ساخت قوی ترین و سبک ترین ماده موجود روی زمین

وبسایت گجت نیوز: ساختن سبک ترین ماده که از قدرت زیادی نیز برخوردار باشد، همواره یکی از چالش‌های دانشمندان به شمار رفته است. چرا که چنین ماده‌ای کاربردهای بسیار زیادی در صنعت خواهد داشت.

محققان برای سال‌ها می‌دانستند که اگر اتم‌های کربن به شیوه خاصی کنار هم چیده شوند، نتیجه کار ماده‌ای با قدرت بسیار بالا خواهد بود. یک مثال، گرافن است. ماده‌ای که تا پیش از این، قوی‌ ترین ماده ساخته‌ شده توسط بشر محسوب می‌شد که از آرایش دوبعدی اتم‌های کربن در صفحه‌ای بسیار نازک ایجاد شده بود.

اما با وجود ضخامت فوق‌العاده ناچیز و خواص الکتریکی منحصر‌به‌فرد، یک ضعف اساسی در مورد گرافن وجود دارد. این که ساختن آرایش سه‌بعدی از آن، کاری بسیار دشوار است.

اکنون تیمی از محققان دانشگاه MIT، کشف کرده‌اند که راه حل این مشکل، برداشتن پوسته‌های کوچکی از گرافن و جوش دادن آنها در یک ساختار مش‌مانند است. به این صورت، نه تنها گرافن قدرت خود را حفظ می‌کند، که متخلخل (پر منفذ) نیز خواهد بود.

بر اساس آزمایش‌های انجام گرفته در پرینترهای سه بعدی، محققان دریافته‌اند که این ماده جدید در واقع از خود گرافن هم قدرتمندتر است. در مقایسه با فولاد، این ماده با داشتن چگالی تنها ۵ درصدی، ۱۰ برابر قدرت بیشتری دارد. به این صورت لقب سبک ترین ماده و در عین حال مقاوم‌ترین، شایسته‌ی آن است.

همان‌طور که اشاره شد، کشف ماده‌ای با استقامت بسیار بالا و در عین حال چگالی خیلی کم، کاربردهای فراوانی خواهد داشت.

در گزارش این محققان آمده است: این یافته جدید، نشان می‌دهد که ویژگی‌های اساسی این ساختار جدید سه بعدی، از خود ماده اهمیت بیشتری دارد. چرا که اکنون دریافته‌ایم می‌توان از مواد گوناگون، ساختارهای مشابه سه‌ بعدی تولید کرد که استقامت بالا و وزن بسیار کم داشته باشند.

در شکل زیر، نتایج شبیه‌سازی آزمایش‌ها روی گرافن سه بعدی نشان داده شده است. آزمایش فشار (بالا سمت چپ و i) و کشش (پایین سمت چپ و ii) مشخص شده‌اند.

Markus Buehler، سرپرست گروه مهندسی عمران دانشگاه MIT می‌گوید: شما می‌توانید از خود این ماده‌ی ساخته‌شده استفاده کنید، یا آن را با هر ماده دیگری عوض کنید. چرا که نوع هندسه و پیکربندی است که در اینجا اهمیت اصلی را دارد.

در طراحی ساختارهای بزرگ، همچون پل‌ها، می‌توان به خوبی از چنین هندسه‌ای پیروی کرد تا سازه موردنظر، مقاوم و در عین حال سبک باشد. به علاوه به دلیل متخلخل بودن، از کاربردهای دیگر آن استفاده در سیستم‌های تصفیه است.