ارسال به دیگران پرینت

ابداع جدید دانشمندان آمریکایی | نوری که از «چوب فلز» منعکس می‌شود

مهندسان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه پنسیلوانیا، آمریکا در حال تولید نوعی ماده هستند که آن را «چوب فلز» نامیده‌اند. این ماده خواص مفید و نام خود را از ویژگی اصلی ساختاری (تخلخل) همتای طبیعی خود یعنی درختان کسب کرده است. «چوب فلز» همانند شبکه‌ای از ستون‌های نیکل در مقیاس نانو، پر از منافذی به اندازه سلول است که به‌طور منظم با هم فاصله دارند و چگالی آن را بدون از بین بردن مقاومت مواد، به‌طور کامل کاهش می‌دهند.

به نقل از یورکالرت، فاصله دقیق این شکاف‌ها نه‌تنها  به «چوب فلز»، قدرت تیتانیوم را با وزن کمی می‌دهد بلکه به آن خصوصیات بصری بی‌نظیری نیز می‌بخشد. از آنجا که فاصله بین شکاف‌ها به اندازه طول موج‌های نور مرئی است، نوری که از «چوب فلز» منعکس می‌شود، در افزایش رنگ‌های خاص تداخل ایجاد می‌کند. تغییرات افزایش یافته رنگ بر اساس زاویه‌ای است که نور از سطح منعکس می‌شود و به آن ظاهری خیره‌کننده می‌دهد و این پتانسیل را به «چوب فلز» می‌دهد که از آن به‌عنوان حسگر استفاده شود. لازم به ذکر است، چوب طبیعی به‌دلیل نسبت مقاومت به چگالی بالا، یک ماده ساختمانی منحصربه‌فرد است و به اندازه کافی قوی بوده که بتواند تا صدها فوت رشد کند، البته سبک است و بعد از قطع شدن در رودخانه شناور می‌شود.

اکنون مهندسان دانشگاه پنسیلوانیا یک مشکل اساسی که از تولید «چوب فلز» در اندازه‌های لازم یعنی از بین بردن ترک‌های معکوس که از رشد مواد در میلیون‌ها ذره در مقیاس نانو در غشاهای فلزی به‌اندازه کافی بزرگ جلوگیری می‌کرد را برطرف کردند. جلوگیری از این نقص‌ها که برای دهه‌ها گریبانگیر مواد مشابهی بوده است، اجازه می‌دهد نوارهایی از «چوب فلز» در مناطقی ۲۰ هزار برابر بیشتر از گذشته جمع شوند.

هنگامی‌که شکافی در داخل یک ماده معمولی ایجاد می‌شود، پیوندهای بین اتم‌های آن شکسته می‌شود و درنهایت مواد از هم جدا می‌شوند. در مقابل، یک شکاف معکوس پر از اتم‌های زیاد ایجاد می‌شود. در مورد «چوب فلز»، ترک‌های معکوس از نیکل اضافی تشکیل شده‌اند که منافذ نانو را که برای ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن حیاتی است، پر می‌کنند.

جیمز پیکول، استادیار گروه مهندسی مکانیک و مکانیک کاربردی و ژیمین جیانگ، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در آزمایشگاه روی این پروژه کار می‌کنند. جیانگ می‌گوید: «ترک‌های معکوس از زمان ترکیب اولین مواد مشابه در اواخر دهه ۱۹۹۰ مشکل‌ساز شدند و کشف یک روش ساده برای از بین بردن آنها مانعی طولانی‌مدت در این زمینه بوده است.»

این ترک‌های معکوس ریشه در نحوه ساخت «چوب فلز» دارد. این کار به‌عنوان الگویی از کره‌هایی در مقیاس نانو شروع می‌شود که روی هم چیده شده‌اند. هنگامی که نیکل درون  قالب رسوب می‌کند، ساختار شبکه‌ای چوب فلزی را در اطراف کره‌ها تشکیل می‌دهد، سپس می‌توان آن را حل کند تا منافذ ویژه آن باقی بماند.

با این حال، اگر جاهایی وجود داشته باشند که الگوی انباشته منظم کره‌ها به هم بخورد، نیکل شکاف‌ها را پر می‌کند و هنگام برداشته شدن الگو، یک ترک وارونه ایجاد می‌کند.

روش استاندارد ساخت این مواد، شروع با محلول ذرات نانو  و تبخیر آب تا زمان خشک شدن ذرات و به‌طور مرتب انباشته شدن آنهاست. چالش این است که نیروهای سطحی آب به‌قدری قوی هستند که ذرات را از هم جدا کرده و شکاف ایجاد می‌کنند، درست مثل شکاف‌هایی که در خشک شدن شن ایجاد می‌شوند. پیشگیری از این شکاف‌ها در سازه‌هایی که در تلاش هستیم بسازیم، بسیار دشوار است، بنابراین ما یک راهبرد جدید ایجاد کردیم که به ما امکان می‌دهد ذرات را در حالی که قالب را مرطوب نگه می‌داریم، جمع کنیم. این روش از ترک خوردن غشاها جلوگیری می‌کند اما به‌دلیل مرطوب بودن ذرات، ما باید آنها را در جای خود با استفاده از نیروهای الکترواستاتیک محکم کنیم تا بتوانیم آنها را با فلز پر کنیم.

با وجود نوارهای بزرگتر و سازگارتر از «چوب فلز» که حالا میسر شده، محققان علاقه ویژه‌ای به استفاده از این مواد برای ساخت دستگاه‌های بهتر دارند.

پیکول می‌گوید: «رویکرد جدید تولید به ما این امکان را می‌دهد که فلزات پر منفذی را بسازیم که سه برابر قوی‌تر از فلزات متخلخل قبلی با چگالی نسبی مشابه و ۱۰۰۰ برابر بزرگتر از سایر شبکه‌های نانو باشند. ما قصد داریم از این مواد برای ساختن تعدادی دستگاه که ساخت آنها غیرممکن بود استفاده کنیم. پیش از این نیز از آنها به‌عنوان غشایی برای جداسازی مواد زیستی در تشخیص سرطان، پوشش‌های محافظ و حسگرهای انعطاف‌پذیر استفاده کردیم.»

 

منبع: خبربان
با دوستان خود به اشتراک بگذارید:
کپی شد

دیدگاه تان را بنویسید

 

دیدگاه

توسعه