تاکہ طویل فائبر کمک کو آٹوموبائل انڈسٹری میں صرف تھوڑا سا استعمال کیا جائے۔

سیرامکس

سیرامکس گاڑیوں اور ٹرکوں میں انجن کی کارکردگی اور آلودگی کو کم کرنے میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ایک قسم کی سیرامک، کورڈیرائٹ (ایک میگنیشیم ایلومینوسیلیکیٹ)، ایک سبسٹریٹ کے طور پر استعمال ہوتی ہے اور کیٹلیٹک کنورٹرز میں کیٹالسٹس کے لیے معاون ہوتی ہے۔ اس کا انتخاب اس مقصد کے لیے کیا گیا تھا کیونکہ، بہت سے سیرامکس کے ساتھ، یہ ہلکا پھلکا ہوتا ہے، پگھلائے بغیر بہت زیادہ درجہ حرارت پر کام کر سکتا ہے، اور گرمی کو خراب طریقے سے چلاتا ہے (بہتر اتپریرک کارکردگی کے لیے خارجی حرارت کو برقرار رکھنے میں مدد کرتا ہے)۔ سیرامکس کی ایک نئی ایپلی کیشن میں، جنرل موٹرز کے محققین کی طرف سے ایک سلنڈر کی دیوار شفاف نیلم (ایلومینیم آکسائیڈ) سے بنائی گئی تھی تاکہ پٹرول انجن کمبشن چیمبر کے اندرونی کام کا بصری طور پر جائزہ لیا جا سکے۔ اس کا مقصد دہن کنٹرول کے بارے میں بہتر سمجھ حاصل کرنا تھا، جس سے اندرونی دہن کے انجنوں کی زیادہ کارکردگی ہوتی ہے۔

آٹوموٹو کی ضروریات کے لئے سیرامکس کا ایک اور اطلاق ایک سیرامک سینسر ہے جو اخراج گیسوں کے آکسیجن مواد کی پیمائش کے لئے استعمال ہوتا ہے۔ سیرامک، عام طور پر زرکونیم آکسائیڈ جس میں تھوڑی مقدار میں یٹریئم شامل کیا جاتا ہے، اس میں وولٹیج پیدا کرنے کی خاصیت ہوتی ہے جس کی شدت کا انحصار مادے کے ارد گرد آکسیجن کے جزوی دباؤ پر ہوتا ہے۔ اس طرح کے سینسر سے حاصل ہونے والے برقی سگنل کو انجن میں ایندھن سے ہوا کے تناسب کو کنٹرول کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے تاکہ سب سے زیادہ موثر آپریشن حاصل کیا جا سکے۔

ان کی ٹوٹ پھوٹ کی وجہ سے، سیرامکس کو کسی بھی حد تک زمینی نقل و حمل کی گاڑیوں میں بوجھ برداشت کرنے والے اجزاء کے طور پر استعمال نہیں کیا گیا ہے۔ یہ مسئلہ مستقبل کے مادی سائنسدانوں کے ذریعہ حل کرنا ایک چیلنج بنی ہوئی ہے۔