محققان اسرار سخت ترین مواد طبیعت را فاش می‌کنند
- بیشتر بدانید:یک نانو ماده ضد آب با الهام از طبیعت
- بیشتر بخوانید:نوآوری‌های جدید در پزشکی و صنایع نظامی به وسیله مروارید
محققان اسرار سخت ترین مواد طبیعت را فاش می‌کنند
محققان نانومکانیک‌های زیرینی را نشان داده‌اند که باعث سختی و انعطاف پذیری Nacre می‌شود، پیشرفتی که می‌تواند منجر به تولید مواد مصنوعی فوق العاده قوی شود.
Nacre یا مادر مروارید ماده‌ای است که داخل پوسته نرم‌تنان را می‌پوشاند و به عنوان سخت‌ترین ماده طبیعت شناخته می‌شود.
اکنون، تیمی از محققان به رهبری دانشگاه میشیگان (U-M) نحوه عملکرد دقیق آن را در زمان واقعی نشان داده‌اند.
ما انسان‌ها می‌توانیم با استفاده از محیط‌های غیرطبیعی، برای مثال گرما و فشار شدید، مواد سخت‌تری بسازیم. اما ما نمی‌توانیم نوع مهندسی نانویی را که نرم تنان به آن دست یافته‌اند، تکرار کنیم.
رابرت هاودن، استادیار علوم و مهندسی مواد U-M می‌گوید: ترکیب این دو رویکرد می‌تواند به نسل جدید و شگفت انگیزی از مواد منجر شود و این مقاله گامی در این مسیر است.
محققان می‌دانند که Nacre از آجرهای میکروسکوپی آراگونیت ساخته شده است که با یک ملات ساخته شده از مواد آلی به هم متصل شده است.
این چیدمان آجر و ملات باعث استحکام می‌شود، اما Nacre بسیار قوی‌تر از آن چیزی است که این بلوک‌های ساختمانی نشان می‌دهند.
در مرکز خصوصیات مواد U-M در میشیگان، محققان از ریز فرورفتگی‌های پیزوالکتریک برای اعمال نیرو بر روی پوسته‌های Pinna nobilis پوسته یک صدف خاص در حالی که زیر میکروسکوپ الکترونی بودند و آنچه را که در زمان واقعی اتفاق می‌افتد مشاهده کردند، استفاده کردند.
آنها دریافتند که "آجرها" صفحه‌های چند وجهی هستند که تنها چند صد نانومتر اندازه دارند.
به گفته U-M، این صفحه‌ها جدا باقی می‌مانند، در لایه‌هایی چیده شده و توسط یک لایه نازک از ملات آلی محافظت می‌شوند.
هنگامی که فشار به پوسته‌ها وارد می‌شود، "ملات" کنار میرود و قرص‌ها در هم قفل می‌شوند و یک سطح جامد را تشکیل می‌دهند وهنگامی که نیرو برداشته می‌شود، ساختار بدون از دست دادن هیچ گونه استحکام یا انعطاف پذیری به عقب باز می‌گردد.
Nacre ابدا انعطاف پذیری خود را در طی ضربات مکرر تا 80 درصد از قدرت تسلیم خود از دست نداد.
اگر شکافی ایجاد شود، Nacre ترک را به یک لایه محدود می‌کند تا اینکه به آن اجازه گسترش دهد و ساختار پوسته را دست نخورده نگه می‌دارد.
هودن در بیانیه‌ای گفت: «این باورنکردنی است که یک نرم تن، که باهوش‌ترین موجود نیست، ساختارهای بسیاری را در مقیاس‌های مختلف بسازد. او در حال ساخت مولکول‌های منفرد کربنات کلسیم است و آنها را در صفحات نانولایه‌ای قرار می‌دهد که با مواد آلی به هم چسبیده‌اند، تا ساختار پوسته، را با چندین ماده دیگر ترکیب می‌کند.»
هودن معتقد است که انسان‌ها می‌توانند از روش‌های Nacre برای ایجاد سطوح کامپوزیت نانو مهندسی استفاده کنند که می‌تواند به طور قابل‌توجهی سبک‌تر و قوی‌تر از سطوح موجود امروزی باشد.
تاریخ:1403/12/19
مهسانعمتی
