علم سرامیک

جواب سؤال بله بود! در دانشگاه كرنل سراميكهايي ساخته شده كه نمي شكند و انعطاف پذير مي باشد! اين كشف بزرگ كمك بزرگي به علم سراميك مي كند! با اين سراميك ها ميتوان حتي پروتئينهاي زنده ساخت!

توليد مواد سراميكي انعطاف پذير به كمك نانوتكنولوژي

ضعف عمدة مواد سراميكي در كاربردهاي مهندسي، ترد بودن و عدم انعطاف­پذيري اين مواد است. خبر زير بيانگر پيشرفتي با كمك نانوتكنولوژي است كه به وسيلة آن ضعف سراميك­ها از لحاظ انعطاف­پذيري تا حد زيادي بر طرف مي­شود

خبر: مأخذ: http://www.news.cornell.edu

محققان دانشگاه كُرنل با استفاده از نانوشيمي، گروهي جديد از مواد تركيبي را توليد كرده و به نام "سراميك­هاي انعطاف‌پذير" نام­گذاري كرده‌اند. اين مواد كاربردهاي گسترده‌اي، از قطعات ميكروالكترونيكي گرفته تا جداسازي مولكول­هاي بزرگ، مانند پروتئين­ها خواهند داشت.

آنچه در اين زمينه، حتي براي خود محققان، بيشتر جلب توجه مي‌كند آن است كه ساختمان مولكولي مادة جديد در زير ميكروسكوپ الكتروني (TEM) به صورت ساختمان مكعبي است كه با پيشگويي­هاي رياضيدانان قرن گذشته مطابقت مي‌كند. اولريش ويسنر، استاد علوم و مهندسي مواد دانشگاه كُرنل، مي‌گويد: "ما اكنون در تحقيقات پليمري به ساختمان­هايي برخورد مي‌كنيم كه رياضيدان­ها مدتها قبل وجود آنها را از نظر تئوري اثبات كرده‌اند

ويسنر در گردهمايي سالانة جامعة فيزيك آمريكا در مركز گردهمايي اينديانا، در مورد سراميك­هاي انعطاف‌پذير جديد ‌گفت: "رفتار فاز كوپليمر، موجب جهت­دهي تركيب­هاي نانوساختاري آلي/معدني مي‌شود." به عقيدة وي، اين ماده يك زمينة تحقيقاتي مهيج و ضروري است كه نتايج علمي و تكنولوژيكي بسيار زيادي از آن بدست مي‌آيد.

گروه تحقيقاتي ويسنر از طريق شكل­هاي كاملاً هندسي كه در طبيعت يافت مي‌شوند، به طرف نانوشيمي هدايت شد. محققان دانشگاه كُرنل تصديق كرده‌اند كه ساده‌ترين راه تقليد از طبيعت، استفاده از پليمرهاي آلي ‌مخصوصاً موادي موسوم به كوپليمرهاي دي‌بلاك است زيرا اين مواد مي‌توانند به‌طور شيميايي به صورت نانوساختارهاي با ا?شكال هندسي مختلف ساماندهي شوند. اگر پليمر بتواند به طريقي با مواد غيرآلي (معدني) مثلاً ‌يك سراميك، خصوصاً يك ماده از نوع سيليكاتي تركيب شود، مادة حاصل، تركيبي از خواص زير را خواهد داشت:

1) انعطاف‌پذيري و كنترل ساختار (از پليمر)

2) عملكرد بالا (از سراميك)

ويسنر مي‌گويد: "خواص مواد حاصل، فقط جمع سادة خواص پليمرها و سراميك نبوده، حتي ممكن است اين مواد خواص كاملاً جديدي نيز داشته ‌باشند." محققان دانشگاه كُرنل تاكنون فقط تكه‌هاي كوچكي از سراميك انعطاف‌پذير، با وزن چند گرم را ساخته‌اند كه البته براي آزمايش خواص مواد، كافي است. مادة حاصل، شفاف و قابل خم‌كردن است،  در بعضي موارد، اين ماده، يك هادي يوني بوده و قابليت كاربرد به صورت الكتروليت‌ باتري­هاي با كارآيي بالا را دارد. همچنين مادة جديد ممكن است در پيل­هاي سوختي بكار برود.

ساختار متخلخل سراميك­هاي انعطاف‌پذير وقتي شكل مي‌گيرد كه ماده در دماهاي بالا عمليات حرارتي شود. به عقيدة ويسنر، اين در حقيقت اولين ماده با چنين هندسه و توزيع كم اندازة حفره‌هاست. چون ماده فقط حفره‌هاي 10 تا 20 نانومتري دارد. محققين دانشگاه كُرنل، در تلاشند تا دريابند كه "آيا اين مواد مي‌توانند براي جداسازي پروتئين­هاي زنده استفاده شوند؟"

ويسنر عقيده دارد كه به‌ خاطر قابليت خودساماندهي اين مواد، مي‌توان آنها را به صورت ناپيوسته و در مقياس زياد توليد كرد. او مي‌گويد: "ما مي‌توانيم ساختار را كاملاً كنترل كنيم. ما مي‌توانيم با كنترل خيلي خوبي اين ماده را به مقياس نانو برسانيم. ما حالا مي‌دانيم كه چگونه مجموعه‌ا‌ي از ساختارهاي با شكل و اندازه حفره‌هاي يكسان بسازيم."

محققان دانشگاه كُرنل اين عمل را با كنترل "فازها" و يا با معماري مولكولي ماده بوسيلة كنترل‌كردن مخلوطي از پليمر و سراميك انجام مي‌دهند. ماده از چند مرحلة انتقالي عبور مي‌كند؛ از مكعبي به 6 وجهي و سپس به ‌نازك و مسطح و بعد به 6 وجهي وارونه و مكعبي وارونه مي­رسد. ماده پس از مرحلة مسطح و قبل از مرحلة 6 وجهي وارونه، به صورت ساختمان مكعبي دوگانه موسوم به Plamber’s nightmare مي‌باشد كه قبلاً در سيستم­هاي پليمري يافت نشده‌ بود. اين ساختمان اولين ساختار با چنين قابليت انعطاف بالايي است كه بوسيلة تركيب خاصي از پليمرها و سراميك­ها توليد مي‌شود. ويسنر مي‌گويد: "اين شانس وجود دارد كه ما به مجموعه‌ا‌ي از ساختارهاي دوگانة ديگر كه در پليمرها وجود دارد و ديگران چيزي در مورد آنها نمي‌دانند، دست پيدا كنيم. ما راه را براي يافتن هرچه بيشتر چنين ساختارهايي باز كرده‌ايم."

اين تحقيقات بوسيلة بنياد ملي علوم، انجمن ماكس پلانك و مركز تحقيقات مواد دانشگاه كُرنل، پشتيباني شده‌است. عين حال مقاومت قابل توجهي)شته و بر خلاف سراميك خالص خُرد نمي‌شود.

مطلب مرتبط:

ضرورت توجه به تكنولوژي سراميك‌هاي پيشرفته (ديدگاه دكتر مارقوسيان)