مسیر جدید برای ساخت مواد از ذرات ریز
محقق لورا روسی و گروهش در دانشگاه فنی دلفت، روش جدیدی برای ساخت مواد مصنوعی از ذرات ریز شیشه به اصطلاح کلوئیدها پیدا کرده‌اند.
آنها به همراه همکارانشان از دانشگاه کوئینز و دانشگاه آمستردام، نشان دادند که می‌توانند به سادگی از شکل این کلوئیدها برای ساخت بلوک‌های سازنده جالب برای مواد جدید، صرف نظر از سایر خواص ذرات کلوئیدی، استفاده کنند.
روسی می‌گوید: “این قابل توجه است، زیرا راهی کاملاً جدید برای تفکر در مورد طراحی مواد باز می‌کند.”
کلوئیدها ذرات ریزی هستند، با اندازه‌ای از چند نانومتر تا چند میکرون. آنها از مجموعه‌ای از مولکول‌ها تشکیل شده‌اند و بسته به ماده‌ای که از آن ساخته شده‌اند، می‌توانند خواص متفاوتی داشته باشند.
روسی توضیح می‌دهد: «تحت شرایط خاص، کلوئیدها می‌توانند مانند اتم‌ها و مولکول‌ها رفتار کنند، اما برهمکنش‌های آنها کمتر قوی است. این امر آنها را به بلوک‌های سازنده‌ی نویدبخشی برای مواد جدید تبدیل می‌کند، به عنوان مثال برای مواد تعاملی که می‌توانند خواص خود را با محیط خود تطبیق دهند.»
روش جدید طراحی مواد
اگر کلوئیدهای مکعبی شکل این مطالعه که از شیشه ساخته شده‌اند، به حال خود رها شوند، خود را به ساختارهای ساده‌ای مانند شبکه‌های مکعبی و شش ضلعی کج‌شده تبدیل می‌کنند. اما محققان به جای اینکه بلافاصله از بلوک سازنده به ساختار نهایی برسند، گروه‌های کوچکی از کلوئیدها را برداشتند و آنها را در بلوک‌های سازنده بزرگتری ترکیب کردند. وقتی این خوشه‌های کلوئیدی را مونتاژ کردند، در نهایت به ساختار نهایی متفاوتی با خواص مواد متفاوت از ساختار خودآرا رسیدند.
روسی می‌گوید: “از دیدگاه شیمی، ما همیشه بر چگونگی تولید نوع خاصی از کلوئید تمرکز می‌کنیم. در این مطالعه، تمرکز خود را به این تغییر داده‌ایم: چگونه می‌توانیم از کلوئیدهایی که از قبل در دسترس هستند برای ساخت بلوک‌های سازنده جالب استفاده کنیم؟”
یک قدم به جلو
به گفته روسی و همکارش گرگ ون اندرز، یکی از اهداف نهایی جامعه تحقیقاتی آنها طراحی ساختارهای کلوئیدی پیچیده بر اساس تقاضا است.
ون اندرز می‌افزاید: «آنچه ما در اینجا یافتیم بسیار مهم است، زیرا برای کاربردهای احتمالی، باید رویه‌هایی داشته باشیم که بتوان آنها را در مقیاس بزرگ تولید کرد، چیزی که دستیابی به آن با اکثر رویکردهای موجود دشوار خواهد بود.
توانایی اولیه برای پیش‌مونتاژ قطعات یکسان از بلوک‌های سازنده مختلف و ایجاد ساختار یکسان توسط آنها، یا برداشتن بلوک سازنده یکسان و پیش‌مونتاژ قطعات مختلف که ساختارهای متفاوتی ایجاد می‌کنند، در واقع «حرکات شطرنج» اساسی برای مهندسی ساختارهای پیچیده هستند.»
اگرچه روسی به جای کاربرد طراحی مواد، جنبه‌های بنیادی را مطالعه می‌کند، اما می‌تواند کاربردهای نهایی این کار خاص را تصور کند: «ما دریافتیم که چگالی ساختاری که آماده کردیم بسیار کمتر از چگالی ساختاری است که با استفاده از بلوک‌های سازنده اولیه به دست می‌آورید. بنابراین می‌توانید به مواد قوی اما سبک برای حمل و نقل فکر کنید.»
همکاری
پس از اینکه تیم روسی خوشه‌هایی از کلوئیدها را در آزمایشگاه ساختند، برای ساخت ساختار نهایی از خوشه‌های از پیش مونتاژ شده با شبیه‌سازی کامپیوتری به تیم گرگ ون آندرس از دانشگاه کوئینز تکیه کردند.
روسی توضیح می‌دهد: «با این نوع پروژه‌ها، بسیار عالی است که بتوانیم با دیگران که می‌توانند شبیه‌سازی‌ها را اجرا کنند، همکاری کنیم، نه تنها برای درک عمیق آنچه اتفاق می‌افتد، بلکه برای آزمایش اینکه احتمال یک آزمایش آزمایشگاهی موفق چقدر خواهد بود. و در این مورد، ما نتایج بسیار قانع‌کننده‌ای به دست آوردیم که نشان می‌دهد فرآیند طراحی را به خوبی درک کرده‌ایم و ماده حاصل می‌تواند مفید باشد.»
گام بعدی، ساخت واقعی ساختار نهایی ساخته شده از گروه‌های کلوئیدی در آزمایشگاه خواهد بود.
روسی می‌گوید: «بعد از دیدن این نتایج، مطمئن هستم که می‌توان این کار را انجام داد. خیلی خوب می‌شود اگر یک نسخه فیزیکی از این ماده داشته باشم و آن را در دست بگیرم.»
بیشتر بدانید:نانوذرات نتایج امیدوارکننده‌ای را برای درمان آلرژی‌های شدید نشان می‌دهد
بیشتر بخوانید:محققان شیشه را با استفاده از نانوذرات سفت می‌کنند
لینک مفید:مشاهده دقیق از کوچکترین نانوذرات با فناوری جدید
تاریخ:1404/5/28
مهسا نعمتی
