محققان شیشه را با استفاده از نانوذرات سفت میکنند
مهندسان مکانیک UCLA و دانشمندان مواد، فرآیندی را توسعه داده اند که از نانوذرات برای تقویت ساختار اتمی شیشه استفاده می کند. نتیجه محصولی است که حداقل پنج برابر سخت‌تر از شیشه‌های موجود در حال حاضر است.
این فرآیند می تواند شیشه‌ای تولید کند که برای کاربردهای صنعتی مفید است، به عنوان مثال در اجزای موتور و ابزارهایی که می توانند دمای بالا را تحمل کنند و همچنین برای درها، میزها و سایر عناصر معماری و طراحی.
این مطالعه به صورت آنلاین در مجله Advanced Materials منتشر شد و در نسخه چاپی بعدی گنجانده خواهد شد. نویسندگان نوشتند که این دستاورد می‌تواند برای تولید سرامیک‌های سخت‌تر نیز میتوانداستفاده شود و همچنین، در اجزای فضاپیما که بهتر قادر به مقاومت در برابر گرمای شدید هستند.
در علم مواد، «سختی» اندازه‌گیری می‌کند که یک ماده چقدر انرژی می‌تواند جذب کند و چقدر می‌تواند تغییربدون شکستگی شکل دهد.
در حالی که شیشه و سرامیک را می توان با استفاده از عوامل خارجی مانند پوشش‌های شیمیایی تقویت کرد، این رویکردها این واقعیت را که خود مواد شکننده هستند تغییر نمی دهند.
برای حل این مشکل، محققان UCLA از ساختار اتمی فلزات سرنخی گرفتند که می‌تواند ضربه بزند و شکسته نشود.
xiaochun li، پروفسور Raytheon در دانشکده مهندسی UCLA Samueli و محقق اصلی این مطالعه گفت: پیوندهای شیمیایی که شیشه و سرامیک را در کنار هم نگه می‌دارند، بسیار سفت و محکم هستند، در حالی که پیوندهای فلزات اجازه انعطاف‌پذیری را می‌دهد.
در شیشه و سرامیک، زمانی که ضربه به اندازه کافی قوی باشد، شکستگی به سرعت در مواد در یک مسیر عمدتا مستقیم پخش می‌شود.
هنگامی که چیزی به فلزی برخورد می کند، پیوندهای شیمیایی تغییرشکل پذیرترند و به عنوان ضربه گیرعمل می کنند و اتم های آن در حالی که ساختار را در کنار هم نگه داشته اند به اطراف حرکت میکنند.
محققان این فرضیه را مطرح کردند که به وسیله تزریق شیشه با نانوذرات از کاربید سیلیکون( کاربید سیلیسیم ماده نیمرسانای مورد استفاده در ساخت دیودهای نور گسیل که نور آبی تولید می کند.)، یک سرامیک فلزمانند که ماده حاصل آن می‌تواند انرژی بیشتری را قبل از شکست جذب کند.
آنها نانوذرات را به شیشه مذاب با دمای 3000 درجه فارنهایت اضافه کردند که به اطمینان از پراکندگی یکنواخت نانوذرات کمک کرد.
هنگامی که ماده جامد شد، نانوذرات نهفته می‌توانند به عنوان سد راه برای شکستگی‌های احتمالی عمل کنند وهنگامی که شکستگی رخ می دهد، ذرات ریز آن را مجبور میکنند به جای اینکه به آن اجازه دهند مسیر مستقیم را طی کند، به شبکه‌های کوچک منشعب شود در نتیجه این انشعاب شیشه را قادر می‌سازد تا انرژی قابل توجهی را از شکستگی قبل از ایجاد آسیب به طور چشمگیر جذب کند.
تفجوشی(چسباندن یا چسبیدن ذرات یک یا چند ماده به یکدیگر ازطریق ذوب سطحی براثر حرارت، همراه با فشار یا بدون آن، بهطوریکه در حالت جامد به صورت قطعه درآید) که در آن پودر تحت فشار حرارت داده می شود و سپس سرد می شود، روش اصلی برای ساخت شیشه است.
همچنین این روشی بود که در آزمایش‌های قبلی توسط سایر گروه‌های تحقیقاتی برای پراکندگی نانوذرات در شیشه یا سرامیک استفاده می‌شد.
اما در آن آزمایش‌ها، نانوذرات به طور یکنواخت پخش نشدند و ماده به‌دست‌آمده سفتی ناهمواری داشت.
بلوک‌های شیشه‌ای که تیم UCLA برای این آزمایش توسعه دادند تا حدودی شیری بودند و نه شفاف، اما لی گفت این فرآیند می‌تواند برای ایجاد شیشه شفاف سازگار شود.
لینک مفید:دستورالعمل جدید در صفحه تلفن همراه می تواند احتمال شکستن شیشه را کاهش دهد
تاریخ:1403/8/15
مهسانعمتی
