مواد آینده در راهند: مواد سرامیکی انعطاف پذیر می شوند

ضعف عمده مواد سرامیکی در کاربردهای مهندسی ، ترد بودن و عدم انعطاف پذیری این مواد است مطلب زیر بیانگر پیشرفتی با کمک نانوتکنولوژی است که به وسیله آن ضعف سرامیک ها از لحاظ انعطاف پذیری تا حد زیادی برطرف می شود: محققان دانشگاه کرنل با استفاده از نانوشیمی

کد خبر: ۱۲۴۴۱

گروه جدیدی از مواد ترکیبی را تولید کرده و به نام "سرامیک های انعطاف ناپذیر" نامگذاری کرده اند این مواد، کاربردهای گسترده ای از قطعات میکروالکترونیکی گرفته تا جداسازی ملکول های بزرگ ، مانند پروتئینها خواهند داشت. آنچه در این زمینه ، حتی برای خود محققان ، بیشتر جلب توجه می کند آن است که ساختمان ملکولی ماده جدید در زیر میکروسکوپ الکترونی به صورت ساختمان مکعبی است که با پیشگویی های ریاضیدانان قرن گذشته مطابقت می کند. اولریش ویسنر، استاد علوم و مهندسی مواد دانشگاه کرنل ، می گوید: ما اکنون در تحقیقات پلیمری به ساختمان هایی برخورد می کنیم که ریاضیدان ها مدتها قبل وجود آنها را از نظر تئوری اثبات کرده اند. ویسنر در گردهمایی سالانه جامعه فیزیک امریکا در مرکز گردهمایی ایندیانا، درباره سرامیک های انعطاف پذیر جدید گفت : رفتار فاز کوپلیمر، موجب جهت دهی ترکیب های نانوساختاری آلی / معدنی می شود به عقیده وی ، این ماده یک زمینه تحقیقاتی مهیج و ضروری است که نتایج علمی و تکنولوژیکی بسیار زیادی از آن به دست می آید روه تحقیقاتی ویسنر از طریق شکلهای کاملا هندسی که در طبیعت یافت می شوند ، به طرف نانوشیمی هدایت شد. محققان دانشگاه کرنل تصدیق کرده اند که ساده ترین راه تقلید از طبیعت ، استفاده از پلیمرهای آلی بویژه موادی موسوم به کوپلیمرهای دی بلاک است ؛ زیرا این مواد می توانند به طور شیمیایی به صورت نانوساختارهای با اشکال هندسی مختلف ساماندهی شوند. اگر پلیمر بتواند به طریقی با مواد غیرآلی )معدنی ( مثلا یک سرامیک ، بخصوص یک ماده از نوع سیلیکاتی ترکیب شود، ماده حاصل ترکیبی از خواص زیر را خواهد داشت: الف( انعطاف پذیری و کنترل ساختار )از پلیمر( ب( عملکرد بالا )از سرامیک ( ویسنر می گوید: خواص مواد حاصل ، فقط جمع ساده خواص پلیمرها و سرامیک نبوده ، حتی ممکن است این مواد خواص کاملا جدیدی نیز داشته باشند محققان دانشگاه کرنل تاکنون فقط تکه های کوچکی از سرامیک انعطاف پذیر، با وزن چند گرم را ساخته اند که البته برای آزمایش خواص مواد، کافی است . ماده حاصل ، شفاف و قابل خم کردن است ، در عین حال مقاومت قابل توجهی دارد و برخلاف سرامیک خالص، خرد نمی شود در بعضی موارد، این ماده ، یک هادی یونی بوده و قابلیت کاربرد به صورت الکترولیت باتری های با کارآیی بالا را دارد. همچنین ماده جدید، ممکن است در پیل های سوختی به کار برود ساختار متخلخل سرامیک های انعطاف پذیر وقتی شکل می گیرد که ماده در دماهای بالا عملیات حرارتی شود. به عقیده ویسنر، این در حقیقت اولین ماده با چنین هندسه و توزیع کم اندازه حفره هاست چون ماده فقط حفره های 10 تا20 نانومتری دارد محققان دانشگاه کرنل ، در تلاشند تا دریابند که آیا این مواد می توانند برای جداسازی پروتئین های زنده استفاده شوند؛ ویسنر عقیده دارد که به خاطر قابلیت خودساماندهی این مواد، می توان آنها را به صورت ناپیوسته و در مقیاس زیاد تولید کرد. او می گوید: ما می توانیم ساختار را کاملا کنترل کنیم و این ماده را به مقیاس نانو برسانیم ما حالا می دانیم که چگونه مجموعه ای از ساختارهایی با شکل و اندازه حفره های یکسان بسازیم محققان دانشگاه کرنل این عمل را با کنترل فازها و یا با معماری ملکولی ماده به وسیله کنترل کردن مخلوطی از پلیمر و سرامیک انجام می دهند. ماده از چند مرحله انتقالی عبور می کند از مکعبی به شش وجهی و سپس به نازک و مسطح و بعد به شش وجهی وارونه و مکعبی وارونه می رسد ماده پس از مرحله مسطح و قبل از مرحله شش وجهی وارونه ، به صورت ساختمان مکعبی دو گانه است که قبلا در سیستم های پلیمری یافت نشده بود. این ساختمان ، اولین ساختار با چنین قابلیت انعطاف بالایی است که به وسیله ترکیب خاصی از پلیمرها و سرامیک ها تولید می شود. به عقیده ویسنر این شانس وجود دارد که ما به مجموعه ای از ساختارهای دو گانه دیگر که در پلیمرها وجود دارد و دیگران چیزی درباره آنها نمی دانند دست پیدا کنیم . ما راه را برای یافتن هر چه بیشتر چنین ساختارهایی باز کرده ایم این تحقیقات به وسیله بنیاد ملی علوم ، انجمن ماکس پلانک و مرکز تحقیقات مواد دانشگاه کرنل ، پشتیبانی شده است. نانوتکنولوژی ، با توانایی هایی که به بشر در فرایندهای ساخت داده است ، این امکان را فراهم آورده تا بتوان در چگونگی چینش اتمها دخالت کرد و با تغییردادن نحوه چینش و نوع پیوندها بتوان خواص موردنظر را در محصول نهایی به وجود آورد. آنچه در خبر فوق آمده است ، پیشرفتی در ساخت سرامیک ها با استفاده از فرایندهای نانو است که خواص ویژه ای به این مواد می دهد چنانچه گفته شد، ضعف عمده سرامیک ها، تردی و عدم انعطاف پذیری است که کاربرد آنها در ساخت قطعاتی که در معرض تنشهای مختلف هستند محدود می کند با این فناوری ، محدوده کاربرد وسیعتری برای این مواد به وجود می آید با توجه به ادعای آقای ویسنر که تولید انبوه این ماده را تایید می کند می توان به تجاری شدن این محصول در آینده نزدیک و ورود آن به بازار رقابت امیدوار بود.