ساخت کربنی که از الماس محکم‌تر است

محققان “دانشگاه کالیفرنیا، ارواین” در مطالعه اخیرشان موفق به طراحی و توسعه نانوساختار کربنی شده‌اند که حتی از الماس هم قوی‌تر است.

به گزارش آردی نیوز و به نقل از فیز، محققان آمریکایی صفحات شبکه‌ای نانو (ساختارهای کربنی به اندازه نانومتر) طراحی کرده‌اند که از لحاظ مقاومت به چگالی از الماس قوی‌تر هستند.

دانشمندان در مطالعه اخیرشان که در مجله” Nature Communications “منتشر شد، از موفقیت ساختن این ماده خبر داده‌اند. طی این مطالعه محققان این ماده را از صفحات سلولی بسته به جای خرپای استوانه‌ای متداول استفاده کرده‌اند.

خرپا سازه‌ای صلب از واحدهای مثلثی شکل است که از اتصال اجزای باریک و بلند ساخته شده‌است. اعضای خرپا توانایی تحمل نیروهای کششی و فشاری را دارند.

“جنز بار” (Jens Bauer)، مهندس مکانیک و هوافضا و یکی از محققان این مطالعه، گفت: طرح‌های پیشین مبتنی بر پرتو ، اگرچه مورد توجه زیادی قرار داشتند؛ اما از نظر خواص مکانیکی چندان کارآمد نبودند. این نوع جدید از صفحه نانو شبکه‌ای که ما ایجاد کرده‌ایم، به طرز چشمگیری قوی‌تر و محکم‌تر از بهترین نانو شبکه‌های پرتویی است.

بر اساس یافته‌های این مطالعه، عملکرد متوسط معماری‌های استوانه‌ای مبتنی بر پرتو تا ۶۳۹ درصد قدرت و ۵۲۲ درصد در استحکام بهبود یافته است.

“کامرون کروک” (Cameron Crook)، نویسنده اصلی این مطالعه گفت: دانشمندان پیش‌بینی کرده بودند که نانولوله‌های چیده شده در یک طرح مبتنی بر صفحه بسیار باورنکردنی باشند.

دستاورد این تیم مبتنی بر فرآیند پیچیده چاپ لیزری ۳ بعدی موسوم به لیتوگرافی دو فوتونی به روش مستقیم نوشتن لیزر است. با افزودن یک رزین حساس به نور فرابنفش به چند لایه، این ماده در نقاطی که دو فوتون با هم ملاقات می‌کنند، به یک پلیمر جامد تبدیل می‌شود. این تکنیک قادر است سلول‌های تکراری را که به صورت صفحه به صورت نازک ۱۶۰ نانومتر تبدیل می‌شوند، ارائه دهد.

یکی از نوآوری‌های این گروه ایجاد سوراخ‌های ریز در صفحات بود که می‌توان برای از بین بردن رزین اضافی از مواد نهایی استفاده کرد. به عنوان آخرین مرحله، شبکه‌ها از طریق آذرکافت عبور می‌کنند و در خلاء به مدت یک ساعت تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد گرم می‌شوند.

تَف‌کافت یا آذرکافت یا پیرولیز (Pyrolysis) فرایندی ترموشیمیایی است که طی آن مواد آلی در اثر گرما تجزیه می‌شوند. این فرایند مشتمل بر تغییر همزمان ترکیب شیمیایی و فاز فیزیکی بوده و فرایندی برگشت‌ناپذیر است. به گفته “بار”، نتیجه نهایی یک شبکه مکعب شکل از کربن شیشه‌ای است که دارای بالاترین استحکامی است که دانشمندان تاکنون در چنین ماده متخلخل دیده‌اند.

این ساختارهای نانوشبکه‌ای برای مهندسین سازه به‌ویژه مهندسان هوا فضا بسیار مهم هستند؛ زیرا به آنها در ساخت هواپیما و فضاپیماها با عملکرد بهتر کمک می‌کنند. /ایسنا