علوم و فنون جدید

 نظرسنجي شماره 1
در مورد كدام‌يك از موضوعات مطرح شده مايل به كسب اطلاعات بيشتر هستيد؟






ارائه نظر 
 مواد فوق‌سبُك
مواد فوق‌سبُك
فيزيك ماده چگال، مواد فوق‌‌سبُك
مطلب قبلی: مبدل‌هاي پلاسمايي - قسمت دوم   مطلب بعدی: کامپیوترهای کوانتومی


 

 شبكه‌هاي قوي، قابل ارتجاع، و فوق‌سبُك مي‌توانند بالاي يك قاصدك قرار بگيرند، بدون اينكه به آْن صدمه‌اي وارد كنند. اين شبكه حدود 1000 برابر وزن خودش را مي‌تواند تحمل بدون اينكه از بين برود.

 

 

تصوير1. ميكرو شبكه‌اي روي قاصدك

 

 

فوق سُبك به چه معناست؟

 

 

 

براي اينكه جسمي در رده‌ي فوق‌سُبك باشد، حدود 10 ميليگرم بر سانتي‌متر مكعب لازم است. به عنوان مثال برگه‌ي 8.5 در 11 اينچ در نظر بگيريد، كه جرمي حدود 4گرم داشته باشد. برگه را به 4 قسمت مساوي بُرش دهيد. حالا هر قسمت 1گرم است. اگر هرقسمت به صد قسمت مساوي تقسيم شود، هر تكه از برگه حدود 10ميلي‌گرم دارد. اين جرم است ولي چگالي هم درست همين‌طور مي‌شود. تصور كنيد، به برگه فوت كنيد، بنابراين هر مترمكعب را پُر كند (تصوير زير). اين جسم بايد فوق سبُك باشد.

 


ب. برگه 1/400 خط‌كش،‌روي يك سكه، كنار يك مكعب تصوير2. الف. يك برگه‌ي 1/400 برگه‌ي كپي با جرم 10 ميلي‌گرم

 

 

 

 

بسياري از مواد فوق‌سبُك ژله‌هاي پُف كرده (Aerogel) با الگوي‌هاي غيرتكراري در ساختارشان هستند. ايروژل‌ها توان تحمل نيروهايي كه به‌طور پيوسته به آنها وارد مي‌شوند ندارند و تغيير شكل مي‌دهند. حتي نمي‌توانند مقدار زيادي انرژي را جذب كنند و عايق هستند. رساناهاي بدي هستند. اخيراً اين نوع ماده روي ساختار ماده بسيار كار شده، چون مي‌تواند نيروهاي بزرگ را تحمل كند،‌انرژي جذب كند،‌و رساناي برق باشد.

 

چرا شبكه بسازيم؟

 

 

شايد اين مسأله معروف را شنيده باشيد كه:‌با با استفاده از 40 ني و سوزن، بلندترين و قوي‌ترين برج را بسازيد. مي‌توانيد ني‌ها را ببريد. واقعاً يك چالش است!‌ ني‌ها به سادگي خراب مي‌شوند و زير بار سنگين ار بين مي‌روند. اين شبكه كه درست مي‌كنيد،‌ از نظر كشش و ارتفاع براي بسيار مهم است.

 

پ. برچ ايفل چگالي شبيه ايروژل دارد ب. ساختار ميكروشبكه جديد با مواد فوق سبك تصوير3. الف. ساختار ني
 

 

ساختار شبكه اين ماده‌ي فوق‌سبُك جديد براي سبك‌تر و قوي‌تر بودن،‌جاذب انرژي و قابل ارتجاع بودن طراحي شده بود. حتي مي‌تواند مچاله شود و دوباره به شكل اصلي خودش برگردد.

 

                                         

                                       

تصوير 4. ميكروشبكه‌ها به شكل اصلي‌شان برمي‌گردند.

 

دانشمندان ميزان ي تغيير شكل در مقايسه با شكل اصلي جسم را كُرنش مي‌نامند. ميكروشبكه بالا مي‌تواند %50 كُرنش داشته باشد، و بعد از آن به شكل اصلي ‌اش برگردد. اين ميزان در تحقيقات به %98 ارتفاع اصلي‌ش برگشته. اين يك ويژگي اَبَركشسان است. ماده‌ي كشسان، ويژگي هايي دارد كه كشش و فشار به جسم وارد شده و به ابعاد اوليه‌اش برمي‌گردد(بازيابي نيرو). اين ساختار فوق‌العاده تَرَكي ميكروسكوپي دارد كه انرژي جذبش را سه مرتبه نسبت به حالت فشرده شده،‌ كاهش مي‌دهد؛‌ ولي تقريباً انرژي جذبش را حفظ مي‌كند.

اين شكستگي‌ها و ترك‌ها هستند كه نزديك نقاط كُنج سلول‌ها اتفاق مي‌افتند و %2 ارتفاع بعد از فشردگي را از دست مي‌دهند. بعد از فشار سوم،‌ شكستگي‌هاي پايدار شكل‌گرفته و ماده نسبتاً رفتار اَبَر كشساني‌دارد.

 

ساختن ميكروشبكه‌ها

 

 

باريكه‌ي فلزي در اين ميكروشبكه تووخالي است، و اجازه مي‌دهد كه اين ساختار فوق‌سبُك باشد. براي درست كردن چنين ماده‌اي،‌ اول بايد ساختارهاي تكرار‌شونده‌‌اي را طراحي كرد. تيم HRL هر نوفه طول هر باريكه و زاويه آن را مشخص مي‌كنند. سپس، الگويي با استفاه از پليمر مي‌سازند. پليمر، وقتي نور فرابنفش به آن مي‌تابد، مثل مايع رفتار مي‌كند. محققين،‌ از ماسك الگو استفاده مي‌كنند، كه شبيه استنسيل است. وقتي فرابنفش به آن مي‌تابد،‌ از مناطق باز ماسك، به داخل پليمر مي‌رود. اين مناطق نور مي‌بينند. با اين روش، آرايه‌ي 3 بُعدي از سلول‌هاي تكراري تشكيل مي‌شود. گام بعدي پوشش الگوي پليمري با فلز است. تيم HRL فسفريد نيكل را انتخاب كرد كه ضخامت پوشش را تحت مي‌توان داشت. مثلاً ساختار را با 100 نانومتر از اين ماده پوشش دادند (اين عدد 100 برابر باريك‌تر از تار موي انسان است). سپس الگوي پليمري با قلم‌زني برداشته مي‌شود. اين تيم خاطرنشان مي‌كنند كه اگر لايه ضخيمي از فسفريد نيكل (1400 نانومتر) را استفاده كنند،‌ %50 كشش اعمالي، مچاله شده و قابل بازيابي نيست.

 

 

آينده‌ي تحقيقات و كاربردها

 

 

 

جمع‌آوري كننده غبار ستاره‌اي 

درحال حاضر، مواد فوق‌سبُك در حال تحقيق هستند. از عايق گرمايي بودنشان گرفته تا جذب و ميرايي نوسانات انرژي، انرژي صوتي، انرژي گرمايي،  الكترودهاي باطري. اين مواد جديد، امكاناتت جديدي را در برخواهند داشت. آنقدر كشسان هستند كه مي‌توانند انرژي را بازيابي كنند، انرژي بيشتري جذب كنند و گما و جريان برق بيشتري بگيرند و همچنان ساختارشان سالم باقي بماند. ساختار منظم و طراحي ساده‌اي دارند. برق را منتقل مي‌كنند، و دمايي تا حدود 400درجه سانتي‌گراد را تحمل‌مي‌كنند، كه در هوافضا، براي ماهواره‌ها، تلسكوپ‌هاي فضايي و هواپيما‌ها كاربرد بسياري دارد.

 

 
 

 

گونه‌هاي مختلف ايروژل

 

 

 

 

 

سيليكاتي

 

 

 

بسيار مورد بررسي قرار گرفته و كم‌ترين چگالي را دارد (نانوحباب‌ سيليكاتي 1ميلي‌گرم برسانتي‌متر مكعب). چگالي هوا 1.2 ميلي‌گرم برسانتي‌متر مكعب است. آخرين تحقيقات چگالي را تا 0.9 هم رسانده‌اند. اگر چگالي هوا را هم جمع بزنيم كه در ساختار نفوذ مي‌كند، حدود2.1 ميلي‌گرم برسانتي‌متر مكعب مي‌شود. اين ماده تابش فرابفنش را قوياً جذب مي‌كند. به عنوان سپر حرارتي از اتاقك‌هاي فضايي تحت  تابش خورشيد گرفته تا نمونه‌هاي زميني كاربرد دارد. اين ماده به عنوان بهترين عايق و كم‌چگال‌ترين ماده جامد در ركوردها ثبت شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

كربن

 

 

اين نوع ماده در گستره‌ي نانومتر است. نفوذپذيري آن %50 است. قطر هر منفذ 100نانومتر و سطح گستره‌اي حدود 400 تا 1000 مربع متر بر گرم دارد. براي ساختن برگه‌هاي كربني استفاده مي‌شود. اين ماده ممكن است رساناي برق هم باشد. براي الكترودهاي خازن‌ها يا دوباره ‌يونيزه بسيار پُركاربرد است. ازجايي كه سطح زيادي دارد، به عنوان اَبَرخازن هم مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين ماده در طيف فروسرخ سياه است. فقط %0.3 تابش بين 250 نانومتر و 14.3ميكرمتر را بازمي‌تاباند. پس براي سلول‌هاي خورشيد عالي است.

ايروژل به اشتباه براي مواد نانولوله‌اي كربني بكار مي‌رود كه از تبخير تجزيه شيميايي بدست مي‌آيد.

 

آلومينا

 

 

اين نوع ماده اكسيد آلومينيم است. چنين ايروژل‌هايي به عنوان كاتاليزور استفاده مي‌شوند. بخصوص وقتي يك فلز با آلومينيم فرق داشته باشد. آلوميناي نيكل رايج‌ترين تركيب ايروژل از اين نوع است. ناسا براي گرفتن ذرات پرسرعت از آن استفاده مي‌كند. يك تركيب گالومينيم، تربيم و فلروسنت مي‌تواند باشد كه در برخوردها اتفاق مي‌افتد.

 

 

انواع ديگر

 

 

 

SEAgel  ماده‌ي ساده‌ي ارگانيك ساخته شده از از آگار (Agar)  است. آگار (تركيب آن را در تصوير فرمولش مي‌بينيد) در جاهاي مختلفي حتي در رشد گياه، و حلواي ژاپني كاربرد دارد.

 

 

چالكوژل، نوعي ايروژل است كه از چالكوژن‌ها ساخته شده است. چالكوژن ستوني است از جدول تناوبي كه با اكسيژن شروع شده است.  چالكوژل موادي چون سولفور،‌سلنيوم، و عناصر ديگر را در خود دارد. تحقيقات در اين زمينه در حال انجام است. فلزات ارزان‌تر از پلاتونيوم در درست كردن آن استفاده مي‌شوند.

ايروژل‌ها از نقاط كوانتمي سِلِنيد كادميوم در شبكه متخلخل سه بُعدي ساخته مي‌شوند كه اخيرا در صنعت نيمه‌رساناها بكار گرفته شدند.

 

 

 

 

ايمني ايروژل

 

 

ايمني‌ اين مواد بستگي به ماده‌اي داره كه از آن ساخته شده،‌ بنابراين يك ايروژل همان مشخصات سمي و سرطان‌زايي را در خود دارد. نمونه سيليكاتي آن اين دو ويژگي منفي را در خود ندارد. با اين حال،‌محرك مكانيكي چشم، پوست،‌سيستم گوارشي، و تنفسي است. درضمن مي‌تواند باعث،‌خشكي پوست، چشم‌ها،‌غشاء مخاطي هم باشد. پوشش‌هاي مختلف كُل بدن زمان استفاده از آن ضروري است.

 

مطلب قبلی: مبدل‌هاي پلاسمايي - قسمت دوم   مطلب بعدی: کامپیوترهای کوانتومی


 

1391/1/28لينک مستقيم

فرستنده :
ناشناس HyperLink HyperLink 1391/12/6
مـتـن : kheyyyylyyyyii jaleb bud.az site mofidetan mamnun

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف

 فعاليت هاي علمي
 تماس با ما
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1409
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1409